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化学反应的速率和限度

我们在前面的学习中，主要讨论了化学反应中的物质变化及伴随发生的能量变化这两个根本问题，这是化学反应的两大特征。当一个具体的化学反应应用于实际时，人们最关心的问题是什么呢？这就是我们下面要讨论的问题。

一、化学反应的速率

思考与交流

在化学实验和日常生活中，我们经常观察到这样的现象：有的化学反应进行得快，有的化学反应进行得慢。你了解下列化学变化过程进行得快慢吗？反应的快慢与我们有什么关系？

①炸药爆炸；②金属锈蚀；③食物腐败；④离子反应；⑤塑料老化；⑥溶洞形成。

不同的化学反应进行得快慢千差万别，“快”与“慢”是相对而言的，是一种定性的比较，通常要确定一个参照物。在科学研究和实际应用中，需要对化学反应的快慢进行定量的描述或比较，这就要使用同一定义或标准下的数据。与物理学中物体的运动快慢用“速度”表示相类似，化学反应过程进行得快慢用“反应速率”来表示。

化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）来表示。浓度常以mol/L为单位，时间常以min（分）或s（秒）为单位，化学反应速率的单位相应为mol/（L·min）或mol/（L·s）。例如，某反应的反应物浓度在5min内由6mol/L变成了2mol/L，则以该反应物浓度的变化表示的该反应在这段时间内的平均反应速率为0.8mol（L·min）。

有哪些条件能够影响化学反应的速率呢？我们通过下面的实验来进行探究。

实验1

在2支大小相同的试管中，装入2～3mL约5%的HO溶液，分别滴入1～2滴lm01／LFeCl溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有5℃左右冷水的烧杯中；另一支试管放入盛有40℃左右热水的烧杯中，观察现象并进行对比。待放入热水烧杯中的试管里出现大量气泡时，用带火星的火柴梗检验放出的气体。

实验2

在3支大小相同的试管中各装入2～3mL约5%的H₂O₂溶液，再向其中2支试管中分别加入少量MnO₂粉末、1～2滴1mol/LFeCl₃溶液，对比观察现象。

从实验1我们观察到，升高温度，H₂O₂分解反应速率增大；降低温度，H₂O₂分解反应速率减小。大量实验和理论研究表明，温度对化学反应速率的影响具有相同的规律性。因此，通常可以采用调控温度的办法来控制化学反应速率。

从实验2我们观察到，MnO₂、FeCl₃可以加快H₂O₂分解的反应速率，起了催化剂的作用。催化剂在化工生产中应用十分普遍，新的催化剂的问世，常常意味着化工生产工艺的一次革新和进步。

影响化学反应速率的条件并不只是温度和催化剂。如果我们细心观察和思考，就会发现生活中和化学实验中采取的很多措施都是用来调控反应速率的。

1.为什么要将食物存放在温度低的地方（如电冰箱）?

2.实验时，通常要将两种块状或颗粒状的固体药品研细，并混匀后再进行反应。原因是什么？

3.人们常把固体试剂溶于水配成溶液后再进行化学实验，原因是什么？

4.实验室常用约30%左右的硫酸溶液（约3.7 mol/L）与锌粒反应制取氢气，当反应进行 一段时间后，气泡变得稀少了（锌粒还有剩余），如果添加一些适当浓度的硫酸溶液到反应容器中，气泡又会重新增多起来。原因是什么？

从上面的实验和事例可以看出，温度、固体的表面积、反应物的状态、溶液的浓度、催化剂等都可以影响化学反应的速率，人们可以通过这些因素来调控化学反应速率。