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高中二~高中三年级 (16-18岁)

高中化学 反应速率

同样的反应，在冰箱里慢、在阳光下快；反应速率是单位时间内反应物减少或生成物增加的快慢。 分子各自具有不同的动能，其中只有以大于活化能 Eₐ 的能量相碰撞的分子才能反应。 升高温度，高能分子所占的比例大大增加；催化剂开辟一条 Eₐ 更低的新途径，让更多分子发生反应。浓度对速率的影响用速率方程 v = k[A]^m[B]^n 表示，其中级数 m、n 由实验确定。 在图中改变温度、Eₐ 和催化剂，能发生反应的分子比例会以数字一起变化。

为什么有些反应很慢

💡 翻越山口的人们
①反应要发生，分子碰撞时的能量必须大到足以翻越叫作活化能 Eₐ 的山口
②即使温度相同，分子的动能也各不相同，能翻过山口的只是其中一部分
③温度越高，快的分子越多，翻过山口的分子也越多
④把食物放进冰箱，腐败反应变慢，也是这个原因
⑤反应速率用单位时间内反应物减少的量或生成物增加的量表示

温度与分子能量分布

25 °C
50
🔍 从图中读出什么
①曲线下的面积是分子总数，所以改变温度时面积不变
②升高温度，曲线变低变宽，右侧的尾巴变厚
③Eₐ 线右侧涂色的面积就是能反应的分子，它所占的比例是下面一行的数字
④提高 Eₐ，涂色面积迅速变小
⑤为了显示形状，图中的 Eₐ 比实际低。实际反应的 Eₐ 位于分布远得多的尾部，所以在室温附近只升高 10 ℃，超过它的分子比例就接近翻倍

催化剂的作用

无催化剂
💡 催化剂做了什么
①催化剂开辟一条 Eₐ 更低的新反应途径
②山口变低，同样温度下能翻过去的分子多得多，比较图中下面一行的两个比例就能看出
③反应结束后催化剂仍然存在，不被消耗
④它同时降低正反应和逆反应的 Eₐ，所以 ΔH 和平衡位置都不变

速率方程

速率方程
v = k[A]m[B]n
k：速率常数，m、n：反应级数（由实验确定）
阿伦尼乌斯公式
k = Ae-E_a/RT
温度升高或 Eₐ 降低，k 都会变大，反应加快
📐 浓度与反应速率
①反应物浓度越高，碰撞次数越多，反应越快
②反应级数 m、n 与方程式中的计量数无关，只能由实验确定
③零级反应与浓度无关，一级反应与浓度成正比，二级反应与浓度的平方成正比
④半衰期（t½）是反应物减少到起始量一半所需的时间

例题演练

例题 1
速率方程为 v = k[A][B] 的反应，只把 [A] 加倍，反应速率变为原来的几倍？
1
对 [A] 的级数为 1，所以速率与 [A] 成正比。
v = k[A][B]，对 [A] 为一级
2
[A] 加倍，速率也加倍。
v ∝ [A] ⇒ 2 倍
▸ 2 倍
速率方程中的指数就是级数。级数为 1 时，浓度加倍，速率也加倍。
例题 2
某反应中把 [A] 加倍，反应速率变为原来的 4 倍。对 A 的反应级数是多少？
1
速率与 [A]m 成正比，所以 [A] 加倍时速率变为 2m 倍。
2m = 4
2
求满足 2m = 4 的 m。
2m = 4 = 22 ⇒ m = 2
▸ 二级（m = 2）
反应级数不由方程式的计量数决定，而由这样的实验结果确定：看速率变为几倍，再与 2m 对应。

总结

关键公式
v = k[A]m[B]n
速率常数 k 随温度和活化能而变
韩国高考类题改编
关于催化剂，下列说法不正确的是？
①降低活化能以提高反应速率
②同时加快正反应和逆反应的速率
③反应前后自身不被消耗
④改变平衡常数 K 和平衡位置
⑤提供新的反应路径
▸ ④ 改变平衡常数 K 和平衡位置
1
催化剂同时降低正、逆反应的活化能，只是让体系更快达到平衡。
2
K 和平衡位置都不变，所以 ④ 是错误的。
🎯 考试重点
①v = k[A]^m[B]^n 中的 m、n 只能由实验确定，与计量数无关
②升高温度，能量超过 Eₐ 的分子比例增大，反应加快
③催化剂降低 Eₐ 使反应加快，但不改变 ΔH 和平衡位置
④浓度越高，碰撞越频繁，反应越快
⑤一级反应的半衰期与起始浓度无关，保持不变（与放射性衰变同一形式）
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