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化学反应速度与化学平衡


实验室k / 2019-04-29

化学反应速度

       (1)表示法    常用反应中单位时间内某一反应物浓度减少量或某一生成物浓度增加量来表示此反应的速度,单位为摩尔·升-1·秒-1或摩尔·升-1·分-1等。平均速度是在不同时间间隔内的反应速度。当时间间隔愈短,其浓度变化愈能反映真实的反应速度,真实的反应速度为瞬时反应速度。反应某时刻的瞬时速度就是浓度时间曲线上某一点切线的斜率,必须用作图法来求得。

v平=±△c/△t,   v瞬=±dc/dt

       应注意,同一化学反应的速度,虽可用任一反应物或生成物浓度的变化量来表示,但其数值是不同的,故在实验或生产中,应选用同一种物质浓度的变化量来表示。

       (2)影响因素    增加反应物的浓度或压力、升高体系的温度、或使用催化剂均能加快反应速度。在实际工作中改变一些反应的速度,最有效的措施,还在于选择合适的催化剂。

       (3)速度理论    浓度、温度、催化剂对反应速度的影响,均可用活化分子碰撞理论来解释,三者影响的最终结果,尽管都是活化分子数目的改变,但引起其改变的原因却是不同的。浓度的影响是通过单位体积内活化分子数目的变化,改变单位时间内有效碰撞的次数;温度的影响是通过能量变化改变了活化分子百分数;催化剂是通过降低反应活化能增加活化分子百分数,从而改变活化分子数目,改变反应速度。

       有效碰撞指能发生反应的碰撞。活化分子是指能发生有效碰撞的分子。活化分子的平均能量和反应物分子平均能量之差称为活化能(活化能有不同的定义,可参阅韩德刚、印永嘉“关于活化能的几个问题” 化学教育增刊Ⅰ(1981))。阿仑尼乌斯(Arrhenius)总结了大量实验事实把活化能和温度、反应速度常数三者联系起来,其关系式:

k=A·e(-Ea/RT次方)

由于k就是反应物浓度为1个单位时的反应速度,因此利用此关系式可圆满地解释温度、催化剂对反应速度的影响。

化学平衡

       (1)平衡状态    在可逆反应中,当正逆反应速度相等,反应物和生成物的浓度不再随时间而改变,化学反应进行到最大限度的状态,称做反应达到化学平衡状态。

       (2)平衡常数    反应无论是从正反应开始,还是从逆反应开始进行,反应物各起始浓度也不管有多大的不同,恒温下达到平衡状态时各生成物浓度系数次方幂的乘积和各反应物浓度系数次方幂的乘积之比却总是个常数,这个常数就是平衡常数,用K表示。K值可衡量反应完成程度,K越大,表示反应进行得越完全,平衡混合物中生成物的相对浓度就越大。

       (3)影响因素    K值的大小首先取决于反应物的本性;其次,在给定温度下体系达到平衡,可以增加或减少体系中各个组分的浓度或压力来改变平衡点,却不能改变平衡常数。所以K值与反应物浓度、压力变化无关;但K值随温度的变化而变化;催化剂也不改变K值。

       (4)平衡移动    外界条件的改变,使可逆反应由一种平衡状态转变为另一种平衡状态,这样的变化过程叫平衡移动。平衡移动的方向是由浓度、压力和温度的改变来决定的。平衡移动的总的规律可用勒夏忒列原理来描述。

       浓度或压力的改变会使平衡发生移动,亦会改变转化率,但不影响平衡常数;温度的变化既使平衡发生移动,改变转化率,也影响平衡常数;催化剂不能使平衡发生移动,亦不能改变平衡常数和转化率,只能加快反应、缩短到达平衡的时间。


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