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化學 · 反應速度·平衡

反應速率與速率常數

反應速率是指單位時間內濃度變化率。我們將研究濃度降低導致速率變化的影響,以及溫度改變速率常數的效應。

相關實驗:濃度、溫度與反應速率 →
濃度、溫度與反應速率
濃度、溫度與反應速率實驗場景 →

意義與機制

反應速率是指產物形成或反應物消耗的速度。 反應物的濃度降低,會改變粒子發生和反應的機會。

在第一級反應模型中,消耗速率與當前濃度成比例。通常,隨著溫度的升高,能夠克服活化能的碰撞比例增加,從而導致速率常數增加。

關係與條件

一階反應遵循 [A]=[A]₀e⁻ᵏᵗ。 雅各布斯方程 k=Aexp(−Ea/RT) 描述了速率常數與活化能之間的關係,適用於合適的溫度範圍。

反應的程度並非總是可以透過平衡方程式的係數來直接讀取的。實際的反應速率規律必須透過實驗和反應機理來確定。

觀察實驗中需要注意的事物

溫度變化會改變速率常數 k,而濃度變化會改變初始速度 v₀ = k[A]₀,其中 k 保持不變。

這是一個假設的,一級不可逆反應。 使用頻率因子 A=1.00×10⁷ s⁻¹, Ea=50 kJ/mol, R=8.314 J/(mol·K)。 這是一個恆容且恆溫的,反向反應,擴散,以及熱量產生被忽略。 粒子數量和碰撞次數在計算中未被使用。

關鍵關係與符號

k = A·exp(−Ea/RT) · [A] = [A]₀e⁻ᵏᵗ

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
k一級速率常數s⁻¹
Ea活化能J/mol
T絕對溫度K

透過範例確認

如果反應是第一級反應,如果初始濃度翻倍,會發生什麼變化?

v₀=k[A]₀。 在相同的溫度下,k是常數,而半衰期是 ln2/k,它與濃度無關。

常見誤解

  • 反應速率增加以及最終平衡產物的比例增加,是兩個不同的問題。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 化學 2e (英文)