无机及分析化学第三章化学反应速率与化学平衡.docVIP

第三章 化学反应速率与化学平衡 学习要求 1.熟悉化学反应速率、化学平衡和标准平衡常数的基本概念； 2.理解活化能、活化分子的概念及其意义； 3.掌握化学反应速率的表示方法、有效碰撞理论、影响化学反应速率的因素、标准平衡常数及平衡的有关计算、影响化学平衡移动的因素； 工厂每天都在生产，人们总希望在生产中用一定的原料以最快的速度来生产最多的产品，以提高经济效益。化工生产是以化学反应为基础生产的，对于反应人们不仅关心其质量关系、能量关系（前面已讨论过），还关心化学反应进行的快慢和反应进行的程度，即化学反应速率和化学平衡。这两方面的理论在生产中直接关系着产品的质量、产量、原料的转化率等，同样也在人类生活、科学研究等领域具有十分重要的意义。 本章将引入活化能、活化分子的概念，从微观的角度讨论影响化学反应速率的各种因素；并以此为基础，论述化学平衡理论及相关计算。 第一节 化学反应速率 化学反应有些进行得很快，一瞬间就能完成，例如酸碱中和反应、爆炸反应、沉淀反应等。有的反应进行得很慢，例如煤和石油的形成需要几万年甚至几十万年。即使是同一反应，在不同条件下，反应速率也不相同。例如钢铁在低温时氧化较慢，高温时氧化较快。因而对生产有利的一些反应常需要采取措施来加快反应速率以便缩短生产周期，例如氨、橡胶的合成、钢铁的冶炼等。而有些反应（如金属的腐蚀）则应设法抑制其发生，所以我们必须掌握化学反应速率的变化规律。 一、化学反应速率的表示方法： 化学反应速率是指给定条件下反应物通过化学反应转化为产物的速率，常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。为使反应速率是正值，当用反应物浓度的减少来表示时，要在反应物浓度的变化值△C前加一个负号。 例如，对于化学反应： A + B → Y + Z， ，或。 浓度单位通常用mol·L-1，时间单位常用s、min、h等，反应速率单位则为mol·L-1·s-1、mol·L-1·min-1或mol·L-1·h-1等。下面以N2O5在CCI4中的分解反应为例来说明反应速率的表示。在25℃测定N2O5分解反应( 2N2O5 ＝ 4NO2 + O2 )速率的实验中，数据如表3-1。 N2O5在 CCI4中的分解反应速率(25℃) /s / s (NO2)/ mol·L-1 (NO2/ mol·L-1 (O2)/ mol·L-1 (N2O5)/ mol·L-1·s-1 (NO2)/ mol·L-1·s-1 (O2)/ mol·L-1·s-1 0 100 300 700 1000 1700 0 100 200 400 300 700 2.10 1.95 1.70 1.31 1.08 0.76 0 0.30 0.50 0.78 0.46 0.64 0 0.075 0.125 0.195 0.115 0.160 0 1.5×10-3 1.3×10-3 9.9×10-4 7.7×10-4 4.5×10-4 0 3.0×10-3 2.6×10-3 19.8×10-4 15.4×10-4 9.0×10-4 0 7.5×10-4 6.5×10-4 4.95×10-4 3.85×10-4 2.25×10-4 平均反应速率 如果实验测定的是某一段时间间隔内的浓度变化，这样可得到平均反应速率。如在第一个时间间隔100s内： mol·L-1·s-1 mol·L-1·s-1 mol·L-1·s-1 以下类推。 瞬时速率 从表3－1可知随着反应的进行，各物质的浓度每时每刻都在变化着，化学反应速率随时间不断变化，在某一时间间隔内的平均速率不能真实地反映实际变化，而要用瞬时速率才能表示化学反应在某一时刻的真实速率。瞬时速率等于时间间隔趋于无限小时的平均速率的极限值。 瞬时速率: 反应速率由实验测定，实验中只能测出不同时刻的浓度。然后通过作图法求得不同时刻的瞬时速率。如图3－1所示，先作出浓度c（纵坐标）－时间t（横坐标）图，得浓度随时间变化的曲线。曲线上各点切线的斜率就是该时刻的瞬时速率。图3－1中A点所对应的纵坐标表示560秒时的浓度，A点切线的斜率就是560秒时的瞬时速率。 A点切线的斜率＝ 560秒时的瞬时速率为： （N2O5）＝9.25×10-4 mol·L-1·s-1 由表3-1可以看出，用不同物质来表示反应速率时，其数值就可能不一致。这是由于反应式中各物质的化学计量数不同。如用、、来表示反应速率时，由于这三种物质的化学计量数分别为2、4、1，所得的反应速率在数值上的关系为： 因此，为避免混淆在表示反应速率时必须指明具体物质。通常用易于测定其浓度的物质来表示。还需注意，以后提到的反应速率均指瞬时速率。 第二节 反应速率理论简介 化学反应速率千差万别，爆炸反应、中和反应可在约10-9秒内完成，反应：2H2+O