化學(xué)反應(yīng)速率

 　　奧化化學(xué)反應(yīng)速率

　　【內(nèi)容綜述】

　　化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式 單位:mol/L·s或min(或其它時(shí)間單位)

　　影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

　　內(nèi)因：反應(yīng)物質(zhì)的本性

　　外因：濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑、其他

　　(一)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的理解

　　影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素是：反應(yīng)物的本質(zhì)、接觸面積大小、反應(yīng)物濃度、溫度、催化劑。

　　化學(xué)反應(yīng)可以通過被稱做反應(yīng)途徑或反應(yīng)歷程的一系列簡(jiǎn)單步驟而發(fā)生?；瘜W(xué)家常用碰撞理論來幫助闡明他們對(duì)反應(yīng)過程的觀察結(jié)果。根據(jù)碰撞理論，要發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)微粒必須發(fā)生碰撞，而且這些碰撞必須引起微粒間的相互作用。發(fā)生有效碰撞所需的最小能量是這個(gè)反應(yīng)的活化能。如果碰撞具有足夠的能量，而且碰撞分子的取向合適，就會(huì)形成一種可在短時(shí)間內(nèi)存在的活化絡(luò)合物。這是一種分子絡(luò)合物，它的化學(xué)鍵正在斷裂和形成。

　　把反應(yīng)速率和反應(yīng)物濃度聯(lián)系起來的方程叫做反應(yīng)的速率定律。

　　某反應(yīng)的速率定律就是該反應(yīng)途徑中最慢步驟的速率定律。這個(gè)最慢步驟是該反應(yīng)的定速步驟。反應(yīng)的速率定律必須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。它不能根據(jù)總反應(yīng)的配平的方程式寫出。

　　(二)外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

　　1、溫度對(duì)于可逆反應(yīng)而言對(duì)正逆反應(yīng)影響是一致的，只不過變化幅度不同。

　　例如：N2O4 2NO2 升溫對(duì)N2O4的分解速率及NO2的結(jié)合速率均增大，但N2O4的分解速率比NO2的結(jié)合速率增大的幅度大。

　　2、非可逆反應(yīng)減少生成物對(duì)正反應(yīng)的反應(yīng)速率無影響例如：碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)，減少氯化鈣對(duì)生成二氧化碳的速率無影響

　　3、多個(gè)因素影響反應(yīng)速率變化要看主要因素

　　例如：由圖象可知?dú)錃獾纳伤俾孰S時(shí)間先由慢到快，然后又由快到慢。反應(yīng)體系中硫酸所提供的氫離子濃度是由高到低，若氫氣的生成速率由其決定速率的變化趨勢(shì)也應(yīng)由快到慢，反應(yīng)前半程的原因只能是溫度所致，鋅與硫酸反應(yīng)時(shí)放熱，體系溫度逐漸升高，溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響占主導(dǎo)地位，一定時(shí)間后，硫酸的濃度下降占據(jù)主導(dǎo)地位，因而氫氣的生成速率隨時(shí)間先由慢到快，然后又由快到慢。

　　【要點(diǎn)講解】

　　一、掌握化學(xué)反應(yīng)方程式的系數(shù)與用各物質(zhì)表達(dá)的化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系

　　例：1、已知：4NH3+5O2 4NO+6H2O，若反應(yīng)速率分別用VNH3、VO2、VNO、VH2O[mol·L-1·min-1]表示，則關(guān)系正確的是

　　A、4VNH3=5VO2 B、5VO2=6VH2O C、3VNH3=2 VH2O D、4VO2=5VNO

　　分析：化學(xué)反應(yīng)方程式的系數(shù)與用分別各物質(zhì)表達(dá)的化學(xué)反應(yīng)速率成正比。

　　答案;A、B

　　例：2、某溫度時(shí)，濃度都是1mol·L-1的兩種氣體，X2、Y2在密閉容器中反應(yīng)生成氣體Z，達(dá)到平衡時(shí)[X2]為0.4 mol·L-1、[Y2]為0.8 mol·L-1生成[Z]為 0.4 mol·L-1。則該反應(yīng)的反應(yīng)式是

