视频字幕
化学反应速率是化学反应进行快慢的量度,表示单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。在这个反应体系中,红色分子代表反应物A,绿色分子代表反应物B,黄色分子代表生成物C。随着反应的进行,反应物分子逐渐减少,生成物分子逐渐增加。
反应速率的数学表达式可以用浓度对时间的变化率来表示。对于反应aA加bB生成cC,反应速率等于负的反应物浓度变化率除以其化学计量数,或者等于正的生成物浓度变化率除以其化学计量数。图中显示了反应物浓度随时间递减,生成物浓度随时间递增,曲线的斜率就代表了反应速率。
影响化学反应速率的因素主要有四个:反应物浓度、温度、催化剂和反应物接触面积。当反应物浓度增加时,单位体积内的分子数增多,分子间碰撞频率增大,反应速率加快。温度升高时,分子运动加剧,有效碰撞增多,反应速率显著提高。让我们通过动画来观察温度和浓度对分子运动的影响。
反应速率常数k是反应速率方程中的重要参数,它与温度的关系由阿伦尼乌斯方程描述。该方程表明,反应速率常数k等于指前因子A乘以负活化能除以RT的指数函数。活化能是反应物分子发生反应所需克服的最小能量障碍。温度越高,更多分子具有足够能量克服活化能,反应速率常数增大,反应进行得更快。
催化剂是能够改变化学反应速率但本身不被消耗的物质。催化剂的主要作用是降低反应的活化能,为反应提供新的、能量更低的反应路径,从而显著提高反应速率。图中红色曲线表示无催化剂时的反应路径,蓝色曲线表示有催化剂时的反应路径。可以看出,催化剂大大降低了活化能,使反应更容易进行。催化剂在工业生产中有广泛应用,如合成氨反应中的铁催化剂、石油裂化中的分子筛催化剂等。