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3. 压强对速率的影响(特别说明)

化学反应速率及其影响因素 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 增大压强(缩小体积)使气体浓度增大,单位体积内活化分子数增多,有效碰撞频率增加,反应速率加快。

从哪来 本知识点建立在“浓度对反应速率的影响”这一核心逻辑之上。虽然图谱未记录前置,但压强对速率的影响本质上是浓度变化的特例(仅适用于有气体参与的反应),其微观解释完全依赖于“浓度-碰撞频率-速率”这一链条。

为什么 压强本身不直接改变分子的能量或活化能,它通过改变气体的体积来起作用。 1. 宏观逻辑:对于有气体参与的反应,增大压强通常意味着压缩体积。体积减小,单位体积内的分子总数(即浓度)增加。 2. 微观逻辑:根据碰撞理论,反应速率取决于单位时间内有效碰撞的次数。浓度增加 $\rightarrow$ 单位体积内活化分子数增加 $\rightarrow$ 单位体积内有效碰撞频率增加 $\rightarrow$ 反应速率加快。 3. 关键限制:如果反应体系中没有气体(如纯液体或固体反应),或者虽然通入惰性气体但恒容(体积不变,各组分浓度不变),则压强改变不会引起浓度变化,因此不影响反应速率。

类比法:拥挤的教室** **适合学生
形象思维强、对微观粒子运动缺乏直观感的学生。 讲解:想象一个教室(容器)里有一群学生(分子)。 * 恒容加压:相当于把教室墙壁向内推,教室变小了,但学生人数没变。这时候,每个人身边的邻居变多了,互相撞到的概率(碰撞频率)大大增加,所以“活动”(反应)变快了。 * 恒压充惰气:相当于教室大小不变,但进来了一群不说话的旁观者(惰性气体)。虽然教室里总人数多了,但原本那群活跃的学生(反应物)之间的相对距离没变,互相撞到的概率没变,所以“活动”速度不变。
数学推导法:浓度公式拆解** **适合学生
逻辑严密、擅长数学建模、喜欢从公式找本质的学生。 讲解: 反应速率 $v$ 与浓度 $c$ 成正比(简化模型)。 $c = \frac{n}{V}$ ($n$为物质的量,$V$为体积)。 1. 压缩体积:$V$ 减小,$n$ 不变 $\rightarrow$ $c$ 增大 $\rightarrow$ $v$ 增大。 2. 恒容充惰气:$V$ 不变,$n_{\text{反应物}}$ 不变 $\rightarrow$ $c_{\text{反应物}}$ 不变 $\rightarrow$ $v$ 不变。 3. 恒压充惰气:$V$ 增大(为了维持压强不变,体积必须膨胀),$n_{\text{反应物}}$ 不变 $\rightarrow$ $c_{\text{反应物}}$ 减小 $\rightarrow$ $v$ 减小。 结论:压强对速率的影响,归根结底是浓度对速率的影响。
对比辨析法:恒容 vs 恒压** **适合学生
容易混淆概念、需要明确区分条件的学生。 讲解: 直接抛出两个极端场景进行对比,强调“体积”这个中间变量。 * 场景一(恒容):密闭刚性容器。充入He气。 * 总压 $\uparrow$,但 $P_{\text{反应物}}$(分压)不变,$c_{\text{反应物}}$ 不变。 * 结果:速率不变。 * 场景二(恒压):带活塞的气缸。充入He气。 * 总压不变,但为了容纳He,活塞上移,$V \uparrow$。 * $c_{\text{反应物}} = n/V$,因 $V \uparrow$,故 $c_{\text{反应物}} \downarrow$。 * 结果:速率减小。 核心口诀:压强影响速率,关键看体积变没变;体积不变看浓度,浓度不变速率停。
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练一道
基础题
在恒温恒容的密闭容器中,发生反应 $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$。若向容器中充入一定量的 $He$ 气,问正反应速率如何变化?
变式
在恒温恒压的密闭容器(带活塞)中,发生反应 $2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)$。若向容器中充入一定量的 $Ar$ 气,问正反应速率如何变化?
试试手自己判
检测题
在恒温条件下,对于反应 $A(g) + B(g) \rightleftharpoons C(g)$,下列操作对正反应速率的影响判断正确的是( ) A. 恒容条件下,充入 $He$ 气,正反应速率增大 B. 恒压条件下,充入 $He$ 气,正反应速率减小 C. 恒容条件下,压缩体积,正反应速率减小 D. 恒压条件下,压缩体积,正反应速率不变
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
选 A 错:恒容充惰气,浓度不变,速率不变。
* 选 B 对:恒压充惰气,体积增大,反应物浓度减小,速率减小。
* 选 C 错:压缩体积,浓度增大,速率应增大。
* 选 D 错:恒压下压缩体积是矛盾的(除非改变温度或物质的量,但题目语境通常指物理压缩),若强行理解为物理压缩导致体积减小,则浓度增大,速率增大。若理解为维持恒压,则无法通过“压缩体积”操作实现(因为压缩体积必然导致压强增大,除非同时抽出气体,但题目未说明)。通常此类选项意在考察恒压充惰气(体积变大)或恒容压缩(体积变小)。若D选项意指“恒压条件下,通过某种方式使体积减小”(如降温,但题目说恒温),则逻辑不通。最合理的解释是D选项描述了一个物理上在恒温恒压下无法单纯通过“压缩体积”实现的状态,或者学生误以为恒压就是体积不变。无论如何,B是唯一逻辑自洽且正确的选项。
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