资深教师带你学:高二化学选修一之化学反应速率-化学反应速率概述

第02部分 化学反应速率概述

(一)化学反应速率计算公式

化学反应速率是指反应在一段时间内的平均速率，其表达式为

其中，v表示化学反应速率，△c表示物质的量浓度的变化量，△n表示物质的量的变化量，△t表示时间变化量，V表示体系体积。

化学反应速率的单位为mol·L^-1·s^-1或mol·L^-1·min^-1或mol·L^-1·h^-1。

化学反应速率为平均速率而非瞬时速率。

在一定温度下，固体、纯液体的浓度视为定值(强度量)，不因其量的增减而影响反应速率，因此不能用固体和纯液体的浓度变化表示反应速率。

(二)化学反应速率的特点

以2SO₂＋O₂⇌ 2SO₃反应为例。

若1min的时间内SO₂的物质的量浓度减少了0.5mol/L，则v(SO₂)＝0.5 mol·L^-1·min^-1；v(O₂)＝0.25 mol·L^-1·min^-1；v(SO₃)＝0.5 mol·L^-1·min^-1。

可以发现，对于同一个化学反应：化学反应速率之比＝化学计量数之比。

(三)化学反应速率决定理论

1. 有效碰撞理论

1918年，路易斯运用分子运动论的成果，提出反应速率的碰撞理论。理论中认为能引起反应的碰撞是少数，称为有效碰撞。有效碰撞的条件是：

①反应物分子可以互相发生碰撞；

②互相碰撞的反应物分子具有合适的碰撞取向；

③互相碰撞的分子必须具有足够的能量，只有具有较高能量的分子在取向合适的前提下，能够克服碰撞分子间电子的相互斥力，完成化学键的改组。

碰撞理论将能够发生有效碰撞的分子称为活化分子。理论认为反应体系中有效碰撞的频率越高，反应速率越快，有效碰撞的频率与反应体系中有效碰撞粒子数呈正相关：

有效碰撞粒子数＝碰撞粒子数×有效碰撞百分数

其中，升高温度、添加合适的催化剂通过提升“有效碰撞百分数”使化学反应速率增大；增大反应物浓度、增大压强通过提高单位体积下“碰撞粒子数”使化学反应速率增大。

2.过渡态理论

过渡态理论是在20世纪30年代由艾林和佩尔采在碰撞理论的基础上将量子力学应用于化学动力学提出。

过渡态理论认为：化学反应并不是通过反应物分子的简单碰撞就能完成，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态，处于过渡态的分子叫做活化络合物。

活化络合物是一种高能量的不稳定的反应原子组合体，它能较快地分解为新的能量较低的较稳定的生成物。

例如对于反应NO₂＋CO NO＋CO₂，当具有较高能量的CO分子和NO₂分子在合适的碰撞取向上相互碰撞时，CO和NO₂形成活化络合物[O—N…O…C—O]，此时体系的能量最大，在活化络合物中，原有的N…O键部分地破裂，新的C…O键部分地形成。

过渡态理论认为：活化能是反应物分子平均能量与处在过渡态的活化络合物分子平均能量之差。因此无论是放热反应还是吸热反应，反应物经过过渡态变成生成物都需要越过一个高能量的过渡态。