1、化學(xué)反應(yīng)速度
(1)物理反應(yīng)速度的概念
物理反應(yīng)速度是拿來評判物理反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度的數(shù)學(xué)量。
(2)物理反應(yīng)速度的表示方式
對于反應(yīng)體系容積不變的物理反應(yīng),一般用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量含量的變化值表示。
某一物質(zhì)A的物理反應(yīng)速度的表達(dá)式為:
式中某物質(zhì)A的含量變化,常用單位為mol·L-1。某段時間間隔,常用單位為s,min,h。υ為物質(zhì)A的反應(yīng)速度,常用單位是mol·L-1·s-1,mol·L-1·s-1等。
(3)物理反應(yīng)速度的估算規(guī)律
①同一反應(yīng)中不同物質(zhì)的物理反應(yīng)速度間的關(guān)系
同一時間內(nèi),用不同的物質(zhì)表示的同一反應(yīng)的反應(yīng)速度數(shù)值之比等于物理方程式中各物質(zhì)的物理計量數(shù)之比。
②化學(xué)反應(yīng)速度的估算規(guī)律
同一物理反應(yīng),用不同物質(zhì)的含量變化表示的物理反應(yīng)速度之比等于反應(yīng)方程式中相應(yīng)的物質(zhì)的物理計量數(shù)之比,這是有關(guān)物理反應(yīng)速度的估算或換算的根據(jù)。
(4)物理反應(yīng)速度的特征
①反應(yīng)速度不取負(fù)值,用任何一種物質(zhì)的變化來表示反應(yīng)速度都不取負(fù)值。
②同一物理反應(yīng)選用不同物質(zhì)表示反應(yīng)速度時,可能有不同的速度數(shù)值,但速度之比等于物理方程式中各物質(zhì)的物理計量數(shù)之比。
③化學(xué)反應(yīng)速度是指時間內(nèi)的“平均”反應(yīng)速度。
小貼士:
①化學(xué)反應(yīng)速度一般指的是某物質(zhì)在某一段時間內(nèi)物理反應(yīng)的平均速度,而不是在某一時刻的瞬時速度。
②由于在反應(yīng)中純固體和純液體的含量是恒定不變的,因而對于有純液體或純固體出席的反應(yīng)通常不用純液體或純固體來表示物理反應(yīng)速度。其物理反應(yīng)速度與其表面積大小有關(guān),而與其物質(zhì)的量的多少無關(guān)。一般是通過減小該物質(zhì)的表面積(如粉碎成細(xì)小顆粒、充分?jǐn)嚢?、振蕩等)來推動反?yīng)速度。
③對于同一物理反應(yīng),在相同的反應(yīng)時間內(nèi),用不同的物質(zhì)來表示其反應(yīng)速度,其數(shù)值可能不同,但這種不同的數(shù)值表示的都是同一個反應(yīng)的速度。為此,表示物理反應(yīng)的速度時,必須指明是用反應(yīng)體系中的哪種物質(zhì)做標(biāo)準(zhǔn)。
2、化學(xué)反應(yīng)速度的檢測
(1)基本思路
物理反應(yīng)速度是通過實驗測定的。由于物理反應(yīng)中發(fā)生變化的是體系中的物理物質(zhì)(包括反應(yīng)物和生成物),所以與其中任何一種物理物質(zhì)的含量(或質(zhì)量)相關(guān)的性質(zhì)在檢測反應(yīng)速度時都可以加以借助。
(2)測定方式
①直接可觀察的性質(zhì),如釋放出氣體的容積和體系的浮力。
②依靠科學(xué)儀器能夠檢測的性質(zhì),如顏色的深淺、光的吸收、光的發(fā)射、導(dǎo)電能力等。
③在堿液中,當(dāng)反應(yīng)物或產(chǎn)物本身有比較顯著的顏色時,經(jīng)常借助顏色深淺和顯色物質(zhì)含量間的反比關(guān)系來跟蹤反應(yīng)的過程和檢測反應(yīng)速度。
