反应速率的概念

本页只讲一条中四内容标准：反应速率的概念。它是整章的基础，因为之后的每一个观念，改变反应快慢的因素、碰撞理论与催化剂，其实都是在解释速率为什么升高或降低。

把定义、测量速率的方法，以及单位在这里掌握好，本章其余部分就会顺理成章。

「反应速率」是什么意思

化学反应在一段时间里把反应物变成生成物。反应速率衡量这一变化发生得有多快。

正式地说，它是反应物或生成物的量在单位时间内的变化。

• 反应进行时，反应物的量减少，生成物的量增加。
• 速率告诉你其中一个量变化得多快。
• 速率通常在开始时最快，随着反应物被用掉而变慢，并在反应停止时变为零（当一种反应物完全用完时）。

你可以用某个反应里最容易跟踪的量来测量速率，一段气体的体积、质量的减少、颜色的变化，或者沉淀盖住一个记号所需的时间。

平均速率与瞬时速率

考试里出现「速率」的两种版本，你必须把它们分清楚。

平均速率 =（量的总变化）÷（所用总时间）。这为整段区间或整个反应给出一个数值。

瞬时速率 = 某一特定时刻的速率，由曲线在该点切线的斜率求得。

因为反应边进行边变慢，瞬时速率会不断下降。起始速率（最开始时）是最大的，它等于时间 = 0 时切线的斜率。

整个反应的平均速率介于快速的开始与归零的结束之间。

实验室里如何测量速率

方法取决于什么在明显变化：

• 释放的气体体积，用注射筒或排水法收集气体，并在固定时间记录它的体积（例如金属或碳酸盐与酸的反应）。速率单位是 cm³ s⁻¹。
• 质量的减少，把锥形瓶放在天平上；气体逸出时质量下降。速率单位是 g s⁻¹。这适合放出较重气体（如二氧化碳）的反应。
• 沉淀的生成（浑浊度），在硫代硫酸钠与酸的反应里，硫使混合物变浑浊；你测量烧杯下方的叉记号消失所需的时间。时间越短表示速率越快。
• 浓度的变化，以 mol dm⁻³ s⁻¹ 计，是最根本的单位。

无论你选哪个量，速率总是「那个量每秒」，所以单位总是以 s⁻¹ 结尾。

例题

题目。 在过量锌与稀盐酸的反应中收集氢气。

头 40 s 内共产生 48 cm³ 气体。(a) 计算这段时间内的平均反应速率。

(b) 说出并解释 40 s 时的瞬时速率与开始时的速率相比如何。

第一步，写出平均速率的公式。 平均速率 =（气体体积的变化）÷（所用时间）。

第二步，代入数值。 平均速率 = 48 cm³ ÷ 40 s。

第三步，计算并加上单位。 平均速率 = 1.2 cm³ s⁻¹。

第四步，比较两个时刻。 开始时的速率高于 40 s 时的速率。

开始时酸最浓，所以反应最快；到了 40 s 一部分酸已被用掉，浓度下降，反应已经变慢。

答案。 (a) 平均速率是 1.2 cm³ s⁻¹。

(b) 40 s 时的瞬时速率低于起始速率，因为反应进行时反应物的浓度已经减小。

练习题

题目。 一个装有大理石碎块（碳酸钙）和稀盐酸的锥形瓶放在天平上。

二氧化碳逸出，质量在 80 s 内下降 3.2 g。(a) 以 g s⁻¹ 计算平均反应速率。

(b) 解释为什么测量质量的减少是这个反应的合适方法。

答案。 (a) 平均速率 = 质量的变化 ÷ 时间 = 3.2 g ÷ 80 s = 0.04 g s⁻¹。(b) 这个反应放出二氧化碳，一种从锥形瓶逸出的气体，所以锥形瓶及其内容物的质量随时间可测量地下降。因为质量的减少可以在固定间隔直接从天平读出，它给出反应进行快慢的一个方便而连续的量度。

考试提示

当你定义反应速率时，总要说出发生变化的量并加上**「每单位时间」，「气体体积每单位时间的变化」，而不只是「反应有多快」。在计算里总要带上单位**（cm³ s⁻¹、g s⁻¹ 或 mol dm⁻³ s⁻¹）；一个没有单位的光秃数字会丢分。

还要记住这个故事的形状：速率在开始时最大、在结束时降到零，所以任何声称速率全程不变的答案都是错的，除非一种反应物在被不断补充。

把速率题读好

试卷二的速率题常给你数据，气体体积对时间的表格，或两个时刻的质量读数，并要你求某一指定区间的平均速率。做法总是一样：求两个时刻之间的量的变化，除以时间区间，并写出单位。

如果题目要的是某一时刻「时」的速率而不是某一区间「内」的速率，它要的就是瞬时速率，在图上就是该点切线的斜率。

第二种常见任务是比较两个时刻的快慢并解释差别。解释几乎总是回到浓度：反应物被消耗时，浓度下降，碰撞变得较不频繁，速率下降。

那个联系，浓度下降、反应变慢，就是从这条标准通往本章后面碰撞理论的桥梁，所以每次都值得清楚地说出来。

本节定位

这是**反应速率**一章的内容标准 7.1，是五条中的第一条。它为改变速率的因素、碰撞理论与催化剂做铺垫，并在实验试卷里作为 SPM化学（4541）的一部分被大量考核。

用本章**复习笔记来加强，用例题**练习计算。在我们的在线一对一 SPM化学课上，以英文授课，每小时 RM50 起，我们的老师反复训练「定义加单位」的习惯，直到速率答案变得自动，因为这里正是学生最常丢掉易得分数的地方。

快速回顾

• 反应速率 = 反应物或生成物的量每单位时间的变化。
• 平均速率 = 总变化 ÷ 总时间；瞬时速率 = 切线的斜率。
• 用气体体积（cm³ s⁻¹）、质量减少（g s⁻¹）、沉淀/浑浊度，或浓度（mol dm⁻³ s⁻¹）来测量。
• 速率在开始时最快，在一种反应物用完时降到零。