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化学平均反应速率怎么计算 探究化学平均反应速率计算的关键要素及其在实验中的应用价

化学平均反应速率是描述化学反应在单位时刻内浓度变化的物理量,用于量化反应进行的快慢。下面内容是其核心要点及计算技巧:

1. 定义与公式

  • 定义:平均反应速率指在一定时刻间隔(Δt)内,反应物或生成物浓度的变化量(Δc)。
  • 计算公式
  • [

    v = fracDelta c}Delta t}

    ]

  • (v):平均反应速率(单位:mol·L1·s1、mol·L1·min1等)。
  • (Delta c):浓度变化量(完全值),反应物取减少量,生成物取增加量。
  • (Delta t):时刻变化量(如秒、分钟)。
  • > 示例:若HO在20秒内浓度从0.10 mol/L降至0.08 mol/L,则其平均速率为:

    > [

    > v(

    extH}_2

    extO}_2) = frac|0.08

  • 0.10|}20} = 0.001

    extmol·L}^-1}

    ext·s}^-1}

  • > ]

    2. 计算步骤与关键点

    (1)浓度变化量(Δc)的确定

  • 反应物:(Delta c = c_

    ext初始}}

  • c_ext末态}})(浓度减少)。
  • 生成物:(Delta c = c_

    ext末态}}

  • c_ext初始}})(浓度增加)。
  • 单位统一:若数据为物质的量(mol),需先除以体积(L)转化为浓度(mol/L)。
  • (2)时刻单位一致性

  • 若(Delta t)以分钟给出,而速率需以秒为单位,需转换(例:1 min = 60 s)。
  • (3)不同物质速率的换算

  • 同一反应中,各物质的速率比等于化学计量数之比。
  • 公式:(fracv(A)}m} = fracv(B)}n} = fracv(C)}p})

    (以反应 (mA + nB rightarrow pC) 为例)。

  • 示例:对反应 (ceN2 + 3H2 -> 2NH3}),若(v(ceN2}) = 0.1

    extmol·L}^-1}

    ext·min}^-1}),则:

  • [

    v(ceH2}) = 3

    imes v(ceN2}) = 0.3

    extmol·L}^-1}

    ext·min}^-1}, quad v(ceNH3}) = 2

    imes v(ceN2}) = 0.2

    extmol·L}^-1}

    ext·min}^-1}

    ]

    (4)“三段式”法(复杂计算)

    适用于已知起始浓度和转化量的平衡反应:

  • 步骤
  • ① 列化学方程式;

    ② 设未知数表示转化浓度(比例=计量数比);

    ③ 代入速率公式计算。

    :反应 (ce2A + B -> 3C}),起始[A]=2 mol/L,10分钟后[A]=1.4 mol/L:

    [

    Delta c(ceA}) = 2

  • 1.4 = 0.6

    extmol/L}, quad v(ceA}) = frac0.6}10} = 0.06

    extmol·L}^-1}

    ext·min}^-1}

  • ]

    则 (v(ceB}) = frac1}2} v(ceA}) = 0.03

    extmol·L}^-1}

    ext·min}^-1}).

    3. 注意事项

    1. 正值规则:速率恒为正值,(Delta c)取完全值。

    2. 物质选择:需指明是针对哪种物质(如(v(ceA})))。

    3. 固体与纯液体:无浓度变化,不能用此公式计算速率(如(ceCaCO3(s)}))。

    4. 平均速率 vs. 瞬时速率

  • 平均速率:时刻区间内的整体快慢;
  • 瞬时速率:某一时刻的快慢(需通过导数或实验曲线斜率求得)。
  • 4. 实例演示

    题目:反应 (ce2HI -> H2 + I2}),起始[HI]=1.5 mol/L,30秒后降至1.2 mol/L。求(v(ceHI}))、(v(ceH2}))。

    1. (Delta c(ceHI}) = |1.2

  • 1.5| = 0.3extmol/L})
  • 2. (v(ceHI}) = frac0.3}30} = 0.01

    extmol·L}^-1}

    ext·s}^-1})

    3. 由计量数比:(fracv(ceHI})}2} = v(ceH2})) → (v(ceH2}) = frac0.01}2} = 0.005

    extmol·L}^-1}

    ext·s}^-1})

    5. 影响影响扩展

    平均速率受浓度、温度、催化剂等影响,但计算时这些影响已隐含在(Delta c)中:

  • 浓度↑ → 速率↑(单位体积内活化分子数增多);
  • 温度↑ → 速率↑(活化分子比例增加);
  • 催化剂 → 降低活化能,显著加速反应。
  • 掌握这些要点,即可准确计算并领会化学反应的平均速率!