第六章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡

第六章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)速率是指化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度。通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少量或生成物濃度的增加量來(lái)表示，符號(hào)為v。單位是mol·L-1·s-1、mol·L-1·min-1第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率在298K下，將2mol的N2O5充入一個(gè)體積為1升的密閉容器中，反應(yīng)中各物質(zhì)濃度變化如下2N2O5(g)＝4NO2(g)+O2(g)起始濃度（mol·L-1）2.0004秒末濃度（mol·L-1）1.80.40.1請(qǐng)計(jì)算用不同物質(zhì)表示的該反應(yīng)在4秒內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)速率并進(jìn)行比較。

例題解：分別用N2O5、NO2和O2的濃度變化表示反應(yīng)速率：結(jié)論：同一化學(xué)反應(yīng)，用不同的物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率，數(shù)值可能不相同，但意義相同，均表示這段時(shí)間內(nèi)該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率。不同物質(zhì)所表示的化學(xué)反應(yīng)速率的比值與化學(xué)反應(yīng)方程式各物質(zhì)相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比相等。aA+bB＝dD+eE

用v表示反應(yīng)速率時(shí)，有瞬時(shí)速率反應(yīng)物濃度隨時(shí)都在變化的，速率也在發(fā)生變化，平均反應(yīng)速率并不能說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行情況。用瞬時(shí)速率精確表示反應(yīng)情況1.基元反應(yīng)一步就能完成的化學(xué)反應(yīng)。2.非基元反應(yīng)絕大多數(shù)反應(yīng)并不能一步完成，而往往是分成幾步進(jìn)行的，這樣的化學(xué)反應(yīng)稱為復(fù)雜反應(yīng)，又稱非基元反應(yīng)。3.一個(gè)反應(yīng)是否是基元反應(yīng)，從表面很難判斷，而必須要通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能證實(shí)。基元反應(yīng)與非基元反應(yīng)（1）反應(yīng)物分子間的相互碰撞是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的前提條件。如果分子間不碰撞，反應(yīng)就不能發(fā)生。（2）只有少數(shù)碰撞能導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)，能導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的碰撞稱為有效碰撞，有效碰撞是發(fā)生反應(yīng)的必要條件。（3）發(fā)生有效碰撞，還取決于碰撞分子間的取向，這是有效碰撞發(fā)生的充分條件。二有效碰撞理論在通常情況下，Na與水的反應(yīng)和Mg與水的反應(yīng)哪個(gè)劇烈(反應(yīng)速率快)？為什么？以上說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)速率的決定因素是什么？

化學(xué)反應(yīng)速率的決定因素是反應(yīng)物的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

三、影響反應(yīng)速率的因素內(nèi)因(主要因素)：外因：化學(xué)反應(yīng)速率還受濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑等外界條件的影響。

(一)濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響1.質(zhì)量作用定律在恒定溫度下，基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度相應(yīng)冪的乘積成正比。這種定量關(guān)系稱為質(zhì)量作用定律。（只適用于基元反應(yīng)）若反應(yīng)：

aA+bB＝dD+eE是基元反應(yīng)，則有

v=kcAa

·cBb

反應(yīng)級(jí)數(shù)是反應(yīng)速率方程各反應(yīng)物濃度的冪指數(shù)之和由質(zhì)量作用定律可以看出：在其他條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物的濃度，會(huì)增大化學(xué)反應(yīng)速率；減小反應(yīng)物的濃度，會(huì)減小化學(xué)反應(yīng)速率。(二)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，其實(shí)只是溫度對(duì)速率常數(shù)的影響。阿倫尼烏斯公式：

