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