　　A、X2+2Y2 2XY2 B、2 X2+ Y2 2 X2Y C、3X2+Y2 2X3Y D、X2+3Y2 2XY3

　　分析：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的系數(shù)與用分別各物質(zhì)表達(dá)的化學(xué)反應(yīng)速率成正比的關(guān)系，只需分別計(jì)算出統(tǒng)一時(shí)間內(nèi)用各物質(zhì)表達(dá)的化學(xué)反應(yīng)速率，然后進(jìn)行比較。

　　答案：A、B

　　例3、在一定條件下，反應(yīng)N2+3H2 2NH3，在2L密閉容器中進(jìn)行，5min內(nèi)氨的質(zhì)量增加了1.7g，則反應(yīng)速率為

　　A、VH2=0.03mol/(L·min) B、VN2=0.02mol/(L·min)

　　C、VNH3=0.17g/(L·min) D、VNH3=0.01mol/(L·min)

　　分析：根據(jù)題目可知VNH3=0.01mol/(L·min)，根據(jù)反應(yīng)系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系可求出VH2=0.03mol/(L·min) 。

　　答案：A、B

　　例3、在一定條件下，反應(yīng)N2+3H2 2NH3，在2L密閉容器中進(jìn)行，5min內(nèi)氨的質(zhì)量增加了1.7g，則反應(yīng)速率為

　　A、VH2=0.03mol/(L·min) B、VN2=0.02mol/(L·min)

　　C、VNH3=0.17g/(L·min) D、VNH3=0.01mol/(L·min)

　　分析：根據(jù)題目可知VNH3=0.01mol/(L·min)，根據(jù)反應(yīng)系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系可求出VH2=0.03mol/(L·min) 。

　　答案：A、B

　　二、掌握影響反應(yīng)速率變化的因素

　　例4、下列體系加壓后，對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率沒有影響的是

　　A、2SO2+O2 2SO3 B、CO+H2O(氣) CO2+H2

　　C、CO2+H2O H2CO3 D、OH-+H+=H2O

　　分析：壓強(qiáng)對(duì)沒有氣體參加的反應(yīng)無影響，B選項(xiàng)有氣體參加反應(yīng)加壓后平衡不移動(dòng)，但化學(xué)反應(yīng)速率加大只不過增加的幅度相同。

　　答案：D

　　三、了解速率常數(shù)、反應(yīng)級(jí)數(shù)和速率方程的有關(guān)知識(shí)

　　例5、制備光氣的反應(yīng)按下式進(jìn)行：

　　CO+Cl2==COCl2

　　試驗(yàn)測(cè)得下列數(shù)據(jù)

　　初濃度(mol× L-1)

　　CO　　　　　　　　 Cl2 　　　　　初速度mol×l×s

　　10.1000.1001.2×10-2

　　20.1000.0504.2610-3

　　30.0500.1006.010-3

　　40.0500.0502.1310-3

　　求反應(yīng)的速率常數(shù)、反應(yīng)級(jí)數(shù)和速率方程。

　　[分析]設(shè)速率方程為v=kCm(CO)× Cn(Cl2)。m、n的求算可分別保持CO、Cl2的濃度不變，在通過的對(duì)應(yīng)濃度和速率而求得。求得m、n后帶入具體數(shù)據(jù)即可的k，速率方程的具體表達(dá)式也就求得了。

　　解：(1)求反應(yīng)級(jí)數(shù)

　　反應(yīng)速率方程為v=kCm(CO)× Cn(Cl2)。首先保持CO的濃度不變，而使Cl2的濃度改變，用實(shí)驗(yàn)1、2的數(shù)據(jù)列出

　　v1=kCm(CO)× C (Cl2) ①

　　v2=kCm(CO)× C (Cl2) ②

　　①式÷②式并通過對(duì)數(shù)運(yùn)算解得 n=1.5

　　同理解得 m=1

　　故反應(yīng)級(jí)數(shù)為2.5。

　　(2)求反應(yīng)速率常數(shù)將1～4組數(shù)據(jù)中的如何一組代入v=kC(CO)× C1.5(Cl2)

