化学反应速率

Δc 是浓度变化量的绝对值(反应物减少、生成物增加,都取正)。所以速率没有负数。

中学算的都是这段时间内的平均速率(不是某一瞬间的瞬时速率)。反应通常越到后面越慢,所以平均速率随所取时间段而不同。

三个使用要点

⚠ 速率是「区间平均」不是「瞬时」;是「浓度变化」不是「质量/物质的量变化」——分母永远带体积(浓度)。

【题】在 2L 密闭容器中发生反应 N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)。经过 2s,测得 N₂ 的物质的量由 1.0mol 减少到 0.6mol。求此 2s 内用 N₂ 表示的反应速率 v(N₂)。

对反应 mA + nB → pC + qD,任意时刻各物质速率满足:

这是换算的核心:知道一个物质的速率,乘除系数比就能求任意其它物质的速率。也是「比较不同物质表示的速率」时,必须先统一到同一物质的原因。

用它做两件事

① 换算: v(B) = v(A) × n/m(把 A 的速率换成 B 的)。

② 比较: 题目给不同物质的速率,先都除以各自系数(化成「归一速率」v/系数),归一值大的反应更快。

⚠ 换算比的是「速率」与「系数」,不要和平衡里的「浓度变化量之比=系数比」搞混(那个也成立,但概念不同)。纯固体/纯液体不参与这个比。

【题】反应 2X(g) + Y(g) ⇌ 3Z(g) 在某时间段内,分别测得 v(X)=0.4 mol/(L·s)、v(Y)=0.3 mol/(L·s)、v(Z)=0.9 mol/(L·s)。判断:这三个数据表示的是否为同一时间段内的反应速率?若是,哪个物质表示的「反应快慢」等效程度相同?

内因是反应物本身的性质(决定性);外因是浓度、温度、催化剂、压强、接触面积等,是考试的主战场。

压强的三个易错情形

① 恒温缩小容器体积加压 → 各气体浓度都↑ → 加快。

② 恒温恒容,充入惰性气体(如 Ar)→ 总压↑但各反应气浓度不变 → 速率不变。

③ 恒温恒压,充入惰性气体 → 体积变大 → 反应气浓度降低 → 速率减慢。

⚠ 压强影响速率的本质是「有没有改变反应气体的浓度」。惰性气体是常见陷阱:看它有没有把反应气「稀释」或「压缩」。固体、纯液体加多少都不改变浓度,只有表面积起作用。

【题】在恒温恒容的密闭容器中发生反应 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g),下列说法正确的是:
A. 缩小容器体积使压强增大,反应速率增大
B. 向容器中充入不参与反应的 He 气体,反应速率增大
C. 若改为恒温恒压容器,充入 He 使容器体积膨胀,反应速率不变
D. 升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小

有效碰撞: 能真正引发反应的碰撞。要满足两个条件——能量足够高(达到或超过活化能)且取向合适(撞的方向对)。

活化分子: 能量高到足以发生有效碰撞的分子。活化能 Ea: 普通分子变成活化分子所需的「最低能量门槛」(能垒高度)。

为什么各因素能加快速率(统一解释)

催化剂的本质: 提供一条活化能更低的新途径,让更多分子「够得着」门槛 → 活化分子百分数大增 → 速率暴涨。反应前后催化剂质量、化学性质不变。

⚠ 催化剂只降低活化能、加快速率,不改变反应的 ΔH(始态终态能量差不变)!正逆反应的活化能同时降低,故正逆速率同等程度加快,平衡不移动。

【题】关于催化剂加快化学反应速率的原理,下列说法正确的是:
A. 催化剂降低了反应物分子的平均能量
B. 催化剂使反应的活化能降低,从而增大了活化分子的百分数
C. 催化剂改变了反应的焓变 ΔH
D. 催化剂只加快正反应速率,不影响逆反应速率

核心思想: 想研究「某一个因素」对速率的影响,就只改变这一个,其它所有条件必须完全相同。这样才能把速率差异「归因」给这个变量。

设计三步走

① 明确自变量(你要研究的,如温度)与因变量(速率,通过看气泡快慢/变色时间/沉淀出现时间等衡量)。

② 设置对照组:除自变量外,浓度、体积、颗粒大小、催化剂等一律相同。

③ 用「快慢的可观察指标」定量或半定量比较(如「出现浑浊所需时间」——时间短=速率快)。

⚠ 表格里若同时有两个格子数值不同(比如既改浓度又改温度),就无法判断到底是谁的功劳——这是实验题最经典的送命陷阱。总反应体积常需靠加水「补齐」,以保证浓度这个变量被单独控制。