確切抒發(fā)物理反應(yīng)進(jìn)行的快慢,就必須構(gòu)建一套方式:確定起點,確定反應(yīng)時間的單位,找到便于檢測的某種量或性質(zhì)的變化。
二、影響物理反應(yīng)速度的誘因
1、發(fā)生物理反應(yīng)的前提——有效碰撞理論
(1)有效碰撞:才能發(fā)生物理反應(yīng)的碰撞。
物理反應(yīng)發(fā)生的先決條件是反應(yīng)物分子之間必須發(fā)生碰撞。
反應(yīng)物分子之間的碰撞只有少數(shù)碰撞能造成物理反應(yīng)的發(fā)生,多數(shù)碰撞并不能引起反應(yīng)的發(fā)生,是無效碰撞。碰撞的頻度越高,則物理反應(yīng)速度就越大。
(2)活化能和活化分子
①活化分子:在物理反應(yīng)中,能量較高,有可能發(fā)生有效碰撞的分子。
活化分子之間之所以還能發(fā)生有效碰撞,是因為它們的能量高,發(fā)生碰撞時,才能克服翻車分子之間的敵視力,破壞分子內(nèi)部原子之間的“結(jié)合力”,因而造成反應(yīng)物分子破壞,重新組合成生成物分子,發(fā)生物理反應(yīng)。
②活化能:活化分子所多出的那部份能量(或普通分子轉(zhuǎn)化成活化分子所需的最低能量)。
③活化能與物理反應(yīng)速度:活化分子數(shù)量的多少決定了有效碰撞發(fā)生的次數(shù)。在分子數(shù)確定時,活化分子百分率減小,有效碰撞的次數(shù)增多,反應(yīng)速度推進(jìn)。
2、決定物理反應(yīng)速度的內(nèi)部誘因
不同的物理反應(yīng)具有不同的反應(yīng)速度,影響反應(yīng)速度的主要誘因是外因,即出席反應(yīng)的物質(zhì)本身的性質(zhì)。
外因:出席反應(yīng)的物質(zhì)的性質(zhì)和反應(yīng)的歷程,是決定物理反應(yīng)速度的主要誘因。
3、影響物理反應(yīng)速度的外部誘因
當(dāng)物質(zhì)確定時(即外因固定),在同一反應(yīng)中,影響反應(yīng)速度的誘因是內(nèi)因,即外界條件分子熱運(yùn)動的速率,主要有體溫、濃度、壓強(qiáng)、催化劑等。
(1)含量對物理反應(yīng)速度的影響
①規(guī)律:其他條件不變時,減小反應(yīng)物的含量,可以推動反應(yīng)速度;降低反應(yīng)物的含量,可以減低物理反應(yīng)的速度。
②理論解釋:在其他條件不變時,對某一反應(yīng)來說,活化分子百分率是一定的,即單位容積內(nèi)的活化分子數(shù)與反應(yīng)物的含量成反比。
(2)浮力對反應(yīng)速度的影響
①影響對象:浮力只影響有二氧化碳參與的反應(yīng)的反應(yīng)速度對于沒有二氧化碳參與的反應(yīng),浮力對它的反應(yīng)速度沒有任何影響。
注:浮力影響,只適用于討論有二氧化碳出席的反應(yīng),其實并不一定出席反應(yīng)的物質(zhì)全部是二氧化碳,只要有二氧化碳參與,浮力即會影響反應(yīng)的反應(yīng)速度。
②規(guī)律:對于有二氧化碳出席的反應(yīng),若其他條件不變,減小浮力,反應(yīng)速度推進(jìn);減少浮力,反應(yīng)速度減緩。
③理論解釋:對二氧化碳來說,若其他條件不變,減小浮力,是減小了含量單位容積內(nèi)活化分子數(shù)增多有效碰撞次數(shù)增多物理反應(yīng)速度減小。為此,減小浮力,可以減小物理反應(yīng)速度。
(3)氣溫對反應(yīng)速度的影響
①規(guī)律:其他條件不變時,下降體溫,可以減小反應(yīng)速度,增加體溫,可以減緩反應(yīng)速度。
②理論解釋:體溫是分子平均動能的反映,氣溫下降,致使整個體系短發(fā)子的能量下降,分子運(yùn)動速度推進(jìn)。
(4)催化劑對反應(yīng)速度的影響
①規(guī)律:催化劑可以改變物理反應(yīng)的速度。在不加說明時,催化劑通常指使反應(yīng)速度推進(jìn)的正催化劑。
