高中化学 26 化学反应速率

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一、化学反应速率的概念

化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。

二、化学反应速率的表示方法

数学表达式：对于反应\(aA + bB = cC + dD\)，其化学反应速率\(v\)可以用以下公式计算：\(v=\frac{\Delta c}{\Delta t}\)，其中\(\Delta c\)表示反应物或生成物浓度的变化量，\(\Delta t\)表示反应时间的变化量。

单位：常用的单位有\(mol/(L\cdot s)\)、\(mol/(L\cdot min)\)、\(mol/(L\cdot h)\)等。例如，某反应中反应物\(A\)在\(2\)分钟内浓度从\(2mol/L\)降低到\(1mol/L\)，则\(A\)的反应速率\(v(A)=\frac{2mol/L - 1mol/L}{2min}=0.5mol/(L\cdot min)\)。

三、化学反应速率的特点

平均速率与瞬时速率：上述公式计算得到的是平均反应速率，它表示的是在一段时间内反应的平均快慢程度。而瞬时反应速率是指某一时刻的反应速率，可通过作浓度-时间曲线，求曲线在某一点的切线斜率来得到。

同一反应中不同物质的反应速率之比：对于同一化学反应，用不同物质表示的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。例如，对于反应\(N_{2}+3H_{2}\rightleftharpoons2NH_{3}\)，\(v(N_{2}):v(H_{2}):v(NH_{3})=1:3:2\)。

四、影响化学反应速率的因素

内因：反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。例如，金属钠与水的反应比镁与水的反应剧烈得多，这是因为钠比镁的金属性更强，更容易失去电子，与水反应的速率更快。

外因：

浓度：反应物浓度增大，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞的几率增加，化学反应速率加快。反之，反应物浓度减小，反应速率减慢。但对于固体或纯液体反应物，其浓度可视为常数，改变它们的用量对反应速率一般无影响。

压强：对于有气体参加的化学反应，增大压强（减小容器体积）相当于增大反应物的浓度，反应速率加快；减小压强（增大容器体积）相当于减小反应物的浓度，反应速率减慢。

温度：温度升高，反应物分子的能量增加，使一部分原来能量较低的普通分子变成活化分子，活化分子百分数增加，有效碰撞次数增多，反应速率加快。一般来说，温度每升高\(10^{\circ}C\)，反应速率通常增大到原来的\(2-4\)倍。

催化剂：催化剂能够改变化学反应的途径，降低反应的活化能，使更多的反应物分子成为活化分子，大大提高了单位体积内反应物分子的百分数，从而显著提高反应速率。

其他因素：反应物的接触面积、光照、超声波等因素也会影响化学反应速率。例如，增大反应物的接触面积，使反应物充分接触，有效碰撞几率增大，反应速率加快；光照能使某些反应的速率加快，如氯水在光照条件下分解速率加快。

五、化学反应速率的测定

测定原理：化学反应速率是通过测定不同时间反应物或生成物的浓度变化来计算的。可以利用化学反应中某一物质的特征性质，如颜色变化、沉淀生成、气体产生等，通过合适的仪器和方法来监测其浓度变化。

测定方法：

化学方法：直接测定反应物或生成物的浓度变化。例如，对于盐酸与碳酸钙的反应，可以通过测定不同时间内生成二氧化碳的体积，再根据化学方程式计算出碳酸钙或盐酸浓度的变化，从而得到反应速率。

物理方法：通过测量与反应物或生成物浓度相关的物理量的变化来间接测定反应速率。例如，对于有颜色变化的反应，可以用分光光度计测量溶液的吸光度变化来反映反应物或生成物浓度的变化；对于有气体生成的反应，可以通过测量气体的压强变化或体积变化来计算反应速率。

六、化学反应速率在生产生活中的应用

化工生产中的调控：在化工生产中，需要根据化学反应速率的原理，选择合适的反应条件，以达到提高生产效率、降低成本、减少副反应等目的。例如，合成氨反应中，通常会选择适当的高温、高压和催化剂等条件，来加快反应速率，提高反应物的转化率。

化学反应限度的判断：通过测定化学反应速率的变化，可以帮助判断化学反应是否达到限度。当反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，反应速率也保持不变。

食品保鲜与储存：了解化学反应速率的影响因素，有助于采取措施减缓食品变质的速率。例如，降低温度、隔绝氧气、控制水分等方法都可以减慢食品中化学反应的速率，延长食品的保质期。

化学反应速率是高中化学中的重要概念，它对于理解化学反应的本质、控制化学反应的进行以及解决实际生产生活中的问题都具有重要意义。

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