化学反应速率的控制问题分析

杨琦哲

   作为高中化学课程中的重难点知识，在学习化学反应速率相关知识时，除了需要掌握基本概念和一般规律外，还必须理解和掌握控制化学反应速率的相关因素条件，并能够将其灵活地运用于相关题型和实际问题的解决中。本文主要分析了在学习过程中关于化学反应速率的控制问题。

   影响化学反应速率的外界条件较多，其具体影响方面也有所不同，因而在学习过程中分析化学反应速率的控制问题，必须根据不同外界条件分别对化学反应速率造成的影响进行分析，然后再归纳总结控制化学反应速率相关结论。

   一、基本概念

   不同的化学反应其化学反应速率也不同，用于衡量化学反应的快慢的物理量被称之为化学反应速率。化学反应速率既可以被单位时间内生产物的变化量表示，也可以被单位时间内反应物的变化量表示。即：

   v＝⊿n／⊿t  

   式中v表示化学反应速率，⊿n表示生成物或反应物在某段时间间隔内物理量的变化，⊿t 表示化学反应在某段时间内的间隔。

   化学反应体系中，在体积相同的情况，化学反应速率通常是用单位时间内所增加的生物物浓度或是单位时间内所减少的反应物浓度来表示，即：

   v＝⊿c／⊿t  

   对任意一个化学反应：mA+nB＝pY+qZ,各物质的浓度表示为c(A)、c(B)、c(Y)、和c(Z),则物质对应的反应速率可被分别表示为： v(A)＝⊿c(A)／⊿t，v(B)＝⊿c(B)／⊿t,v(Y)＝⊿c(Y)／⊿t,v(Z)＝⊿c(Z)／⊿t

   二、化学反应速率的控制问题分析

   （一）浓度

   化学反应在溶液或气体中进行时，保证其他条件不变的情况下，反应物浓度增大，反应速率随之加快，反之，浓度降低则速率减慢。但反应总量始终保持不变。

例如：在298K时，反应H2O2+2HI=2H2O+I2的反应速率v与反应物浓度呈现出以下关系v=kc(H2O2)×c(HI),其中，比例系数k被称之为反应速率常数。由此得出，在特定条件下的k，使反应速率与反应物浓度成正比例关系。

   化学反应速率在单位浓度下由反应速率常数表示，通常情况下，反应速率常数越小，反应进行的越慢，反之，常数越大则反应越快。

   影响反应速率常数大小的因素包括受催化剂、固体表面性质、温度等，但不被浓度大小所影响。

   （二）压强

   化学反应中有气体参与时，保证其他条件不变的情况，反应速率会随压强的减小而减慢，反之，压强越大反应速率越快。若参与化学反应的物质为溶液、固体或是液体，反应速率不受压强变化的影响。

   压强变化：一、容器容积变大或变小，气体的总物质量保持不变，例如，SO2(g)+2H2S(g)=3S(s)+2H2O(l)。二、气体被注入一固定容积的容器内。比如像 SO2(g)+2H2S(g)=3S(s)+2H2O(l)的反应，气体的容器容积不变，充入SO2气体，p(SO2)、c(S02)；充入O2气体，p(O2)、c(02)都增大；同时充入SO2和O2气体，p(SO2)、p(O2)、与c(S02)、c(02)都增大。

  在一些特殊反应中如Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，反应速率不受压强变化影响。在密闭容器中，一定温度下进行的化学反应SO2(g)+2H2S(g)=3S(s)+2H2O(l)，在容积固定的容器内充入气体N2，压强发生变化，但化学反应速率不变。

   （三）温度

  保证其他条件固定不变，反应速率的快慢与温度高低呈正比例关系。

  范托夫经验规律：通常情况下，温度每升高10℃，反应速率增大2～4倍。

  阿伦尼乌斯经验公式： ｋ＝Ａｅ－Ea／RT

  式中：k为反应速率常数；A为比例系数；e为自然对数的底； R为摩尔气体常量；Ea为活化能，单位为J／mol或KJ/mol。

  化学反应速率受温度的影响与反应物状态无关，并同时适用于于放热反应和吸热反应。

   （四）催化剂

   在化学反应前后加入催化剂可能会改变物理性质，但质量与化学性质始终保持不变。正、逆反应的反应速率都受催化剂同等程度的影响，因而化学平衡不被催化剂所影响。化学反应的活化能不受温度、浓度地影响，但参与反应的催化剂能够使反应历程发生改变，降低活化能，也就等于提高了活化分子的百分数，从而提高了有效碰撞频率，反应的活化能受极大地限制，活化分子百分数得到大幅增加，使得化学反应速率加快。简而言之，催花剂参与化学反应，能够加快反应速率。

   选择性是催化剂的显著特征之一，即某催化剂针对某特定反应可能会产生强烈的催化活性，但参与其他反应可能就不具备催化效果。催化剂的最大催化效果只有在一定温度条件下才能够被显现。

（五）结论外界条件改变分子总数在单位体积的数量反应的活化能活化分子百分数

单位体积内活化分子总数

有效碰撞次数化学反应速率增大或减小反应物浓度增大或减少不变不变增多或减少增多或减少加快或减慢增大或减小气体反应压強增大或减少不变不变增多或减少增多或减少加快或减慢升高或降低温度不变不变增大或降低增多或减少增多或减少加快或减慢使用催化剂不变降低增大或降低增多或减少增多或减少加快或减慢表1 总结

   三、结束语

化学反应速率的控制除了受催化剂、压强、浓度、温度等因素影响外，还会受强磁场、超声波、电弧、光幅照等因素的影响，但这些因素不再高中化学知识范围。在学习过程中理解并掌握化学反应速率的控制问题，有利于相关问题的解决，能够帮助提升知识的运用能力。

（作者单位：长沙市长郡中学）