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化学反应速率及其表示方法


实验室k / 2018-07-07

    化学热力学成功地预测了化学反应自发进行的方向及反应进行的限度。在热力学上能自发进行的反应很多都是在瞬间完成的。例如:炸药的爆炸,溶液中酸与碱的中和反应等。与此相反,有些反应,从热力学上看是自发的,但由于反应速率太慢几乎观测不到反应的进行。如氢气和氧气生成水的反应,在298K时,△Gθ为负值,表明此反应可自发进行,但当把氢气和氧气的混合物于常温常压下放置若干年也观测不出任何变化。又如一些有机化合物的酯化和硝化反应,钢铁的生锈以及岩石的风化等,均为反应速率较慢的反应。这一类反应是动力学控制的反应。化学动力学是研究化学反应速率和机理的科学。影响化学反应速率的因素包括反应物的性质、反应物的浓度、系统的压力、温度和催化剂等因素。

化学反应速率及其表示方法
    研究化学反应速率有着重要的实际意义,不论对生产还是对人类生活都是十分重要的。通过对反应速率的研究人们可以控制反应速率,以加速生产过程或延长产品的使用寿命,使大自然更好地为人类服务。
    为了比较反应速率,首先要明确如何表示反应速率。物质在进行化学反应时,随着反应的进行,反应物浓度不断降低,化学反应速率也将随着时间的增加而变慢。在化学动力学中,反应速率是用单位时间内有关物质的量或浓度的改变量来表示的。反应速率既可以用反应物消耗速率表示,也可以用生成物的生成速率表示。对于任一反应

aA +bB=dD+eE

反应物A、B的消耗速率分别是v(A)=-△c(A)/△t和v(B)=-△c(B)/△t,生成物D、E的生成速率分别是v(D)=△c(D)/△t和v(E)=△c(E)/△t。
    由于化学计量数a、b、d、e不一定相等,因而用不同物质表示同一个反应的速率也不一定相等。但一个反应的速率只有一个,为此,可以用比速率表示一个反应的速率。对上述反应

v=(1/a)v(A)=(1/b)v(B)=(1/d)v(D)=(1/e)v(E)              (1-30)

    反应速率的单位一般是mol/(dm3·s)。
    例1-24  在某一条件下,密闭容器中混有1mol/dm3N2和3mol/dm3H2,反应进行2s后,NH3的的浓度为0.4mol/dm3。求各参加反应物质的速率及比速率。
    解:                      N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
            开始(mol/dm3):   1       3         0
            2s时(mol/dm3):  0.8     2.4       0.4
            变化(mol/dm3): -0.2    -0.6       0.4
    v(N2)=0.2/2=0.1mol/(dm3·s)

    v(H2)=0.6/2=0.3mol/(dm3·s)

    v(NH3)=0.4/2=0.2mol/(dm3·s)

    比速率v=0.2/2=0.1mol/(dm3·s)


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