　　解得 k=3.8(Lmol)1.5s-1

　　(3)求速率方程

　　該反應(yīng)的速率方程為：v=kC(CO)× C1.5(Cl2)

　　例6、338K時(shí)N2O5氣相分解的速率常數(shù)為0.29min-1，活化能為103.3kj.mol-1求353K時(shí)的速率常數(shù)k及半衰期t1/2。

　　分析：由阿累尼烏斯公式lnk1/k2=Ea/R(1/T1-1/T2)可求得353K時(shí)的速率常數(shù)k。另外，由速率常數(shù)的單位為min-1，可知該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，代入一級(jí)反應(yīng)的半衰期公式t1/2=0.693/k可求得353K溫度下的半衰期。

　　解：(1) 求353K時(shí)的速率常數(shù)

　　T1=338K、T2=353K、k1=0.292min-1、Ea=103.3kj.mol-1

　　根據(jù)公式代入實(shí)驗(yàn)值，解得 k2=1.392min-1

　　(2)求反應(yīng)半衰期t1/2

　　根據(jù)公式t1/2=0.693/k代入k2=1.392min-1，解得 t1/2=0.4978min

　　通過上述題目可知化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要注意條件控制，意識(shí)到當(dāng)所能影響觀察的條件都在控制之下的觀察才是最有效的，在未來的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程能思維嚴(yán)謹(jǐn)，在未來的高考中以及實(shí)踐活動(dòng)中處理問題的能力得以提高。

　　奧化化學(xué)反應(yīng)速率

　　1、4NH3+5O2 4NO+6H2O

　　反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行，半分鐘后，NO物質(zhì)的量增加了0.3mol，則此反應(yīng)的平均速率為

　　A、VO2=0.01mol/L×s B、VNO=0.008 mol/L×s

　　C、VH2O=0.003 mol/L×s D、VNH3=0.002 mol/L×s

　　★2、把0.6molX氣體和0.4molY氣體混合2L于容器中使它們發(fā)生如下反應(yīng)，

　　3X(氣)+Y(氣) nZ(氣)+2W(氣)

　　5min末已生成0.2molW，若測(cè)知以Z濃度變化來表示的反應(yīng)平均速率為0.01mol/L× min，則

　　(1)上述反應(yīng)中Z氣體的反應(yīng)方程式系數(shù)n的值是

　　A、1 B、2 C、3 D、4

　　(2)上述反應(yīng)在5分鐘末時(shí),已消耗的Y值占原來的分?jǐn)?shù)是

　　A、20% B、25% C、33% D、50%

　　★3、A和B反應(yīng)生成C，假定反應(yīng)由A、B開始，它們的起始濃度均為1mol/L。反應(yīng)進(jìn)行2min后A的濃度為0.8mol/L，B的濃度為0.6mol/L，C的濃度為0.6mol/L。則2min內(nèi)反應(yīng)的平均速率VA=_________，VB=__________，VC=___________。該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為____________________________________________________

　　★★4、工業(yè)上制取Na2S2O3，用Na2SO3和硫粉在水溶液中加熱反應(yīng)而得到。但在混合前，一般先用少許乙醇浸潤(rùn)，其原因是什么?

　　★★★5、分解反應(yīng)的速率常數(shù)和溫度的關(guān)系見下表。按下表計(jì)算此分解反應(yīng)的活化能是多少?

　　T/K318328338

　　K/s-14.98×10-41.60×10-34.87×10-3

　　參考答案

　　【綜合能力訓(xùn)練】

　　1、C、D

　　2、(1)A (2) B

　　3、VA=0.1mol× L-1× min-1，VB=0.2mol× L-1× min-1，VC=0.3mol× L-1× min-1;

　　化學(xué)反應(yīng)方程式為A+2B=3C。

　　4、硫不溶于水，很難與Na2SO3溶液接觸而反應(yīng)，當(dāng)用乙醇浸潤(rùn)后，因乙醇易溶于水，增加了硫粉與水的接觸面積，從而提高了反應(yīng)速率。增加了Na2S2O3的日產(chǎn)量。

　　5、101.2kjmol-1