【题】某同学为探究浓度对 Na₂S₂O₃ 溶液与稀硫酸反应速率的影响(出现浑浊即计时停止),设计了如下方案(V(H₂O) 用于补齐总体积):
实验①:V(Na₂S₂O₃)=5mL(0.1mol/L),V(H₂SO₄)=5mL(0.1mol/L),V(H₂O)=0mL
实验②:V(Na₂S₂O₃)=3mL(0.1mol/L),V(H₂SO₄)=5mL(0.1mol/L),V(H₂O)=2mL
请问该实验设计是否符合控制变量法的要求?哪个实验出现浑浊所需时间更短?

v-t 图横轴是时间、纵轴是正/逆反应速率。看突变判断改了什么条件、看正逆是否同步判断平衡怎么动。

⚠ 「突变=瞬间跳」(浓度、压强、温度、催化剂都会引起跳变);判断平衡移动方向看跳变后正逆谁在上。催化剂的标志:正逆跳到完全相同的高度。

【题】对于可逆反应 N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)(正反应放热),已建立平衡。某时刻 t₁ 向体系中加入催化剂,则 v-t 图像中 v(正)、v(逆) 的变化情况及平衡移动方向是:
A. v(正)、v(逆) 都突然增大且增大程度不同,平衡正移
B. v(正)、v(逆) 都突然增大到相同的新高度,平衡不移动
C. 只有 v(正) 突然增大,v(逆) 不变,平衡正移
D. v(正)、v(逆) 都逐渐增大,无突跳

1. 速率写成负数。Δc 取绝对值,速率恒为正;反应物「减少」也用正值表示。

2. 比较速率不换算。不同物质的速率数值不同,必须先除以各自系数(化成 v/系数)或换到同一物质再比大小。

3. 把催化剂当成能改变 ΔH。催化剂只降活化能、加快速率,ΔH 不变;正逆速率同等加快,平衡不移。

4. 拿纯固体/纯液体的「量」说浓度。固体、纯液体浓度视为常数,加多少都不改变速率——但把固体磨细(增大表面积)会加快。

5. 惰性气体一律算「加压加快」。恒容充惰气:反应气浓度不变→速率不变;恒压充惰气:被稀释→速率反而变慢。

6. 控制变量时同时改了两个条件,却去比速率归因——无效实验。总体积常要用水补齐以固定浓度。

7. 把平均速率当瞬时速率。中学 v=Δc/Δt 是一段时间的平均值;反应通常越往后越慢。

8. v-t 图里把催化剂画成「只升 v(正)」。催化剂让正逆同步同高跳升,这是它区别于「加浓度」的标志。

▸ 一条主线贯穿所有因素: 所有外因加快速率,最终都落在「单位时间内有效碰撞次数增多」。浓度/压强改的是「碰撞频率」;温度/催化剂改的是「活化分子百分数」。用这一句能自己推出全部结论。

▸ 温度 vs 催化剂的区别: 温度靠「给分子加能量」抬高越过门槛的比例;催化剂靠「降低门槛本身」。前者会同时影响平衡常数 K,后者不影响 K、不影响平衡。

▸ 速率与平衡分家: 速率讲「多快到」,平衡讲「最终到哪」。催化剂、增大表面积只影响「多快」不影响「哪」;浓度、温度、压强既影响速率也可能移动平衡——答题先分清问的是哪个。

▸ 大学视角(了解即可): 速率方程 v=k·c(A)^a·c(B)^b,k 只随温度和催化剂变(阿伦尼乌斯:k 与 e^(−Ea/RT) 成正比)。这解释了「催化剂降 Ea→k 猛增」「升温→k 增大」的定量根源。

▸ 看图先看「跳没跳」: v-t 图突变=瞬时改条件;渐变=浓度自然消耗。突变后正逆谁高谁就是平衡移动方向;正逆跳到同高=催化剂或等体积不变的压强变化。