1、化学反应速度
(1)物理反应速度的概念
物理反应速度是拿来评判物理反应进行的快慢程度的数学量。
(2)物理反应速度的表示方式
对于反应体系容积不变的物理反应,一般用单位时间内反应物或生成物的物质的量含量的变化值表示。
某一物质A的物理反应速度的表达式为:
式中某物质A的含量变化,常用单位为mol·L-1。某段时间间隔,常用单位为s,min,h。υ为物质A的反应速度,常用单位是mol·L-1·s-1,mol·L-1·s-1等。
(3)物理反应速度的估算规律
①同一反应中不同物质的物理反应速度间的关系
同一时间内,用不同的物质表示的同一反应的反应速度数值之比等于物理方程式中各物质的物理计量数之比。
②化学反应速度的估算规律
同一物理反应,用不同物质的含量变化表示的物理反应速度之比等于反应方程式中相应的物质的物理计量数之比,这是有关物理反应速度的估算或换算的根据。
(4)物理反应速度的特征
①反应速度不取负值,用任何一种物质的变化来表示反应速度都不取负值。
②同一物理反应选用不同物质表示反应速度时,可能有不同的速度数值,但速度之比等于物理方程式中各物质的物理计量数之比。
③化学反应速度是指时间内的“平均”反应速度。
小贴士:
①化学反应速度一般指的是某物质在某一段时间内物理反应的平均速度,而不是在某一时刻的瞬时速度。
②由于在反应中纯固体和纯液体的含量是恒定不变的,因而对于有纯液体或纯固体出席的反应通常不用纯液体或纯固体来表示物理反应速度。其物理反应速度与其表面积大小有关,而与其物质的量的多少无关。一般是通过减小该物质的表面积(如粉碎成细小颗粒、充分搅拌、振荡等)来推动反应速度。
③对于同一物理反应,在相同的反应时间内,用不同的物质来表示其反应速度,其数值可能不同,但这种不同的数值表示的都是同一个反应的速度。为此,表示物理反应的速度时,必须指明是用反应体系中的哪种物质做标准。
2、化学反应速度的检测
(1)基本思路
物理反应速度是通过实验测定的。由于物理反应中发生变化的是体系中的物理物质(包括反应物和生成物),所以与其中任何一种物理物质的含量(或质量)相关的性质在检测反应速度时都可以加以借助。
(2)测定方式
①直接可观察的性质,如释放出气体的容积和体系的浮力。
②依靠科学仪器能够检测的性质,如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。
③在碱液中,当反应物或产物本身有比较显著的颜色时,经常借助颜色深浅和显色物质含量间的反比关系来跟踪反应的过程和检测反应速度。
确切抒发物理反应进行的快慢,就必须构建一套方式:确定起点,确定反应时间的单位,找到便于检测的某种量或性质的变化。
二、影响物理反应速度的诱因
1、发生物理反应的前提——有效碰撞理论
(1)有效碰撞:才能发生物理反应的碰撞。
物理反应发生的先决条件是反应物分子之间必须发生碰撞。
反应物分子之间的碰撞只有少数碰撞能造成物理反应的发生,多数碰撞并不能引起反应的发生,是无效碰撞。碰撞的频度越高,则物理反应速度就越大。
(2)活化能和活化分子
①活化分子:在物理反应中,能量较高,有可能发生有效碰撞的分子。
活化分子之间之所以还能发生有效碰撞,是因为它们的能量高,发生碰撞时,才能克服翻车分子之间的敌视力,破坏分子内部原子之间的“结合力”,因而造成反应物分子破坏,重新组合成生成物分子,发生物理反应。
②活化能:活化分子所多出的那部份能量(或普通分子转化成活化分子所需的最低能量)。
③活化能与物理反应速度:活化分子数量的多少决定了有效碰撞发生的次数。在分子数确定时,活化分子百分率减小,有效碰撞的次数增多,反应速度推进。
2、决定物理反应速度的内部诱因
不同的物理反应具有不同的反应速度,影响反应速度的主要诱因是外因,即出席反应的物质本身的性质。
外因:出席反应的物质的性质和反应的历程,是决定物理反应速度的主要诱因。
3、影响物理反应速度的外部诱因
当物质确定时(即外因固定),在同一反应中,影响反应速度的诱因是内因,即外界条件分子热运动的速率,主要有体温、浓度、压强、催化剂等。
