反应速率

Reaction Rate

反应速率是单位时间内反应物减少或产物增加的快慢，只有能量超过活化能的分子才能反应。温度升高使分子能量分布变宽，能反应的分子比例大增；催化剂通过降低活化能加快反应。速率方程v = k[A]^m[B]^n中的级数由实验确定，浓度、温度和催化剂共同影响速率。在这一页，你可以改变温度、活化能和有无催化剂，比较能量分布曲线与反应路径。

为何有些反应慢?

💡 类比:翻山越岭

①任何反应都必须越过'能量山丘(E_a)'

②分子有动能,但速度并不全相同

③只有能量超过E_a的分子才能反应

④冰箱保存食品 = 温度↓ → 分子运动↓ → 反应(腐败)速率↓

⑤反应速率 = 单位时间反应物减少量(或生成物增加量)

温度与分子能量分布

温度 (°C)25

活化能 E_a (kJ)50

🔍 观察阴影区域!

①温度↑ → 分布曲线向右扩展

②E_a以上能量的分子比例显著增加

③温度升高10°C则反应速率约2~4倍

④E_a越低,温度效应相对越小

催化剂的效果

使用催化剂(0=否, 1=是)0

💡 催化剂的原理

①催化剂提供新反应路径 → 降低活化能(E_a)

②使更多分子能跨越E_a → 反应速率↑

③催化剂自身反应前后不变(不消耗)

④同时降低正反应与逆反应的E_a → 平衡位置不变

速率方程

速率定律

v = k[A]^m[B]ⁿ

k:速率常数、m·n:反应级数(由实验决定)

阿伦尼乌斯方程

k = Ae^-E_a/RT

T↑ → k↑ → 反应快 | E_a↓ → k↑ → 反应快

📐 浓度与反应速率

①[A]↑ → 碰撞次数↑ → 反应速率↑

②反应级数(m, n)与反应式系数无关、仅由实验决定

③零级:与浓度无关;一级:与浓度成正比;二级:与浓度平方成正比

④半衰期(t½):反应物降为一半所需时间

例题演练

例题 1

速率方程为 v = k[A][B] 的反应，若把 [A] 增大为 2 倍，反应速率变为几倍？（其他条件不变）

对 [A] 的级数为 1，故速率与 [A] 成正比。

v = k[A][B], 对 [A] 为 1 级

仅 [A] 变 2 倍 → 速率也变 2 倍。

v ∝ [A] ⇒ 2 倍

▸ 2 倍

速率方程的指数即级数。对 [A] 1 级 → [A] 2 倍则速率 2 倍。

例题 2

某反应将 [A] 变为 2 倍后速率变为 4 倍。对 A 的反应级数是多少？

由速率 ∝ [A]^m，[A] 变 2 倍则速率变 2^m 倍。

2^m = 4

求 m。

2^m = 4 = 2² ⇒ m = 2

▸ 2 级（m = 2）

反应级数由实验决定，而非化学计量系数。速率变化倍数 = 2^m。

总结

核心公式

v = k[A]^m[B]ⁿ

速率常数k依赖温度和活化能

高考类型变式

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

催化剂等同地降低正逆反应的活化能，只是更快达到平衡。

K 与平衡位置不变，故④不正确。

🎯 考试重点

①v = k[A]^m[B]^n — m, n仅由实验决定(与系数无关)

②温度↑10°C → 约2~4倍(阿伦尼乌斯)

③催化剂:降低E_a从而提高速率(不影响平衡位置)

④浓度↑ → 碰撞频率↑ → 速率↑

⑤一级反应半衰期:t½与浓度无关(同放射性衰变)