第3章化学反应速率和化学平衡.doc

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1、第3章　化学反应速率和化学平衡在化学反应的研究中，常涉及到化学反应进行的快慢和完全程度，即化学反应速率和化学平衡问题。化学反应速率问题属于化学协力学研究的范畴，化学平衡问题属于化学热力学研究的范畴。本章先介绍化学反应速率的概念，再讨论影响反应速率的因素。然后讨论化学平衡常数和平衡组成的计算以及影响化学平衡移动的因素。3.1化学反应速率通常用快、慢来定性描述化学反应速率，而定量描述通常使用的是化学反应平均速率和瞬时速度V。一般而言，无机反应（如中和反应等）速率较快，有机反应相对较慢。人们总是希望一些有利

2、的反应进行得快些、完全些；相反地，抑制一些不利的反应。本章主要介绍化学反应平均速度的基本概念，至于瞬时速度在以后的物理化学后续课程另有专门介绍。介绍平均速率之前。先看在aA+bB=xX+yY的反应中，反应物浓度与时间关系的曲线图。当其它条件不变时，随反应继续进行，反应物A浓度不断减少，浓度随之降低，速度也随之下降。对反应物A，在t1～t2时间内的平均反应速度为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　说明：①的单位为mol·L-1·S-1或mol·L-1·min-1。②用反应物如

3、A、B表示时，加负号“-”；用生成物表示时不加负号“-”。③不同物质表示时，数值可能不同，但互可换算：例题3-1：合成氨反应N2的起始浓度为5mol·L-1，经过2分钟反应后N2转化了20%。求在这段时间内，用生成物NH3表示的平均反应速率。解：设NH3的起始浓度为a。N2＋3H2＝2NH3t1＝05at2＝2min5-5×0.2a+2×5×0.2∴或：∴∴3.2影响反应速率的因素决定化学反应速率大小的内因是反应物本性，外因是浓度、压力、温度、催化剂等反应条件。本节仅讨论外界因素对化学反应速率的影响。

4、3.2.1浓度与压力对反应速率的影响（1）元反应和非元反应　　实验表明，绝大多数化学反应并不是简单地一步完成，往往是分步进行的。一步就能完成的反应称为元反应，例如：>327℃2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)分步进行的反应称为非元反应，例如反应：2NO(g)＋2H2(g)＝N2(g)＋2H2O(g)实际上是分二步进行的：第一步　　　　2NO(g)＋H2(g)＝N2(g)＋H2O2(g)第二步　　　　H2O2(g)＋H2(g)＝2H2O(g)每一步为一个元反应，总反应即为两步反应的加和。（2）经验速

5、率方程式对于反应aA＋bB＝xX＋yY，若该反应为元反应，则其反应速率v与各反应物浓度幂的乘积成正比。其反应速率方程式为：v＝k{c(A)}a{c(B)}b这种反应速率与反应物浓度的定量关系称为质量作用定律。式中C(A)、C(B)是指反应物A、B的浓度或分压；浓度指数a、b等于元反应中各反应物前面的化学计量数；k是比例常数，称为该温度下的速率常数。当反应为非元反应时，其反应速率方程式改为：v＝k{c(A)}m{c(B)}n上式称为经验速率方程式，式中m、n的值由实验确定，不一定分别等于a、b。m和n叫

6、做A和B的分反应级数，而m＋n叫做总反应级数。一般所说的反应级数，若不指明，就是指总反应级数。由质量作用定律或经验速率方程式，均可得知反应物的浓度或分压越大，反应速率越快。例题3-2：在某一容器中A与B反应，实验测得数据如下：写出该反应的速率方程式。解：设该反应的速率方程式为：v＝k{c(A)}m{c(B)}n选择三组测定值，代入上式得以下三个方程：1.2×10-2＝k{1.0}m{1.0}n····················(1)4.8×10-2＝k{1.0}m{2.0}n··········

7、··········(2)9.6×10-2＝k{8.0}m{1.0}n····················(3)(2)÷(1)式得：4=2n(3)÷(1)式得：8=8m解得：n＝2，m＝1，k＝1.2×10-2∴该反应的速率方程式为：v＝1.2×10-2{c(A)}{c(B)}23.2.2温度T的影响除极少数反应外，温度对反应速率的影响符合HantHoff规则：温度每升高10度，反应速率加快2～4倍。例如，食物在夏天腐败变质要比冬天快得多。3.2.3催化剂Cat的影响Cat有正、负之分。正催化剂能

8、加快反应速率，负催化剂能减缓反应速率。生产上常利用催化剂的选择性，使所希望的化学反应加快，同时抑制某些副反应的发生。酶是一类含有蛋白质的有机物，它在生命过程中起着重要作用。酶催化的选择性极强，例如我国在化学模拟生物固氮酶—即凝固氮的研究方面，处于世界先进行列。四、其它因素影响如接触面、颗粒度、搅拌、光、射线等，都会对反应速率有影响。在特殊情况下，其中某些因素会起到决定性的作用。3.3化学平衡3.3.1可逆反应与化学平衡仅有少数化学反应只能向一个方向进行的