化学反应速率是衡量化学反应快慢的物理量。不同的化学反应具有不同的化学反应速率,参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的内在因素。对于某一化学反应来说,外界条件如温度、浓度、压强和催化剂等,也会对化学反应速率产生影响。 自然界和生产中有许多化学反应是可逆反应。可逆反应在一定条件下不能进行到底,反应进行到一定限度,就将建立起化学平衡状态。
【重点难点】 重点: 1、知道什么是化学反应速率,认识影响化学反应速率的因素,并能用于说明有关问题。 2、认识可逆反应有一定限度,知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。
难点: 1、有关化学反应速率的计算。 2、利用可逆反应有一定限度的原理解释有关现象。
【知识讲解】
一、化学反应速率 1、表示方法 通常用化学反应速率(chemical reaction rate)来衡量化学反应进行的快慢。化学反应速率可用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。 某一物质的化学反应速率的计算式为: v= 式中△c为浓度的变化值,单位常用mol·L-1表示;△t为时间,单位常用min、s表示。因此,反应速率v的常用单位是mol·(L·min)-1或mol·(L·s)-1等。 (1)同一反应用不同的物质的浓度变化表示其反应速率时,其数值可以是不同的,但都表示该反应的反应速率。因此,在表示化学反应速率时,必须注明是以哪种物质作标准。 (2)同一反应用不同的物质的浓度变化表示时,速率之比等于化学方程式中相应的化学计量数之比。如:化学反应mA+nBpC+qD,有υ(A)∶υ(B)∶υ(C)∶υ(D)=m∶n∶p∶q。 (3)化学反应速率是指某时间段内的平均反应速率,而不是某时刻的瞬时速率。 (4)化学反应速率不取负值。 (5)由于在同一个反应中用不同的物质来表示速率时,其数值可以是不同的,在比较反应速率大小时,不仅要看反应速率数值的大小,还要结合化学方程式中物质的化学计量数的大小进行比较。
2、影响化学反应速率的因素 化学反应速率是衡量化学反应快慢的物理量。不同的化学反应具有不同的化学反应速率,这是由于参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的内在因素。那么,对于某一化学反应来说,外界条件如温度、浓度、压强和催化剂等,对化学反应速率会产生什么样的影响? (1)内因: 不同的化学反应具有不同的反应速率,影响化学反应速率的决定因素是内因,即由参加反应的物质本身的性质所决定。 (2)外因: 在同一反应中,影响化学反应速率的外界条件主要有浓度、温度、压强、催化剂等。改变了这些条件,可以改变化学反应速率。
实验探讨: ⅰ.温度对化学反应速率的影响 实验1: 取两支大试管,各加入5mL4%的过氧化氢溶液,再向试管中分别滴入几滴洗涤剂(滴加洗涤剂后,产生的气体易形成泡沫,便于观察),将其中一支试管用水浴加热,观察并比较两支试管中发生的变化。 现象:用水浴加热的试管内产生的泡沫速率较快。 结论:升高温度,化学反应速率增大;降低温度,化学反应速率减缓。 在实验室中,我们常常通过加热方法,提高反应的温度来增大反应速率。为防止食品变质,我们将食品放入冰箱中保存,降低温度,延缓食品变质的速率。
ⅱ.催化剂对化学反应速率的影响 实验2: 取两支大试管,各加5mL4%的过氧化氢溶液,再分别滴入几滴洗涤剂,用角匙往其中一支试管中加入少量二氧化锰粉末,观察发生的变化。 现象:加入少量二氧化锰粉末的试管内产生的泡沫速率较快。 结论:使用催化剂可以加快化学反应的速率。 催化剂能够改变化学反应的速率,催化剂有正催化剂和负催化剂两种,正催化剂可以加快化学反应的速率,负催化剂可以减缓化学反应的速率。在没有特别说明时,催化剂均指正催化剂。 在现代化学和化工生产中约85%的反应需要使用催化剂加快反应的速率。
ⅲ.浓度对化学反应速率的影响 实验3: 取三支试管,各加入5mL2%、6%、12%的过氧化氢溶液,再分别加入几滴0.2mol·L-1氯化铁溶液,观察气泡生成的快慢。 现象:12%的过氧化氢溶液产生的泡沫速率最快,6%的过氧化氢溶液产生的泡沫速率稍慢,2%的过氧化氢溶液产生的泡沫速率最慢。 结论:增加反应物的浓度可加快反应速率。但需要注意的是,固体和纯液体的浓度视为常数,其量的改变不影响反应速率。
ⅳ.压强对化学反应速率的影响 对气体参加的化学反应而言,增大压强,则气体体积缩小,相当于增大了浓度,化学反应速率加快。减小压强,气体体积增大,相当于减小了浓度,化学反应速率减小。 但压强对只有固体、纯液体或溶液参加的反应无影响,因压强的变化对它们的体积改变极小,因而对它们的浓度几乎无影响,故可忽略。
综上分析,化学反应速率的快慢首先取决于反应物分子的内部结构即内因。外界条件如温度等是影响化学反应速率的外因。其他条件相同时,反应物的浓度越大,反应的温度越高,反应速率也越大,加入催化剂能显著地增大反应速率。此外,反应物接触面积的大小、固体反应物的颗粒大小等因素对反应速率也有影响。反应物接触面积越大、固体反应物的颗粒越小,反应速率越快。例如:用含硫矿石(如黄铁矿)燃烧制造SO2气体时,把矿石粉碎成颗粒状,在沸腾炉内鼓入强大空气流,把矿粒吹得剧烈翻腾。就是为了增加矿石和氧气的接触面积。
二、化学反应的限度
实验探讨: 实验1: 己知FeCl3溶液和KI溶液能发生如下反应:2Fe3++2I-=2Fe2++I2 取5mL0.1mol·L-1KI溶液,滴加0.1mol·L-1FeCl3溶液5~6滴,继续加入2mLCCl4,充分振荡,静置后取上层溶液,用KSCN溶液检验是否还存在 Fe3+。观察实验现象。 现象:滴加CCl4,振荡、静置后,溶液分层,上层为水溶液,呈浅绿色,下层为CCl4层,呈紫色。取上层溶液,滴加KSCN溶液后溶液变为血红色。 结论:溶液变为血红色,表明上层溶液中仍存在有Fe3+。从上述实验中反应物的物质的量来看,KI是过量的,但是,即使KI过量,Fe3+也没有全部转化为Fe2+。 实验2: 取一支洁净的试管,向试管中加入0.1mol·L-1AgNO3溶液2mL,向AgNO3溶液中加入稍过量的铜粉,反应一段时间后,取上层清液于另一试管中,再向试管中滴加1.0mol·L-1KBr溶液,观察实验现象。 现象:取上层清液于另一试管中,再向试管中滴加1.0mol·L-1KBr溶液,有淡黄色沉淀生成。 结论:有淡黄色沉淀生成,表明上层清液中仍含有Ag+。从上述实验中反应物的物质的量来看,铜粉是过量的,但是,即使铜粉过量,Ag+也没有全部被置换出来。
从上述两个反应的情况可以看出,某些化学反应的进行是有一定的限度的。反应物并不能全部转化为生成物,反应物与生成物可以在反应体系中共存。 自然界和生产中有许多化学反应都属于这种情况,这类反应叫可逆反应。可逆反应在一定条件下不能进行到底,反应进行到一定限度,就将建立起化学平衡状态。
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