化學反應的速率

A. 化學反應速率表示方法

化學反應速率是指表示化學反應進行的快慢。通常以單位時間內反應物或生成物濃度的變化值（減少值或增加值）來表示，反應速度與反應物的性質和濃度、溫度、壓力、催化劑等都有關，如果反應在溶液中進行，也與溶劑的性質和用量有關。其中壓力關系較小(氣體反應除外），催化劑影響較大。可通過控制反應條件來控制反應速率以達到某些目的。
平均反應速率
化學反應速率定義為單位時間內反應物或生成物濃度的變化量的正值。稱為平均反應速率，用 表示。對於生成物，隨著反應的進行，生成物的濃度增加， ；對於反應物，隨著反應的進行，反應物的濃度減少， 。

例如，對於反應
平均反應速率 可以描述為單位時間內反應物A或B濃度的減少量的負值，或者生成物C或D的增加值，即。濃度常用mol/L為單位，時間單位有s、min、h等，視反應快慢不同，反應速率的單位可用mol·L-1·s-1、mol·L-1·min-1、mol·L-1·h-1。
上述反應體系中，雖然反應數值不同，但有確定的數值關系： 等。這樣一個反應體系內用不同物質濃度表示的反應速率有不同的數值，易造成混亂，使用不方便。
為了反應只有一個反應速率v，現行國際單位制建議 值除以反應式中的計量系
這樣就得到一個反應體系的速率v都有一致的確定值。
在容積不變的反應容器里，反應速率v等於單位體積內反應進度(ε=Δn/ν(B))對時間的變化率。
瞬時反應速率
平均反應速率，其大小也與指定時間以及時間間隔有關。隨著反應的進行，開始時反應物的濃度較大，單位時間內反應的進行，開始時反應物的濃度較大，單位時間反應濃度減小得較快，反應產物濃度增加也較快，也就是反應較快；在反應後期，反應物的濃度變小，單位時間內反應物減小得較慢，反應產物濃度增加也較慢，也就是反應速率較慢。
在實際工作中，通常測量反應的瞬時反應速率，是c(t)-t曲線某時刻t時該曲線的斜率即為該反應在時刻t時的反應速率。

B. 化學反應速率和反應速率常數的關系是什麼

關系是反應速率常數是測試化學反應速率的表現。

C. 化學反應速率大小的比較

方案2，因為這是放熱反應，所以溫度越高反應速率越慢。同時，粉末狀也比塊狀反應速率要快，因為分子接觸面積大。

D. 影響化學反應速率的因素有哪些

濃度：
如果我們將濃度增大，也就是使單位體積內分子總數增加了，由於單位體積內分子總量的增加，就造成了單位體積里邊碰撞次數增加了，也就是有效的碰撞次數增加了，因此造成化學反應速率增大，也就是說增大濃度可以增大化學反應速率。
壓強：
壓強的改變在化學當中操作起來是減小體積，當我們把一個含有氣體的化學反應的容器增大壓強的時候，也就是減小體積。當我們減小體積的時候，這時候就造成了氣體相關物質的濃度變大了，如果濃度變大了，就會造成有效碰撞在單位體積里邊次數的增加，進一步增長了化學反應速率的增大，這就是壓強影響的因素

如果在體積不變的情況下，我們充入了惰性氣體，這時候壓強變大，但是這個時候化學反應速率不變，因為惰性氣體不參與化學反應，而參與化學反應那些氣體的濃度並沒增大。
溫度：
溫度是分子動能的標志，當我們將溫度升高的時候，分子的能量就提高了。分子的能量提高，可以表現為分子運動的速度加快了。當高速運動的分子相撞的時候，那麼它們有效碰撞就要增加，真正發生化學反應的機會就增加了，最終導致化學反應速率增大。

