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化学 · 反应速度·平衡

反应速率与速率常数

反应速率是指单位时间内浓度变化率。我们将研究浓度降低导致速率变化的影响,以及温度改变速率常数的效应。

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意义与机制

反应速率是指产物形成或反应物消耗的速度。 反应物的浓度降低,会改变粒子发生和反应的机会。

在第一级反应模型中,消耗速率与当前浓度成比例。通常,随着温度的升高,能够克服活化能的碰撞比例增加,从而导致速率常数增加。

关系与条件

一阶反应遵循 [A]=[A]₀e⁻ᵏᵗ。 雅各布斯方程 k=Aexp(−Ea/RT) 描述了速率常数与活化能之间的关系,适用于合适的温度范围。

反应的程度并非总是可以通过平衡方程式的系数来直接读取的。实际的反应速率规律必须通过实验和反应机理来确定。

观察实验中需要注意的事物

温度变化会改变速率常数 k,而浓度变化会改变初始速度 v₀ = k[A]₀,其中 k 保持不变。

这是一个假设的,一级不可逆反应。 使用频率因子 A=1.00×10⁷ s⁻¹, Ea=50 kJ/mol, R=8.314 J/(mol·K)。 这是一个恒容且恒温的,反向反应,扩散,以及热量产生被忽略。 粒子数量和碰撞次数在计算中未被使用。

关键关系与符号

k = A·exp(−Ea/RT) · [A] = [A]₀e⁻ᵏᵗ

符号及公式中使用的单位
符号含义单位
k一级速率常数s⁻¹
Ea活化能J/mol
T绝对温度K

工作实例

如果反应是第一级反应,如果初始浓度翻倍,会发生什么变化?

v₀=k[A]₀。 在相同的温度下,k是常数,而半衰期是 ln2/k,它与浓度无关。

常见误解

  • 反应速率增加以及最终平衡产物的比例增加,是两个不同的问题。

通过实验探索这个概念

参考文献

OpenStax · 化学 2e (英文)