(1)含量对物理反应速度的影响
①规律:其他条件不变时,减小反应物的含量,可以推动反应速度;降低反应物的含量,可以减低物理反应的速度。
②理论解释:在其他条件不变时,对某一反应来说,活化分子百分率是一定的,即单位容积内的活化分子数与反应物的含量成反比。
(2)浮力对反应速度的影响
①影响对象:浮力只影响有二氧化碳参与的反应的反应速度对于没有二氧化碳参与的反应,浮力对它的反应速度没有任何影响。
注:浮力影响,只适用于讨论有二氧化碳出席的反应,其实并不一定出席反应的物质全部是二氧化碳,只要有二氧化碳参与,浮力即会影响反应的反应速度。
②规律:对于有二氧化碳出席的反应,若其他条件不变,减小浮力,反应速度推进;减少浮力,反应速度减缓。
③理论解释:对二氧化碳来说,若其他条件不变,减小浮力,是减小了含量单位容积内活化分子数增多有效碰撞次数增多物理反应速度减小。为此,减小浮力,可以减小物理反应速度。
(3)气温对反应速度的影响
①规律:其他条件不变时,下降体温,可以减小反应速度,增加体温,可以减缓反应速度。
②理论解释:体温是分子平均动能的反映,气温下降,致使整个体系短发子的能量下降,分子运动速度推进。
(4)催化剂对反应速度的影响
①规律:催化剂可以改变物理反应的速度。在不加说明时,催化剂通常指使反应速度推进的正催化剂。
②催化剂影响物理反应速度的缘由:在其他条件不变时,使用催化剂可以大大减少反应所须要的能量,会使更多的反应物分子成为活化分子,大大降低活化分子百分率,从而使反应速度推进。同一催化剂能同等程度地改变正、逆反应的速度。
反应物的性质是影响反应速度的内在诱因。外界诱因对反应速度的影响用有效碰撞理论解释。
三、化学平衡
1、化学平衡状态
(1)溶化平衡状态的构建:当滤液中固体溶质溶化和氨水中溶质分子集聚到固体表面的结晶过程的速度相等时,饱和碱液的含量和固体溶质的质量都保持不变,达到溶化平衡。溶化平衡是一种动态平衡状态。
小贴士:
①固体溶化过程中,固体的溶化和溶质分子回到固体溶质表面这两个过程仍然存在,只不过两者速度不同,在宏观上表现为固体溶质的降低。当固体全部溶化后尚未达到饱和时,这两个过程都不存在了。
②当碱液达到饱和后,滤液中的固体溶化和氨水中的溶质回到固体表面的结晶过程仍然在进行,但是两个过程的速度相等,宏观上饱和碱液的含量和固体溶质的质量都保持不变分子热运动的速率,达到溶化平衡状态。
(2)可逆反应与不可逆反应
①可逆反应:在同一条件下,同时向正、反两个方向进行的物理反应称为可逆反应。
前提:反应物和产物必须同时存在于同一反应体系中,并且在相同条件下,正、逆反应都能手动进行。
②不可逆反应:在一定条件下,几乎只能向一定方向(向生成物方向)进行的反应。
(3)物理平衡状态的概念:物理平衡状态指的是在一定条件下的可逆反应里,正反应速度和逆反应速度相等,反应混和物中各组分的含量保持不变的状态。
理解物理平衡状态应注意以下三点:
①前提是“一定条件下的可逆反应”,“一定条件”通常是指一定的湿度和浮力。
②实质是“正反应速度和逆反应速度相等”,因为速度受外界条件的影响,所以速度相等基于外界条件不变。
③标志是“反应混和物中各组分的含量保持不变”。含量没有变化,并不是各类物质的含量相同。对于一种物质来说,因为单位时间内的生成量与消耗量相等,就表现出物质的多少不再随时间的改变而改变。
2、化学平衡联通
可逆反应的平衡状态是在一定外界条件下(含量、温度、压强)构建上去的,当外界条件发生变化时,都会影响到物理反应速度,当正反应速度不再等于逆反应速度时,原平衡状态被破坏,并在新条件下构建起新的平衡。此过程可表示为:
(1)物理平衡联通:可逆反应中旧物理平衡的破坏、新物理平衡的构建过程。
(2)物理平衡联通的缘由:反应条件的改变,使正、逆反。应速度发生变化,而且正、逆反应速度的改变程度不同,造成正、逆反应速度不相等,平衡遭到破坏,平衡混和物中各组分的浓度发生相应的变化。
①若外界条件改变,导致υ正>ν逆时,正反应占优势,物理平衡向正反应方向联通,各组分的浓度发生变化;
②若外界条件改变,导致υ正