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內(nèi)因
1化學(xué)鍵的強(qiáng)弱與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系。例如:在相同條件下,氟氣與氫氣在暗處就能發(fā)生爆炸(反應(yīng)速率非常大);氯氣與氫氣在光照條件下會(huì)發(fā)生爆炸(反應(yīng)速率大);溴氣與氫氣在加熱條件下才能反應(yīng)(反應(yīng)速率較大);碘蒸氣與氫氣在較高溫度時(shí)才能發(fā)生反應(yīng),同時(shí)生成的碘化氫又分解(反應(yīng)速率較小)。這與反應(yīng)物XX鍵及生成物HX鍵的相對(duì)強(qiáng)度大小密切相關(guān)。
外因
壓強(qiáng)條件
對(duì)于有氣體參與的化學(xué)反應(yīng),其他條件不變時(shí)(除體積),增大壓強(qiáng),即體積減小,反應(yīng)物濃度增大,單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多,單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增多,反應(yīng)速率加快;反之則減小。若體積不變,加壓(加入不參加此化學(xué)反應(yīng)的氣體)反應(yīng)速率就不變。因?yàn)闈舛炔蛔儯瑔挝惑w積內(nèi)活化分子數(shù)就不變。但在體積不變的情況下,加入反應(yīng)物,同樣是加壓,增加反應(yīng)物濃度,速率也會(huì)增加。若體積可變,恒壓(加入不參加此化學(xué)反應(yīng)的氣體)反應(yīng)速率就減小。因?yàn)轶w積增大,反應(yīng)物的物質(zhì)的量不變,反應(yīng)物的濃度減小,單位體積內(nèi)活化分子數(shù)就減小。
溫度條件
只要升高溫度,反應(yīng)物分子獲得能量,使一部分原來能量較低分子變成活化分子,增加了活化分子的百分?jǐn)?shù),使得有效碰撞次數(shù)增多,故反應(yīng)速率加大(主要原因)。當(dāng)然,由于溫度升高,使分子運(yùn)動(dòng)速率加快,單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物分子碰撞次數(shù)增多反應(yīng)也會(huì)相應(yīng)加快(次要原因)。
催化劑
使用正催化劑能夠降低反應(yīng)所需的能量,使更多的反應(yīng)物分子成為活化分子,大大提高了單位體積內(nèi)反應(yīng)物分子的百分?jǐn)?shù),從而成千上萬倍地增大了反應(yīng)物速率.負(fù)催化劑則反之。催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率,卻改不了化學(xué)反應(yīng)平衡。
條件濃度
當(dāng)其它條件一致下,增加反應(yīng)物濃度就增加了單位體積的活化分子的數(shù)目,從而增加有效碰撞,反應(yīng)速率增加,但活化分子百分?jǐn)?shù)是不變的。
其他因素
增大一定量固體的表面積(如粉碎),可增大反應(yīng)速率,光照一般也可增大某些反應(yīng)的速率;此外,超聲波、電磁波、溶劑等對(duì)反應(yīng)速率也有影響。
溶劑對(duì)反應(yīng)速度的影響
在均相反應(yīng)中,溶液的反應(yīng)遠(yuǎn)比氣相反應(yīng)多得多(有人粗略估計(jì)有90%以上均相反應(yīng)是在溶液中進(jìn)行的)。但研究溶液中反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)要考慮溶劑分子所起的物理的或化學(xué)的影響,另外在溶液中有離子參加的反應(yīng)常常是瞬間完成的,這也造成了觀測(cè)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的困難。最簡單的情況是溶劑僅引起介質(zhì)作用的情況。
在溶液中起反應(yīng)的分子要通過擴(kuò)散穿周圍的溶劑分子之后,才能彼此接觸,反應(yīng)后生成物分子也要穿過周圍的溶劑分子通過擴(kuò)散而離開。