實踐告訴我們，溫度變化對吸熱反應的影響更大一些，溫度變化對放熱反應的影響就要相對小一些。
催化劑：
正催化劑可以降低反應所需要的能量。因此化學反應當中，只有那些具有較高能量的分子，在相撞的時候才能夠有效的發生化學反應。但含有較高能量的分子在分子總數中所佔的比例非常小，如果我們要能夠使用某一種催化劑，降低化學反應所需要的能量，也就是說使更多的分子達到反應所需要的能量，這個時候有效碰撞次數就增加，進一步造成了化學反應速率的增大。

當然也有負催化劑，就是加入催化劑以後減慢了化學反應速率。

E. 均相化學反應的速率定律

均相化學反應如水溶液中的化學反應,是地球化學中最基本的一類反應。

4.4.3.1 基元反應、總反應與反應速率方程

地球化學過程中涉及的諸多化學反應可分為基元反應(elementary reaction)和總反應(overll reaction)。對於基元反應,反應過程與反應式所表達的一樣,如反應:

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反應過程為1個質子與1個重碳酸根離子碰撞產生1個碳酸分子。

對於基元反應,反應速率v總是與反應物濃度的乘積成正比,因為基元反應是參與反應的離子或分子直接碰撞的結果,這些離子或分子的濃度越高,則相互碰撞的概率就大,反應就快。所以:

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方括弧表示組分濃度,k稱為反應速率常數。而對於一般的化學反應,反應式只表示一系列基元反應的凈結果。例如一般的反應:

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很難設想a個A與b個B會同時碰在一起而產生c個C和d個D。總反應式(4.108)的速率可定義為:

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它甚至可能不再只與反應物的濃度有關,也與產生物的濃度有關,所以一般的反應速率方程可表示為:

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冪指數n_A、n_B、n_C和n_D也不一定等於反應式(4.108)中相應的化學計量系數a、b、c和d。稱為反應的級數(order)。實際的速率方程可能更為復雜,但大多可近似地表示成式(4.110)的形式。例如,化學動力學實驗證明,大氣中臭氧的分解反應式(4.111)的速率方程為式(4.112)。

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反應的速率既與反應物濃度[O₃]有關,也與產生物濃度[O₂]有關,可見反應式(4.111)不是一個基元反應,而是一個總反應。(4.112)式還表明,反應式(4.111)為1級反應。

非均相反應如岩石與流體間所發生的固-液反應,式(4.110)中固相的「濃度」應為其比表面積。特定岩石中與孔隙流體相接觸的比表面積通常可用其對惰性氣體的吸附實驗來測定。

4.4.3.2 反應機理與定態

總反應是一系列基元反應的最終結果,這一系列基元反應就是其反應機理。仍以反應式(4.111)為例,反應機理為:

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也就是說,反應式(4.111)實際上分為兩步進行:先由1個臭氧分子分解為1個氧分子和1個氧原子;然後新生成的氧原子與臭氧分子碰撞產生2個氧分子。這兩個基元反應中,第一個反應為快反應,並且存在逆反應,正、逆反應的速率常數分別為k₁和k_-1;第2個反應是不可逆反應。氧原子不出現在總反應式(4.111)中,是因為在反應過程中它既沒有消耗,也沒有凈增加,為反應中間產物(reactive intermediate),它起著十分重要的「媒介」作用。

因為反應式(4.113a)和式(4.113b)均為基元反應,故有:

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由於反應式(4.113a)比反應式(4.113b)快,反應式(4.113a)分解出來的氧原子來不及被反應式(4.113b)消耗,就會累積起來。隨著氧原子含量的增加,反應式(4.113a)的逆反應加快,從而使中間產物——氧原子的含量恆定,稱之為定態。反應中間產物處於定態是許多化學機理中十分普遍的現象。於是有:

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這是實際的反應速率方程。因為反應式(4.113b)的k₂很小,使得k-1[O₂]>>k₂[O₃],式(4.115)可簡化為:

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比較式(4.112)有:

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反應中間產物處於定態的另一個例子是霞石溶解並沉澱出三水鋁石:NaAlSiO₄(霞石)+H⁺+3H₂→OAl(OH)₃(三水鋁石)+Na⁺+H₄SiO₄(aq)這一反應至少由兩步作用組成,即:

