反应速率表示某个量变化得有多快,所以从图表求速率就是计算量的变化 ÷ 时间的变化。在反应速率单元里,只要题目给出气体体积或质量减少的图表并问速率,就会用到这项技能。
本页所有数据都是为练习而编的,并非真实实验结果。
图表的斜率代表什么?
在“产物体积对时间”的图表上,斜率就是速率。线越陡,反应越快;线越平,每秒的变化越小。
题目会问两种速率。平均速率针对一个时间区间。某一时刻的速率要用切线,也就是在曲线某一点只与曲线相触、在该点不穿过曲线的直线。
如何一步步求出速率?
- 先读坐标轴单位,例如体积用 cm³,时间用 s。
- 选定区间或题目指定的那一点。
- 求平均速率:两个读数相减,即体积变化 ÷ 时间变化。
- 求某一时刻的速率:画切线,在线上选两个相距较远的点,用 y 的变化除以 x 的变化。
- 写上单位,格式为“量/时间”,例如 cm³/s。
例题
下面是编造的数据,表示某反应收集到的二氧化碳:
| 时间 (s) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 体积 (cm³) | 0 | 24 | 40 | 50 | 56 | 59 | 60 | 60 |
**问题 A:**求 0 到 10 s 和 20 到 30 s 的平均速率。
**0 到 10 s:**体积变化 = 24 − 0 = 24 cm³,时间变化 = 10 s,所以速率 = 24 ÷ 10 = 2.4 cm³/s。
**20 到 30 s:**体积变化 = 50 − 40 = 10 cm³,时间变化 = 10 s,所以速率 = 10 ÷ 10 = 1.0 cm³/s。
速率下降,是因为反应物在被消耗。
**问题 B:**在 20 s 处对曲线作的切线经过 (10 s, 28 cm³) 和 (30 s, 52 cm³)。求 20 s 时的速率。
斜率 = (52 − 28) ÷ (30 − 10) = 24 ÷ 20 = 1.2 cm³/s。
**问题 C:**60 s 之后会怎样?体积保持 60 cm³,所以速率是 0 cm³/s。反应已经结束,说明某个反应物已用完,并不是粒子消失了。
要注意哪个错误?
错误做法:“20 s 时的速率 = 40 ÷ 20 = 2.0 cm³/s。”
这是用某一时间的体积去除以该时间,得到的是从开始到 20 s 的平均速率,不是 20 s 这一刻的速率。曲线在前段更陡,所以这个答案偏高。
纠正方法:求某一时刻的速率用切线,求区间的速率用两个读数,并把相减的两个值都写出来。另外,切线上的两点要相距够远,因为点靠得太近会放大读数误差。
自我检测
1. 利用上面的表格,求 30 s 到 50 s 的平均速率。
查看答案
体积变化 = 59 − 50 = 9 cm³,时间变化 = 20 s。速率 = 9 ÷ 20 = 0.45 cm³/s。
2. 在另一个编造的实验中,烧瓶因气体逸出而减轻。它的质量在 40 s 内从 50.0 g 降到 49.2 g。求平均速率。
查看答案
质量变化 = 0.8 g。速率 = 0.8 ÷ 40 = 0.020 g/s。
3. 为什么表格中 0 到 10 s 的平均速率比 50 到 60 s 的大?
查看答案
一开始反应物浓度最高,有效碰撞最频繁。到 50 到 60 s 时大部分反应物已被消耗,每秒的变化就很小。
接下来学什么?
下一步,用图表显示的结果去解释原因,从用碰撞理论解释浓度的影响开始。速率与能量图表解读器可以让你在有标注的数据上练习读斜率;需要算预期的最终体积时,摩尔与方程式比例辅导工具会有帮助。
有些学生除法没算错,却不确定该取哪两个点。在线上一对一化学补习中,老师会看你每次选哪两个点,并告诉你为什么这样选才对。