化学反应速率
化学反应包括将反应物转化为生成物。化学反应速率是衡量这些变化发生有多快的标准。有些反应发生得非常快,有些则非常非常慢。例如,离子反应非常快,而那些发生在水处理厂可能持续几天。
化学反应是概率问题
为了大致了解化学反应中实际发生了什么,可以考虑不同反应物的分子。分子每次都在运动。固体分子的流动性最低,而气体分子的流动性较高。根据碰撞理论为了使反应发生,反应分子必须相互碰撞。如果这是唯一的情况,反应的速度会太快,因为每秒钟都有很多分子相互碰撞。但并非每次碰撞都能产生新产品。为此,反应分子必须有足够的能量来打破旧的化学键并形成新的化学键。如果碰撞的分子没有这个最小能量,什么也不会发生,它们会反弹回来。这不仅是事情,它们还必须以适当的方向碰撞。这两个要求使这些碰撞变得不那么富有成效。
这张图还有助于我们了解温度对反应速率的影响。随着温度的升高,每个分子的能量也以动能的形式增加。Now, there are more molecule which can cross that minimum energy barrier which explain why rate increases with increase in temperature.
平均反应速率
化学反应的平均速率定义为单位体积的反应混合物在单位时间内反应物和生成物的摩尔数的变化。
对于在整个反应过程中反应混合物体积保持恒定的反应(如液相和固相反应),
由于物质的浓度通常用单位体积混合物中物质的摩尔数来表示,所以反应速率单位为 .
最初,反应物A和B的浓度是6 当A的浓度降到4时,反应的平均速率是多少 2秒内?
在上述变化过程中,A的浓度由6 到4 2秒内。因此,根据定义,反应速率为
对于反应物,浓度随着时间的增加而降低。因此,反应物分子浓度的变化为负(.e。最终值减去初始值),由此得出反应速率为负。这个负号是没有用的,因为反应速率是衡量反应物转化成生成物的速度。为了避免这种情况,在定义反应速率时,在反应物浓度变化前加一个负号。
反应物B的反应速率是多少?
在上述反应中,1mol的A与2mol的B反应,2mol的A反应需要4mol的B。因此,在相同的时间间隔内,B的浓度从6 到2 因此,相对于反应物B的反应速率为
产品也是如此。不同反应物和生成物的反应速率为
对于上述反应,各种反应速率相关为
瞬时反应速率
平均反应速率是反应速率的集中或粗略估计。为了确定每个瞬间的反应速率,我们需要定义瞬时反应速率.
化学反应速率定义为单位体积的反应混合物在无穷小时间内反应物和生成物的摩尔数的微小变化
对于非气相的反应,上述定义成立
你一定注意到了原因 仅适用于液相和固相反应。我们知道固体和液体是不可压缩的。Their volume do not appreciably change during reaction hence V (Volume of reaction mixture) remains constant throughout reaction and can be taken inside differential sign which finally leads to .
对于上述反应,反应物A的浓度随时间的变化关系如下:
求出在2秒内w.r对A的反应速率。
这一次,我们不需要评估平均反应速率。相反,我们必须求出两秒后的速率。This can be found easily by differentiating concentration w.r. to time and putting t=2.
现在让t=2得到收益
速率定律
反应速率与反应物的浓度成正比,每一浓度项提高到实验确定的指数。
k式中称为速率常数当所有反应物的浓度相等时,反应速率等于速率常数,也称为比速率定律。
r而且年代在上式中称为反应顺序分别对反应物A和B。反应的总阶数是所有单独阶数的和在这里是r+s。反应级数可以是整数分数,在极少数情况下甚至是负的。
当反应物浓度在反应时
是增加5倍,速率增加25倍。反应的顺序是什么?
根据速率定律,我们有
这个问题是关于求r的值。因此,考虑两种不同浓度下的速率之比。
我们有一个问题, 而且 给了,
因此反应的顺序是
半衰期
影响汇率规律的因素
- 温度
反应速率随温度的升高而增加。温度dependency of reaction rate is given by the general expression
在哪里
=活化能
T =温度
R=通用气体常数
关于温度依赖性最广泛使用的理论是阿伦尼乌斯理论(m=0),可以解释为要发生反应,反应分子必须拥有最小的能量。具有这种最小能量的分子数量与 其他理论包括碰撞理论(m=0.5)和过渡态理论(m=1)。
证明对于室温下的大部分反应,温度每升高10 K反应速率加倍。
我们有,
取两种不同温度下速率常数的比值,
现在把, = 298 k, = 308 k和 焦每摩尔
- 压力
压力会影响反应速率,尤其是当你研究气体的时候。当你增加压力时,分子可以运动的空间就变小了。更大的分子密度增加了碰撞的次数。当你降低压力时,分子之间的碰撞次数减少了反应速率也降低了。