擴(kuò)散就是對(duì)周圍溶劑分子的反復(fù)擠撞,從微觀角度,可以把周圍溶劑分子看成是形成了一個(gè)籠,而反應(yīng)分子則處于籠中。分子在籠中持續(xù)時(shí)間比氣體分子互相碰撞的持續(xù)時(shí)間大10-100倍,這相當(dāng)于它在籠中可以經(jīng)歷反復(fù)的多次碰撞。
籠效應(yīng)就是指反應(yīng)分子在溶劑分子形成的籠中進(jìn)行多次的碰撞(或振動(dòng))。這種連續(xù)反復(fù)碰撞則稱為一次偶遇,所以溶劑分子的存在雖然限制了反應(yīng)分子作遠(yuǎn)距離的移動(dòng),減少了與遠(yuǎn)距離分子的碰撞機(jī)會(huì),但卻增加了近距離分子的重復(fù)碰撞?偟呐鲎差l率并未減低。
據(jù)粗略估計(jì),在水溶液中,對(duì)于一對(duì)無相互作用的分子,在依次偶遇中它們?cè)诨\中的時(shí)間約為10-12-10-11s,在這段時(shí)間內(nèi)大約要進(jìn)行100-1000次的碰撞。然后偶爾有機(jī)會(huì)躍出這個(gè)籠子,擴(kuò)散到別處,又進(jìn)入另一個(gè)籠中。可見溶液中分子的碰撞與氣體中分子的碰撞不同,后者的碰撞是連續(xù)進(jìn)行的,而前者則是分批進(jìn)行的,一次偶遇相當(dāng)于一批碰撞,它包含著多次的碰撞。而就單位時(shí)間內(nèi)的總碰撞次數(shù)而論,大致相同,不會(huì)有數(shù)量級(jí)上的變化。所以溶劑的存在不會(huì)使活化分子減少。A和B發(fā)生反應(yīng)必須通過擴(kuò)散進(jìn)入同一籠中,反應(yīng)物分子通過溶劑分子所構(gòu)成的籠所需要的活化能一般不會(huì)超過20kJmol-1,而分子碰撞進(jìn)行反應(yīng)的活化能一般子40 -400kJmol-1之間。
由于擴(kuò)散作用的活化能小很多,所以擴(kuò)散作用一般不會(huì)影響反應(yīng)的速率。但也有不少反應(yīng)它的活化能很小,例如自由基的復(fù)合反應(yīng),水溶液中的離子反應(yīng)等。則反應(yīng)速率取決于分子的擴(kuò)散速度,即與它在籠中時(shí)間成正比。
從以上的討論可以看出,如果溶劑分子與反應(yīng)分子沒有顯著的作用,則一般說來碰撞理論對(duì)溶液中的反應(yīng)也是適用的,并且對(duì)于同一反應(yīng)無論在氣相中或在溶液中進(jìn)行,其概率因素P和活化能都大體具有同樣的數(shù)量級(jí),因而反應(yīng)速率也大體相同。但是也有一些反應(yīng),溶劑對(duì)反應(yīng)有顯著的影響。例如某些平行反應(yīng),常可借助溶劑的選擇使得其中一種反應(yīng)的速率變得較快,使某種產(chǎn)品的數(shù)量增多。
溶劑對(duì)反應(yīng)速率的影響是一個(gè)極其復(fù)雜的問題,一般說來:
⑴溶劑的介電常數(shù)對(duì)于有離子參加的反應(yīng)有影響。因?yàn)槿軇┑慕殡姵?shù)越大,離子間的引力越弱,所以介電常數(shù)比較大的溶劑常不利與離子間的化合反應(yīng)。
⑵溶劑的極性對(duì)反應(yīng)速率的影響。如果生成物的極性比反應(yīng)物大,則在極性溶劑中反應(yīng)速率比較大;反之,如反應(yīng)物的極性比生成物大,則在極性溶劑中的反應(yīng)速率必變小。
⑶溶劑化的影響,一般說來。作用物與生成物在溶液中都能或多或少的形成溶劑化物。這些溶劑化物若與任一種反應(yīng)分子生成不穩(wěn)定的中間化合物而使活化能降低,則可以使反應(yīng)速率加快。如果溶劑分子與作用物生成比較穩(wěn)定的化合物,則一般常能使活化能增高,而減慢反應(yīng)速率。如果活化絡(luò)合物溶劑化后的能量降低,因而降低了活化能,就會(huì)使反應(yīng)速率加快。
⑷離子強(qiáng)度的影響(也稱為原鹽效應(yīng))。在稀溶液中如果作用物都是電解質(zhì),則反應(yīng)的速率與溶液的離子強(qiáng)度有關(guān)。也就是說第三種電解質(zhì)的存在對(duì)于反應(yīng)速率有影響.
5.當(dāng)金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng)時(shí),如果金屬中含有雜質(zhì),就會(huì)形成原電池,使反應(yīng)速率增加,這就是粗鋅比純鋅與酸的反應(yīng)速率更快的原因。
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