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這里假定體系處於酸性狀態,Al³⁺是水溶液中鋁的主要化學種,並為反應中間產物,一般處於定態。

4.4.3.3 反應速率方程的實驗測定

化學反應的機理分析必須首先知道總反應速率方程,這可由實驗的方法獲得。常用的方法有初始速率法和積分法。

(1)初始速率法。若反應速度較慢,則當給定體系內反應物和產物的初始濃度後,某產物P的初始反應速率為:

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在一段時間內變化很小,或近似地認為不變,可方便地測定。改變一種組分,如A的初始濃度,而保持其他組分的初始濃度不變,則:

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取對數後為:

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對A的不同初始濃度測定一系列初始速率,作logv^-log([A]₀)圖,即在雙對數坐標下作v^-[A]₀圖,為一直線,可得斜率n_A,截距為k′。同樣通過改變其他組分的初始濃度可得到n_B等。例如,在無O₂的條件下,黃鐵礦的氧化反應為(McKibben和Bares,1986):

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應用初始速率法得到圖4.13,可得反應速率方程:

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與反應式中各組分的化學計量有很大差別。而在有O₂的條件下,黃鐵礦的氧化反應為:

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用初始速率法得:

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圖4.13 初始速率法求取黃鐵礦的氧化反應的速率方程(據McKibben和Bares,1986)

(2)積分法。對於一般的反應式(4.108),由式(4.109)、式(4.110)得:

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若在實驗設計時給予B、C、D的初始濃度遠大於A的初始濃度,則隨反應的進行,B、C、D的濃度變化相對於A要小得多,上式可近似為:

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其中

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求解常微分方程式(4.122)可得到組分A的濃度隨時間的變化規律。若反應式(4.108)對於組分A為0級反應,即n_A=0,則

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組分A的濃度為時間t的線性函數;若反應式(4.108)對於組分A為1級反應,即n_A=1,則

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組分A的濃度為時間t的指數函數,在半對數坐標下為直線。在實驗中可測得組分A的濃度隨時間t的變化規律,若為時間t的線性函數則知反應式(4.109)對組分A為零級反應,由直線斜率可求速率常數;若為時間t的指數函數,則反應式(4.108)對組分A為1級反應,在t-log[A]圖上為直線,同樣可得速率常數,如此順序推論,等等。可見,這種方法把組分A分離出來了,獲得總反應對它的反應級數,然後再類似地分離別的組分,最終求得速率方程,所以積分法也稱分離法(isolation method)。

4.4.3.4 溫度對速率常數的影響

溫度對反應速率的影響很大,因為溫度的增加往往加劇分子運動,分子碰撞更為頻繁。有時溫度變化100℃,反應速率可改變幾個數量級。速率常數與溫度的關系通常由Arrhenius方程表示:

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式中:A為指前因子(pre-exponential factor);Ea為反應的活化能;R為氣體常數。Boltzmann定理表明,在溫度T下,1個分子具有能量E*的概率為exp(-E*/RT)。而化學反應必須要克服一定的能障,即只有能量大於活化能的分子才能反應,這類分子數正比於exp(-E_a/RT)。

若以logk對1/RT作圖,則為一直線,其負斜率為反應的活化能(圖4.14)。

式(4.125)只是一種近似。研究表明指前因子A也與溫度有關。對大多數反應,式(4.126)更為准確:

