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浓度对化学反应速率的影响


实验室k / 2018-07-07

    物质的本性对其化学反应活泼性有决定性的作用。目前对物质内部的结构与其反应活泼性间的关系尚研究不够,还不可能概括其中的规律。一般地说,溶液中的离子反应速率很快,通常可在毫秒(10-3s)或微秒(10-6s)内完成;共价分子间的反应就要慢得多,而且彼此间的速率相差很大,这与分子内化学键的强弱、分子的结构等都有密切的关系。

浓度对化学反应速率的影响


    化学反应速率的大小,除了首先决定于物质本性外,还与外界条件如浓度、温度、催化剂等有关。本文先说下浓度因素。
    对任一化学反应

aA +bB=dD + eE

反应速率与反应物浓度呈如下函数关系

v=k{c(A)}x{c(B)}y               (1-31)

    式(1-31)称为反应速率方程。式中,k为反应速率常数;x为A物质的反应级数,y为B物质的反应级数,x+y为反应的(总)级数。
    对于简单反应,即一步完成的基元反应来说,x=a,y=b。此日时反应速率方程可表示为

v=k{c(A)}a{c(B)}b               (1-32)

    式(1-32)称为质量作用定律。质量作用定律只适用于基元反应。
    例如:

NO2+CO=NO +CO2              (1)
2NO2=2NO+O2                 (2)

    方程式(1)和(2)都为基元反应。
    对于非基元反应即多步完成的复杂反应,反应级级数x与y的数值需要通过实验测定。反成级数可以是零,简单的正数、负数以及分数。对于非基元反应,反应速率将由最慢的一步反应控制。

    例如:                  2NO +2H2=N2+H2O
    该反应分为两步完成      2NO+H2=N2+H2O2     
                            2H2O2+H2=2H2O      快
    该反应为复杂反应,其中每一步都是基元反应,反应的速率是由慢的反应来决定的。
    反应速率常数k的单位与反应级数有关。当c(A)=c(B)=1.0mol/dm3时,由式(1-32)可得v=k。可见反应速率常数k数值上等于所有反应物均为单位浓度时的反应速率。
    例1-25  对于反应2NO+Cl2=2NOCl的浓度变化和速率测定数据如下(50℃)

序号 c(NO)/mol·dm-3 c(Cl2)/mol·dm-3 v( NOCl)/mol·(dm3·s)-1
1 0.250 0.250 1.43×10-6
2 0.250 0.500 2.86×10-6
3 0.500 0.500 1.14×10-5

    (1)写出该反应的速率方程式。
    (2)计算50℃时该反应的速率常数k。
    (3)计算当c(NO)=c(Cl2)=0.200mol/dm3时的反应速率v。

    解:(1)从1、2组数据看,c(NO)保持不变,c(Cl2)的浓度增加一倍,反应速率也增大一倍。即v ∝c(Cl2)。

    从2、3组数据看,c(Cl2)保持不变,c(NO)增加一倍,反应速率增大为原来的4倍,即v ∝c2(NO)。
    将两式合并得:v ∝c2(NO)c(Cl2)。则该反应速率方程为v=kc2(NO)c(Cl2)。
    (2)由三组数据中的任一组,代人速率方程式中都可求得k。现在代入第3组数据,

k=v/[c2(NO)c(Cl2)]=(1.14×105)/[(0.500)2×0.500]=9.12×10-5dm6/(mol2·s)

    (3)当c(NO)=c(Cl2)=0.200mol/dm3
             v=kc2(NO)c(Cl2)=9.12×10-5×0.2002×0.200=0.73×10-6mol/(dm3·s)


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