第章 化学反应速率和化学平衡.doc

第二篇 无机化学基本原理 第3章 化学反应速率和化学平衡 【内容】 3.1 化学反应速率 3.2 影响反应速率的因素 3.3 活化能 3.4 化学平衡 3.5 化学平衡的移动 3.6 反应速率与化学平衡的综合应用 【要求】 1.理解化学反应速率的概念，掌握化学反应速率的表示方法； 2.能够用活化能、活化分子的概念解释浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响规律； 3.对反应速率理论有一个初步的了解； 4.掌握化学平衡的概念及外因对化学平衡的影响； 5.熟练掌握有关化学平衡的计算及平衡移动的规律； 6.了解化学反应速率与化学平衡原理在实际生产中的应用。 3.1 化学反应速率 不同的化学反应，进行的快慢程度差别很大。有的反应进行得很快，几乎瞬间即可完成，如爆炸反应、底片的曝光反应、滴定分析中的酸碱中和反应等；而有些反应却进行得很慢，如一些有机合成反应、金属的腐蚀、橡胶塑料制品的老化、煤炭石油的形成、岩石的风化、钟乳石的形成等，它们有的需要几小时、几天、几个月、几年甚至几十万年或更长的时间才能完成。在实际化工生产过程中为提高产品的产量，需要设法使一些反应进行得更快；而对一些有害的反应，如金属的腐蚀、塑料制品的老化、食物的腐败等则需要想方设法使其反应进行得更慢，以减少损失。 3.1.1 化学反应速率的定义 化学反应速率是衡量化学反应进行快慢的物理量，是指在一定条件下，化学反应中反应物转变为生成物的速率。通常以单位时间内反应物浓度的减少值或生成物浓度的增加值来表示。用符号r表示，浓度的单位通常用mol·L-1，时间的单位据反应快慢采用s(秒)、min(分)、h(时)、d(天)或a(年)等。反应速率的常用定义式： 反应速率r = 浓度变化 / 变化所需时间 r的SI单位为mol·dm -3·s -1或mol·L -1·s -1。 3.1.2 化学反应速率的表示方法 对任意反应：a A + b B == y Y + z Z，随着反应的进行，反应物A和B的浓度不断减小，而生成物Y和Z的浓度不断增大。化学反应速率通常以单位时间内反应物或生成物浓度变化的正值来表示。若用△t表示一段时间间隔，△c(A)表示在△t时间间隔内反应物A的浓度变化，则用反应物A表示的化学反应速率为。因△c(A)为负值，为保证反应速率为正值，在其前面加一负号。若以生成物Y表示该反应的反应速率，则为。由于反应方程式中A、B、Y、Z的计量系数不同，用不同物质表示的反应速率肯定不同，它们之间的关系可表示为 。 实 实际上，以上所表示的反应速率为反应时间段△t内的平均反应速率，对大多数反应来说，平均反应速率并不是其真正反应速率。因为反应刚开始时，反应物的浓度较高，反应速率较大，随着反应的进行，反应物浓度逐渐降低，反应速率也越来越小，即化学反应速率是随时间变化的，如图3-1 所示。如果反 图3-1反应物或生成物浓度—时间曲线 应时间间隔越短，则平均反应速率越接近于真正反应速率，当反应时间间隔趋于无限小dt时的反应速率称为化学反应的瞬时速率。根据反应速率的定义，若要测定某反应在某一时刻的反应速率（即瞬时速率），必须测定出各反应物（或生成物）在不同时刻的浓度，并绘成图3-1所示的浓度—时间曲线，从曲线上找到某一时刻t时的对应点，并过该点作曲线的切线，据此切线的斜率的数值即可求得该时刻t时的瞬时速率。用反应物A表示的瞬时速率为： 由此可以得到结论： （1）化学反应速率有平均速率和瞬时速率之分，以后提到的化学反应速率均指瞬时速率。 （2）同一反应在同一时刻的反应速率，用不同的反应物或生成物表示时有所不同，其比值等于反应方程式中对应物质的计量系数之比。 3.2 影响反应速率的因素 化学反应速率的快慢首先决定于反应物的本性，因此不同化学反应的反应速率千差万别；但对于同一化学反应，由于受到浓度、温度、催化剂等外界因素的影响不同，也会引起化学反应速率的改变。 3.2.1 浓度或分压对反应速率的影响 1.元反应和非元反应 实验表明，绝大多数的化学反应并不像化学反应计量方程式所表示的那样一步完成的，而是往往经历若干中间步骤才能完成。例如高温下NO与H2的反应就不是一步完成的： 2NO(g) + 2H2(g) == N2(g) + 2H2O(g) 该反应实际上是分两步进行的： （1） 2NO(g)+ H2(g) N2(g) + H2O2(g) （2） H2O2(g) + H2(g) 2H2O(g) 我们把化学反应过程中一步就能完成，即由反应物一步直接生成产物的反应称为元反应或基元反应，而那些分几步才能完成的反应称为非元反应或非基元反应。 2.元反应的质量作用定律 在大量实验的基础上，人们总结出了元反应的质量作用定律：元反应的反应速率与元反应中各反应物浓度的计量系