影响化学反应速率的因素
反应速率是从反应物产生化学反应产物的速度。它提供了有关可以完成反应的时间范围的一些信息。例如纤维素在火中燃烧的反应速度非常快,不到一秒就完成了反应。
什么是反应率?
The rate of reaction, often known as the reaction rate, refers to the pace at which reactants are converted into products. When we talk about chemical processes, we know that the rate at which they occur varies greatly.
一些化学反应几乎是瞬时的,而另一些则需要时间才能达到最终平衡。根据一般定义,反应速率是反应发生的速率。
例如,木材燃烧具有高反应速率,因为该过程很快,而铁生锈具有低反应速率,因为该过程缓慢。
影响反应速率的因素
只有当反应物分子相互碰撞时才会发生化学反应。化学动力学的碰撞假说描述了这一点。根据碰撞,为了发生反应,反应物必须以大于活化能E a的足够能量碰撞。然而,其他因素会影响反应速率,例如增加能量大于活化能 E a的分子比例。反应速率受四个因素影响。它们如下:
反应物的性质
化学反应在水溶液中几乎立即发生。因为反应物分子的化学键被破坏了。离子的吸引力被破坏,离子被水分子水合。此外,大多数离子在所有方向上都具有相等的吸引力。在大多数情况下,在这些情况下不必中断共价连接。另一方面,需要打破共价键的分子之间的反应往往非常缓慢。因此,反应速度受反应物分子结构特性的影响,例如键极性、几何形状、整体尺寸和方向。
反应物浓度
我们知道大多数反应的速率随着反应物浓度的增加而增加。增加反应物的浓度意味着增加相同体积中反应物分子的数量。对于许多(但不是全部)反应,浓度和反应速率之间存在直接联系。结果,当浓度加倍时,反应速率也加倍。这可以通过碰撞假说来解释,该假说指出,反应物分子的数量增加一倍会导致同时发生两倍的碰撞。
反应物的温度
在几乎所有情况下,反应速率都会随着温度升高而增加。温度每升高 10°,反应速度加倍!这是一个非常强大的效果。例如,温度从 20° 增加到 80°(六个 10° 增量)将导致反应速率快 2 6 = 64 倍。这是一个重大的利率变化。碰撞理论也可以解释这一点:所有分子的平均动能是温度的直接函数。由于分子与更多能量碰撞,它们的活化能降低。
催化剂的存在
催化剂是一种在不真正参与的情况下加速反应的化学物质。催化剂通过提供替代的化学途径起作用。它是一种使用最少能量将反应物转化为产物的方法。一些催化剂加速不止一种反应,但其他催化剂,如我们细胞中的酶,对特定反应或什至是单一类型的反应物分子具有特异性。结果,催化剂加速了该过程。
压力系数
气体浓度随压力增加而增加,从而增加反应速率。反应速率在气体分子较少的方向上加快,在相反方向上减慢。结果,很明显压力和注意力是相关的,并且它们都影响响应速度。
示例问题
问题1:浓度如何影响反应速率?
回答:
Collision theory states that increasing the number of reactant molecules increases the number of collisions that occur for a reaction to occur. Similarly, raising the concentration, or the amount of reactant molecules in the solution, will increase the number of collisions that occur in the solution. As a result, the rate of the reaction will accelerate.
问题2:反应的化学动力学和方程式的化学平衡有什么区别?
回答:
The chemical kinetics of the reaction provides information on the mechanism and pace of the reaction, whereas a balanced chemical equation provides information about the stoichiometry of the reaction.
问题3:为什么反应速率随温度升高而升高?
回答:
As the temperature of the reaction rises, the average kinetic energy of the ions and molecules rises as collisions between the ions and molecules become more frequent.
问题4:化学热力学和化学动力学有什么区别?
回答:
Chemical kinetics, often known as reaction kinetics, is concerned with the investigation of reaction rates. Chemical thermodynamics is the study of the interaction of heat and work with chemical processes or physical state changes within the limitations of thermodynamic rules.
问题 5:催化剂如何加速反应?
回答:
The catalyst speeds up the reaction by allowing a novel reaction pathway to occur at a lower activation energy. It does not consume in the process and also does not alter in chemical properties.