k=Ae–Ea/RT由阿倫尼烏斯公式可以看出：在其他條件不變時(shí)，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快；降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減慢。對(duì)于一般反應(yīng)，如果反應(yīng)物濃度恒定不變，溫度每升高10℃，則化學(xué)反應(yīng)速率增加2～4倍。(三)催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響使用催化劑，能顯著地增大反應(yīng)速率。催化劑分為正催化劑和負(fù)催化劑催化劑對(duì)反應(yīng)速率影響的原因：催化劑可以改變反應(yīng)的歷程，降低反應(yīng)的活化能，使一部分能量較低的非活化分子轉(zhuǎn)化為活化分子，使得活化分子百分?jǐn)?shù)提高，反應(yīng)速率加快。酶酶被稱為生物催化劑，是生物體內(nèi)自身合成的具有催化功能的一類大分子，主要是蛋白質(zhì)。酶不同于一般的催化劑，具體表現(xiàn)在：1.酶具有極高的催化效率，一般而論，對(duì)于同一反應(yīng)，酶催化反應(yīng)的速率比非酶催化反應(yīng)的速率高很多倍。2.酶催化的反應(yīng)所需條件非常溫和。3.酶具有極高的選擇性。一、可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡在同一條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)，稱為可逆反應(yīng)在可逆反應(yīng)中，通常把從左向右的反應(yīng)稱為正反應(yīng)；從右向左的反應(yīng)稱為逆反應(yīng)。

2.表示用可逆符號(hào)

3.特點(diǎn)在密閉容器中反應(yīng)不能進(jìn)行到底第二節(jié)化學(xué)平衡(一)可逆反應(yīng)（二）化學(xué)平衡1.定義在一定條件下的可逆反應(yīng)里，當(dāng)正向反應(yīng)速率等于逆向反應(yīng)速率，反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨時(shí)間而改變的狀態(tài)叫化學(xué)平衡。2.特征(1)動(dòng)：動(dòng)態(tài)平衡

(4)變：條件改變，正逆反應(yīng)速率不再相等，(2)等：正逆反應(yīng)速率相等(3)定：各物質(zhì)濃度保持一定一、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響：在其他條件不改變的情況下，增加反應(yīng)物濃度或減少生成物濃度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；反之，若增加生成物濃度或減少反應(yīng)物濃度，化學(xué)平衡向著逆反應(yīng)方向移動(dòng)。

在生產(chǎn)實(shí)踐中常利用這個(gè)原理，增大某些廉價(jià)原料濃度，達(dá)到充分利用貴重原料，提高貴重原料轉(zhuǎn)化率的目的。化學(xué)平衡的移動(dòng)結(jié)論：①[反應(yīng)物]↑或[產(chǎn)物]↓→平衡正向移動(dòng)②[產(chǎn)物]↑或[反應(yīng)物]↓→平衡逆向移動(dòng)

二、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響：

在其它條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動(dòng)；減小壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)增多的方向移動(dòng)。例如，一定條件下，在N2＋3H22NH3平衡體系中，當(dāng)壓強(qiáng)增大到原來(lái)的二倍時(shí)，判斷平衡的移動(dòng)方向。當(dāng)其他條件不變時(shí)，體系的壓強(qiáng)增加到原來(lái)的2倍，體系中各氣體的濃度均會(huì)增加到原來(lái)的2倍，此時(shí)正、逆反應(yīng)的速率v正ˊ、v逆ˊ分別為：v正′＝k正·(2a)·(2b)3＝k正·16ab3＝16v正v逆ˊ＝k逆·(2c)2＝k逆·4c2＝4v逆顯然v正ˊ>v逆ˊ。注：壓強(qiáng)只對(duì)反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)不相等的平衡體系才會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)于正方向吸熱的反應(yīng)，升高溫度(T1＜T2)，溫度升高(T2>T1)會(huì)使平衡常數(shù)值增大(K2>K1)，平衡向右（吸熱方向）移動(dòng)；降低溫度(T2<T1)會(huì)使平衡常數(shù)值減小(K2<K1)，平衡向左（放熱方向）移動(dòng)。對(duì)于放熱反應(yīng)，情況正好相反。

三、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響

結(jié)論：在其他條件不變時(shí)，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)的方向移動(dòng)；降低溫度，平衡向放熱反應(yīng)的方向移動(dòng)。

四、催化劑與化學(xué)平衡

催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)的途徑，降低活化能，提高活化分子的百分率，極大程度地加大化學(xué)反應(yīng)速率。它不僅能加大正反應(yīng)的速率，也能同等程度地加