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F. 什麼是化學反應速率

化學反應速率是指表示化學反應進行的快慢。通常以單位時間內反應物或生成物濃度的變化值（減少值或增加值）來表示，反應速度與反應物的性質和濃度、溫度、壓力、催化劑等都有關，如果反應在溶液中進行，也與溶劑的性質和用量有關。其中壓力關系較小(氣體反應除外），催化劑影響較大。可通過控制反應條件來控制反應速率以達到某些目的。
影響因素
影響化學反應速率的因素分為內外因：
1、內因：反應物本身的性質。
2、外界因素：溫度，濃度，壓強，催化劑，光，激光，反應物顆粒大小，反應物之間的接觸面積和反應物狀態。另外，x射線，γ射線，固體物質的表面積與反應物的接觸面積，反應物的濃度也會影響化學反應速率。
一、內因
化學鍵的強弱與化學反應速率的關系。例如：在相同條件下，氟氣與氫氣在暗處就能發生爆炸（反應速率非常大）；氯氣與氫氣在光照條件下會發生爆炸（反應速率大）；溴氣與氫氣在加熱條件下才能反應（反應速率較大）；碘蒸氣與氫氣在較高溫度時才能發生反應，同時生成的碘化氫又分解（反應速率較小）。這與反應物X—X鍵及生成物H—X鍵的相對強度大小密切相關。
二、外因
1.壓強條件
對於有氣體參與的化學反應，其他條件不變時（除體積），增大壓強，即體積減小，反應物濃度增大，單位體積內活化分子數增多，單位時間內有效碰撞次數增多，反應速率加快；反之則減小。若體積不變，加壓（加入不參加此化學反應的氣體）反應速率就不變。因為濃度不變，單位體積內活化分子數就不變。但在體積不變的情況下，加入反應物，同樣是加壓，增加反應物濃度，速率也會增加。若體積可變，恆壓（加入不參加此化學反應的氣體）反應速率就減小。因為體積增大，反應物的物質的量不變，反應物的濃度減小，單位體積內活化分子數就減小。
2.溫度條件
只要升高溫度，反應物分子獲得能量，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數，使得有效碰撞次數增多，故反應速率加大（主要原因）。當然，由於溫度升高，使分子運動速率加快，單位時間內反應物分子碰撞次數增多反應也會相應加快（次要原因）。
3.催化劑
使用正催化劑能夠降低反應所需的能量，使更多的反應物分子成為活化分子，大大提高了單位體積內反應物分子的百分數，從而成千上萬倍地增大了反應物速率.負催化劑則反之。催化劑只能改變化學反應速率，卻改不了化學反應平衡。
4.條件濃度
當其它條件一致下，增加反應物濃度就增加了單位體積的活化分子的數目，從而增加有效碰撞，反應速率增加，但活化分子百分數是不變的。化學反應的過程,就是反應物分子中的原子，重新組合成生成物分子的過程。反應物分子中的原子，要想重新組合成生成物的分子，必須先獲得自由，即：反應物分子中的化學鍵必須斷裂。化學鍵的斷裂是通過分子（或離子）間的相互碰撞來實現的，並非每次碰撞都能是化學鍵斷裂，即並非每次碰撞都能發生化學反應，能夠發生化學反應的碰撞是很少的。
活化分子比普通分子具有更高的能量，才有可能撞斷化學鍵，發生化學反應。當然，活化分子的碰撞，只是有可能發生化學反應。而並不是一定發生化學反應，還必須有合適的取向。在其它條件不變時，對某一反應來說，活化分子在反應物中所佔的百分數是一定的，即單位體積內活化分子的數目和單位體積內反應物分子的總數成正比，即活化分子的數目和反應物的濃度成正比。

G. 化學反應速率大小的比較

這個問題真是難，我沒法回答，只有糾正一個錯誤。反應速率跟這個反應放不放熱沒專關系，不要混屬淆平衡問題與速率問題。
至於到底哪個反應速率快，我只有說，這題目缺條件。塊狀，比表面究竟有多少？粉末狀，比表面又究竟有多大呢？

H. 化學反應速率的含義

1.化學反應進行的快慢程度（平均反應速度），用單位時間內反應物或生成物的物質的量來表
示。在容積不變的反應容器中，通常用單位時間內反應物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示。
2.化學反應速率常常是一個化學反應在一段時間內的平均反應速率。常常可以用反應中的不同物質來表示，而且單位相同時，數值之比常等於化學方程式中所用物質的化學計量數之比
。
3.因為固體和純液體的濃度不會改變，所以常不用固體和純液體來表示反應速率。