化学反应速率

化学反应是指将反应物转化为生成物。化学反应速率用来衡量这些变化发生的速度。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。

为了大致了解化学反应中实际发生了什么，可以考虑一下不同反应物的分子。分子每次都在移动。固体分子的移动自由度最低，而气体分子的移动自由度很高。根据碰撞理论在美国，要发生反应，反应分子必须发生碰撞。如果这是唯一的情况，反应的速度就会太快，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键并形成新键。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。这不仅是一件事，它们还必须以适当的方向碰撞。这两个要求使这些碰撞不那么富有成效。

这张图也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.

化学反应的平均速率定义为单位时间内反应混合物中反应物和生成物的摩尔数的变化。

$\text{平均反应速率}=\frac{\text{no。摩尔}}{\文本{(卷)(时间)}}$

对于反应混合物的体积在整个反应过程中保持恒定的反应(如液相和固相反应)，

$\text{平均反应速率}=\frac{\text{浓度变化}}{\text{时间}}$

由于一种物质的浓度通常用单位体积混合物中该物质的摩尔数表示，因此反应速率的单位应为 $摩尔/厘米^ 3. s$．

$2 + 2 b \ 3 c + d$最初，反应物A和B的浓度是6 $摩尔/厘米^ 3$当A的浓度降至4时，反应的平均速率是多少 $摩尔/厘米^ 3$在2秒?

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在上述变化过程中，A的浓度由6下降 $摩尔/厘米^ 3$到4 $摩尔/厘米^ 3$在2秒。因此根据定义，反应速率由

$= \压裂{- \δC}{\δt} = \压裂{-(4 - 6)}{2}= \盒装{1摩尔/厘米^ 3. s} \空间$

对于反应物来说，浓度随时间的增加而减小，因此反应物分子的浓度变化为负的。最终值减去初始值)，由此可知反应速率为负。这个负号是没有用的，因为反应速率是衡量反应物转化为生成物的速度。为了避免这种情况，在定义反应速率时，反应物浓度变化前加了一个负号。

反应物B的反应速率是多少?

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在上面的反应中，1mol A和2mol B反应。2mol A发生反应需要4mol B。因此，在相同的时间间隔内，B的浓度由6改变 $摩尔/厘米^ 3$到2 $摩尔/厘米^ 3$因此，反应相对于反应物B的速率为

$= \压裂{6}{2}= \盒装{2 \空间摩尔/厘米^ 3}$

产品也是如此。不同反应物和生成物的反应速率关系式为

$\压裂{-r_a}{} = \压裂{-r_b} {b} = \压裂{r_c} {c} = \压裂{r_d} {d}$对于上述反应，各反应速率的关系为

$\压裂{-r_a}{1} = \压裂{-r_b}{2} = \压裂{r_c}{3} = \压裂{r_d} {2}$

平均反应速率给出了反应速率的总估计或粗略估计。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．

特定时刻的化学反应速率定义为单位体积反应混合物在无穷小时间内反应物和生成物的摩尔数的无穷小变化

$r = \压裂{dN} {Vdt}$

对于气相以外的反应，上述定义变为

$r = \压裂{dN} {Vdt} = \压裂{dN / V} {dt} = \压裂{直流}{dt}$

你一定注意到了原因 $r_a = \压裂{直流}{dt}$仅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 $r_a = \压裂{直流}{dt}$．

在上述反应中，反应物A的浓度随时间的变化关系如下: $C_a = 6 e ^ {- t}$

求出2秒时对A的反应速率。

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这一次，我们不需要评估平均反应速率。相反，我们必须找出两秒过去时的速率。This can be found easily by differentiating concentration w.r. to time and putting t=2.

$r_a = \压裂{-dC_a} {dt} = \压裂{- d (6 e ^ {- t})} {dt} = 6 \ * (e ^ {- t})$

现在让t=2收益率

$r_a = \盒装{0.81摩尔/厘米^ 3. s} \空间$

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。

$-r_a \ propto C_a ^ rC_b ^$

$-r_a = k C_a ^ rC_b ^$

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而且年代在上述等式中称为的反应分别相对于反应物A和B。总的反应阶数是所有单独反应阶数的和在这里是r+s。反应的阶数可能是整数分数，在一些罕见的情况下甚至是负数。

当反应物浓度在反应时

$B \ rightarrow$增加5倍，速率增加25倍。反应的顺序是什么?

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根据速率定律，我们有

$-r_a = k C_a ^ r$

这个问题就是求r的值。考虑两种不同浓度下的速率之比。

$\压裂{r_ {a2}} {r_ {a1}} =(\压裂{₂}{c₁})^ r$

我们有一个问题， $\压裂{r_2} {r_1} = 25$而且 $\压裂{₂}{c₁}= 5$给了,

$25 = 5 ^ r$所以反应的顺序是

$r = 2$

一半的生命时间:反应物浓度达到其初始浓度一半所需的时间。它被表示为 $t_{5}识别$．

考虑一个将军 $n ^ {th}$阶反应，其速率表达式为

$-r_a = kC ^ {n}$

对于等容系统，我们有 $-r_a = \压裂{直流}{dt} = kC ^ {n}$

解此微分方程得到积分速率表达式为

$- \压裂{c ^ {N + 1}} {N + 1} = kt + N$

其中N是一个积分常数，其取值如下:当t=0时，C= $C_0$

因此,

$N = \压裂{1}{(N - 1) c ^ {N}}$

把N的值代入上面的方程

$k (n - 1) t =(\压裂{1}{C ^ {n}} - \压裂{1}{{C_0} ^ {n}})$

对于半衰期，放 $t = t_{5}识别$而且 $C = \压裂{C_0} {2}$.Solving我们得到

$t_{5} = \识别裂缝分析{2 ^ {n} 1} {(n - 1) kC ^ {n}}$

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找出一半的生命时间对于一级反应，将n=1代入上式

$t_{5} = \识别裂缝分析{ln (2)} {k}$

我们发现一级反应的半衰期与反应物的初始浓度无关。

1. 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

$k=k_0T^me^{-E_a/RT} \quad and \quad 0\leq m \leq 1$在哪里

$E_a$=活化能

T =温度

气体常数R =

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)，这可以解释为，要发生反应，反应分子必须具有最小的能量。具有这个最小能量的分子的数量与 $e ^ {-E_a / RT}$其他理论有碰撞理论(m=0.5)和过渡状态理论(m=1)。

证明室温下的大部分反应，温度每升高10k反应速率翻倍。

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我们有,

$k = k_0e ^ {-E_a / RT}$取两种不同温度下速率常数的比值，

$\压裂{k_2} {k_1} = e ^{- \压裂{-E_a} {R}(\压裂{1}{T_2} - \压裂{1}{T_1})}$

现在把, $T_1$= 298 k, $T_2$= 308 k和 $E_a = 53$焦每摩尔

$\盒装{\压裂{k_2} {k_1} = 2}$

1. 压力

压力会影响反应的速度，特别是当你观察气体时。当你增加压力时，分子可以移动的空间就会减少。更大的分子密度增加了碰撞的次数。当你降低压强时，分子之间的碰撞就不那么频繁了，反应速率就会降低。

• 活化能

• 化学反应顺序