第二節 動能分佈曲線圖
動能分佈曲線圖

與固體和液體不同,氣體分子處於不斷的運動和相互碰撞當中。分子之間的碰撞會導致分子運動方向和動能的改變。因此,恆溫下,體系內分子會以不同方向和速率進行運動,從而分子的動能也各不相同。若將動能和相應的分子數繪製成曲線,就得到了展示氣體分子動能分佈的曲線圖,即麥克斯韋—波爾茲曼分佈

下方的互動中顯示了不同的溫度下,體系內分子動能的分佈情況。根據互動結果完成下面的練習。

麥克斯韋—波爾茲曼分佈
動能分佈曲線提供的信息

動能分佈曲線

麥克斯韋—波爾茲曼分佈描述了體系內氣體分子的動能分佈情況。根據互動中的曲線分佈可以看出:

  1. 大部分氣體分子具有
    • 較高
    • 較低
    • 中等
    的動能; 
  2. 曲線的最高點代表具有
    • 最高
    • 最有可能
    • 最低
    的動能值; 
  3. 曲線下方的面積代表體系內氣體分子的
    • 體積
    • 數目
    • 質量
     

麥克斯韋—波爾茲曼分佈曲線顯示,在一定的溫度下:

  • 一些分子的動能非常高;一些分子的動能非常低。
  • 大部分分子具有中等的動能。
  • 曲線的最高點為最有可能的動能值。
  • 曲線下方的面積代表分子的總數。

溫度是影響分子動能分佈的重要因素。通過互動觀察溫度改變時,分子動能分佈曲線的變化,回答下列問題:

  1. 溫度改變時,曲線下方的面積
    • 增加
    • 不變
    • 減少
     
  2. 升高溫度時,曲線的最高點
    • 向左移動
    • 位置不變
    • 向右移動
     
  3. 溫度升高時,曲線的最高點
    • 升高
    • 不變
    • 降低
     
  4. 溫度升高時,分子動能的分佈
    • 更集中
    • 不變
    • 更分散
     

溫度改變對分子動能分佈的影響:

  1. 溫度改變,分子數目不會改變,曲線下方的面積就不會改變。
  2. 溫度升高,分子整體的動能增加,最有可能的動能值也增加,曲線的最高點右移;反之,左移。
  3. 溫度升高,較少的分子具有最可能動能值,最高點降低,動能分佈更分散;反之,最高點升高,動能分佈更集中。

根據碰撞理論:分子必須具有等於或大於活化能的動能,才能夠發生反應。根據溫度對動能分佈曲線影響,並結合碰撞理論,回答下面的問題:

假設具有 \({{E}_{\text{A}}}\) 以上動能的分子,才能夠發生化學反應。那麼,溫度升高時,

  1. 動能等於或大於 \({{E}_{\text{A}}}\) 的分子數目
    • 增多
    • 不變
    • 減少
     
  2. 能夠發生有效碰撞的分子數目
    • 增多
    • 不變
    • 減少
     
  3. 化學反應速率
    • 上升
    • 不變
    • 下降
     

溫度對化學反應速率的影響:

溫度增加時,具有相等於或大於活化能的動能的分子數目增加,更多的分子碰撞能夠發生化學反應。因此,反應速率會上升。

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