②催化劑影響物理反應(yīng)速度的緣由:在其他條件不變時,使用催化劑可以大大減少反應(yīng)所須要的能量,會使更多的反應(yīng)物分子成為活化分子,大大降低活化分子百分率,從而使反應(yīng)速度推進(jìn)。同一催化劑能同等程度地改變正、逆反應(yīng)的速度。
反應(yīng)物的性質(zhì)是影響反應(yīng)速度的內(nèi)在誘因。外界誘因?qū)Ψ磻?yīng)速度的影響用有效碰撞理論解釋。
三、化學(xué)平衡
1、化學(xué)平衡狀態(tài)
(1)溶化平衡狀態(tài)的構(gòu)建:當(dāng)濾液中固體溶質(zhì)溶化和氨水中溶質(zhì)分子集聚到固體表面的結(jié)晶過程的速度相等時,飽和堿液的含量和固體溶質(zhì)的質(zhì)量都保持不變,達(dá)到溶化平衡。溶化平衡是一種動態(tài)平衡狀態(tài)。
小貼士:
①固體溶化過程中,固體的溶化和溶質(zhì)分子回到固體溶質(zhì)表面這兩個過程仍然存在,只不過兩者速度不同,在宏觀上表現(xiàn)為固體溶質(zhì)的降低。當(dāng)固體全部溶化后尚未達(dá)到飽和時,這兩個過程都不存在了。
②當(dāng)堿液達(dá)到飽和后,濾液中的固體溶化和氨水中的溶質(zhì)回到固體表面的結(jié)晶過程仍然在進(jìn)行,但是兩個過程的速度相等,宏觀上飽和堿液的含量和固體溶質(zhì)的質(zhì)量都保持不變分子熱運(yùn)動的速率,達(dá)到溶化平衡狀態(tài)。
(2)可逆反應(yīng)與不可逆反應(yīng)
①可逆反應(yīng):在同一條件下,同時向正、反兩個方向進(jìn)行的物理反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。
前提:反應(yīng)物和產(chǎn)物必須同時存在于同一反應(yīng)體系中,并且在相同條件下,正、逆反應(yīng)都能手動進(jìn)行。
②不可逆反應(yīng):在一定條件下,幾乎只能向一定方向(向生成物方向)進(jìn)行的反應(yīng)。
(3)物理平衡狀態(tài)的概念:物理平衡狀態(tài)指的是在一定條件下的可逆反應(yīng)里,正反應(yīng)速度和逆反應(yīng)速度相等,反應(yīng)混和物中各組分的含量保持不變的狀態(tài)。
理解物理平衡狀態(tài)應(yīng)注意以下三點:
①前提是“一定條件下的可逆反應(yīng)”,“一定條件”通常是指一定的濕度和浮力。
②實質(zhì)是“正反應(yīng)速度和逆反應(yīng)速度相等”,因為速度受外界條件的影響,所以速度相等基于外界條件不變。
③標(biāo)志是“反應(yīng)混和物中各組分的含量保持不變”。含量沒有變化,并不是各類物質(zhì)的含量相同。對于一種物質(zhì)來說,因為單位時間內(nèi)的生成量與消耗量相等,就表現(xiàn)出物質(zhì)的多少不再隨時間的改變而改變。
2、化學(xué)平衡聯(lián)通
可逆反應(yīng)的平衡狀態(tài)是在一定外界條件下(含量、溫度、壓強(qiáng))構(gòu)建上去的,當(dāng)外界條件發(fā)生變化時,都會影響到物理反應(yīng)速度,當(dāng)正反應(yīng)速度不再等于逆反應(yīng)速度時,原平衡狀態(tài)被破壞,并在新條件下構(gòu)建起新的平衡。此過程可表示為:
(1)物理平衡聯(lián)通:可逆反應(yīng)中舊物理平衡的破壞、新物理平衡的構(gòu)建過程。
(2)物理平衡聯(lián)通的緣由:反應(yīng)條件的改變,使正、逆反。應(yīng)速度發(fā)生變化,而且正、逆反應(yīng)速度的改變程度不同,造成正、逆反應(yīng)速度不相等,平衡遭到破壞,平衡混和物中各組分的濃度發(fā)生相應(yīng)的變化。
①若外界條件改變,導(dǎo)致υ正>ν逆時,正反應(yīng)占優(yōu)勢,物理平衡向正反應(yīng)方向聯(lián)通,各組分的濃度發(fā)生變化;
②若外界條件改變,導(dǎo)致υ正