高二化學:影響反應速率的六個因素

2021-02-07 中學學化學

      本學期開始,高二年級增加了一本書(《物質的結構與性質》),所以講課速度飛快。

      都知道 「高二化學難」,現在進度一上滿弦,更加影響學習效果啦!

      所以,要掌握技巧,「苦學」 + 「巧學」。

一、高二化學的選修一《化學反應原理》

      反應原理,現在學的是前兩章——反應熱、速率與平衡。怎麼個技巧呢?

      技巧就是十個字:

       吸熱、放熱?(反應熱)

       快與慢?(反應速率)

       多與少?(反應方向)

       今天講的是反應速率——快與慢。

       化學反應速率,與方程式的係數成正比。例如,工業合成氨氣的反應:

       N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)

       三種物質的反應速率關係為:

       v(N2)  = v(H2)/3 = v(NH3)/2

       化學反應速率,受內因和外應影響。

       內因:反應物的組成、結構和性質,也是我們無法控制的因素。

       外因:反應器體系內的溫度、壓強、體積、物質濃度、催化劑、物質接觸面積(狀態、顆粒)。

        在內因一定的情況下,外因影響反應速率——就是化學反應的 「快與慢」。

      1.1 影響速率的兩個微觀因素

       科學家現在認為,粒子(分子、原子、粒子、原子團——以下都只以 「分子」 來描述)要經過碰撞,發生基元反應——就是大名鼎鼎的 「碰撞理論」。

        碰撞理論的核心有兩條:

       (1)活化分子百分數

        粒子要達到一定的運動速率,發生碰撞時才可能產生新的物質,這種分子叫活化分子。活化分子的能量比普通分子高。

        活化分子所佔的全部分子的比例是活化分子百分數。

        活化分子百分數越大,反應速率越快。

        使分子變成活化分子的路徑有兩條:一是升高溫度,從而加快分子運動速率;二是使用合適的催化劑,讓分子受到一定束縛不用運動那麼快,也可以發生發生。

        (2)有效碰撞頻率

       分子運動的時候,幾個分子難免會 「碰撞」 到一起,但是,碰撞卻不一定能發生反應。

        想要發生反應,一是分子運動速率足夠快,活化分子具有這個特徵;二是碰撞的方向要正確——「迎頭相撞」 肯定是好的,這叫有效碰撞;「擦肩而過」 就不行了,即便是活化分子也不能反應。

        有效碰撞:活化分子以正確的方式碰撞。

        有效碰撞頻率,單位時間內發生有效碰撞頻率的次數。

      (3)加快反應速率

         想要加快反應速率,就從 「增加活化分子百分數」、增大 「有效碰撞頻率」 兩個方面採取措施,就是六個宏觀因素。

       1.2 影響速率的六個宏觀因素

       改變活化分子的百分數、改變有效碰撞頻率,可以影響化學反應速率。

       反應體系的溫度、壓強、體積、濃度、催化劑、物質狀態,就是影響化學反應速率的六個宏觀因素。

二、影響化學反應速率的外因

      六個宏觀因素,下面一一討論。

      2.1 反應溫度

      升高溫度,能夠加快分子運動速率,從而增大活化分子的百分數、增大有效碰撞頻率,從而大大加快反應速率。

      對於吸熱反應,升溫加快反應速率較大;對於放熱反應,升溫也使反應速率加快,但是加快的幅度要小一些。

      平均說來,溫度每升高 10-20 °C,反應速率加快 2-4 倍。

      2.2 壓強

       增大壓強,分子更加密集,分子之間的間隔變小,活化分子的有效碰撞頻率增大,從而加快了反應速率。

       對於氣體分子數減小的反應,增大壓強,反應速率加快的程度較大;對於氣體分子數增大的反應,加壓也使反應速率加快,但是加快的幅度要小一些。

      2.3 濃度

     (1)反應物濃度

      加大反應物濃度,能夠活化分子數增大(活化分子百分數不變),從而增大有效碰撞頻率,加快反應速率。

      (2)生成物濃度

      對於可逆反應,加大生成物濃度,逆反應的反應速率增大,正反應速率不變。

       如果不是可逆反應,改變生成物的濃度,對反應速率的影響可以忽略。


      2.4 反應器體積

       體積的影響,與壓強的影響恰好相反。

       增大體積,反應速率減小;減小體積,反應速率增大。

      2.5 催化劑

      催化劑有正催化劑(加快反應速率)、負催化劑(減慢反應速率)之分,我們高中只考正催化劑。

      我們學的催化劑有兩類:

      第一類:催化劑參與化學反應,最後又恢復原狀(例如過氧化氫分解的催化劑)改變了反應歷程,降低了反應活化能,從而增大了活化分子百分數,加快了反應速率;

      第二類:催化劑只是提供了一個特殊的狹小空間,束縛了其中的某些反應物的運動,例如活性炭、氧化鋁等。

      

      酶催化劑屬於第二類催化劑。

      2.6 狀態和接觸面積

      反應物狀態和接觸面積對反應速率影響很大。

      反應速率:液態 > 氣態 > 固態;固態時:

      如果都是固態,反應物顆粒越細,接觸面積越大,活化分子的有效碰撞頻率越大,反應速率越快。

     

結語

      隨後,我們會學到可逆反應、化學平衡,屆時的反應速率會賦予更深一層次的含義,但是這六個宏觀因素的影響趨勢不變。

      反應速率是高考高頻考點。

      結合了 「三段式」 的反應速率,是高考必考的內容。

                            (衷心感謝您的光臨)

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