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化学反应的速率与限度

AQA · GCSE · 化学 · 知识点 6

6.1

化学反应的速率与限度

  • 速率是每秒的数量——从表格、图表和切线中读取;碰撞理论 碰撞理论 解释了所有改变速率的因素。
  • 可逆反应达到动态平衡 动态平衡;(HT)勒夏特列原理预测每种条件如何使其移动。
  • 工业上优化速率和产率——采用折中条件。
6.1

反应速率(4.6.1.1–4.6.1.5)

教学大纲

反应速率(AQA 8462 陈述 4.6.1.1-4.6.1.5)。

  1. 计算以 g/s、cm3/s 和(高级水平)mol/s 为单位的平均速率,并通过切线读取产物-时间图表。
  2. 回忆影响反应速率的五个因素并探究浓度(RP5)。
  3. 利用碰撞理论和活化能解释每个因素。
  4. 描述催化剂及其对反应曲线的影响,包括酶。

来源:Cambridge International 教学大纲

计算速率:反应速率 反应速率 = 消耗的反应物量 ÷ 时间,或生成的产物量 ÷ 时间 —— 单位为 g/s 或 cm³/s(HT 还包括 mol/s)。解读产物-时间图表(起始陡峭,随反应物耗尽而变平);绘制切线 切线 并利用其斜率作为该时刻的瞬时速率(HT 需计算)。

三种浓度下气体体积随时间变化图,图中画有切线以测量瞬时速率。

影响速率的因素:浓度(溶液)、压强(气体)、表面积(固体)、温度、催化剂 催化剂s。RP5:通过 (a) 测量产生的 气体体积 和 (b) 观察 颜色/浑浊度 变化来探究浓度的影响——提出假设、控制变量、重复实验。

碰撞理论:只有当粒子碰撞能量 至少等于活化能 活化能 时才会发生反应。提高浓度/压强使粒子 拥挤 —— 碰撞更频繁;较小的固体颗粒提高 表面积与体积比 —— 暴露表面积增加,碰撞更频繁;提高温度赋予粒子 更多能量 —— 碰撞次数增加 AND 超过活化能的碰撞比例增加。

催化剂:改变速率但本身 不被消耗;每种反应有其特定的催化剂;酶 是生物催化剂。催化剂提供一条 活化能较低的替代路径 —— 可通过加快反应速度但不出现在方程式中来识别它。其反应曲线保持相同的总能量变化,但有一个 较低的能量峰:

有无催化剂的反应曲线对比图——总能量变化相同,活化能降低。
词汇 训练
English 中文 拼音
rate of reaction/reɪt ɒv rɪˈækʃn/ 反应速率 fǎn yìng sù lǜ
collision theory/kəˈlɪʒn ˈθɪəri/ 碰撞理论 pèng zhuàng lǐ lùn
activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/ 活化能 huó huà néng
catalyst/ˈkætəlɪst/ 催化剂 cuī huà jì
reversible reaction/rɪˈvɜːsɪbl rɪˈækʃn/ 可逆反应 kě nì fǎn yìng
dynamic equilibrium/daɪˈnæmɪk ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ 动态平衡 dòng tài píng héng
Le Chatelier principle/lə ˈtʃeɪtlɪə ˈprɪnsɪpl/ 勒夏特列原理 lēi xià tè liè yuán lǐ
tangent/ˈtændʒənt/ 切线 qiè xiàn
6.2

可逆反应与动态平衡(4.6.2.1–4.6.2.3)

教学大纲

可逆反应和动态平衡(AQA 8462 陈述 4.6.2.1-4.6.2.3)。

  1. 表示可逆反应及其相反的能量变化。
  2. 在密闭系统中定义动态平衡。
  3. (高级水平)利用勒夏特列原理预测浓度、压强和温度变化的影响,以及催化剂的无效影响。

来源:Cambridge International 教学大纲

可逆反应 可逆反应:产物可以逆向反应生成反应物 —— 用 ⇌ 箭头表示。若正向为放热反应,则逆向为 吸热反应,转移 等量 的能量。

平衡:在封闭系统中,当正逆反应速率相等时达到平衡——浓度不再改变,但两个反应仍在进行(动态)。

(HT) 勒夏特列原理:处于平衡状态的系统会对任何变化作出响应以抵消该变化:

  • 反应物浓度↑ → 生成更多产物(反之亦然);
  • 压强↑ → 平衡向气体分子数较少的一侧移动;
  • 温度↑ → 平衡向吸热方向移动(放热方向则↓)。

催化剂不改变平衡位置——它只是加快达到平衡的速度。工业上选择折衷条件以平衡速率、产率、安全性和成本(例如主题10中的哈伯法)。

6.2

Checklist before you call this topic done

  • 从表格中获取速率,从图线的陡峭程度,以及(HT)从切线斜率。
  • 用碰撞理论解释五个因素中的每一个,说明碰撞频率和能量发生了什么变化。
  • 催化剂对能级图的影响;催化剂不被消耗;酶。
  • ⇌ 符号;平衡即速率相等;(HT) 使用勒夏特列原理预测所有三种条件变化;折衷条件的合理性。

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