《化学反应的快慢和限度》 讲义

《化学反应的快慢和限度》讲义
一、化学反应速率
化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量。

它通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。

比如说，对于一个化学反应 A ＋B → C ＋ D，如果我们用 A 物质浓度的变化来描述反应速率，假设在时间 t1 时 A 的浓度为 C1，在时间 t2 时 A 的浓度为 C2，那么 A 的平均反应速率 v(A) 就可以表示为：v(A) ＝（C2 C1) ／（t2 t1) 。

这里的负号表示 A 的浓度是减少的。

影响化学反应速率的因素有很多，主要包括以下几个方面：
1、浓度
在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度，反应速率加快；减小反应物的浓度，反应速率减慢。

这是因为浓度增大，单位体积内活化分子的数目增多，有效碰撞的几率增大，反应速率也就加快了。

例如，在碳与氧气的反应中，增加氧气的浓度，燃烧会更加剧烈。

2、温度
升高温度，反应速率加快；降低温度，反应速率减慢。

一般来说，温度每升高 10℃，反应速率通常增大到原来的 2 4 倍。

这是因为温度升高，分子的运动速度加快，活化分子的百分数增加，有效碰撞的几率增大，从而使反应速率加快。

比如，食物在夏天比在冬天更容易变质，就是因为温度升高，导致
食物变质的化学反应速率加快。

3、压强
对于有气体参加的反应，增大压强（减小容器体积），反应速率加快；减小压强（增大容器体积），反应速率减慢。

但需要注意的是，
如果反应物和生成物中没有气体，压强的改变对反应速率几乎没有影响。

例如，在合成氨的反应中，增大压强有利于反应向生成氨气的方向
进行，反应速率也会加快。

4、催化剂
使用催化剂能够改变化学反应的速率。

正催化剂能够加快反应速率，负催化剂能够减慢反应速率。

催化剂能够降低反应的活化能，使更多
的分子成为活化分子，从而增大了单位体积内活化分子的百分数，有
效碰撞的几率大大增加，反应速率显著加快。

比如，在双氧水分解制取氧气的实验中，加入二氧化锰作为催化剂，可以使反应迅速进行。

5、固体表面积
固体反应物的颗粒越小，表面积越大，反应速率越快。

因为固体表
面积越大，与其他物质接触的面积也就越大，有效碰撞的几率就越高。

像在铁与稀硫酸的反应中，将铁块换成铁粉，反应速率会明显加快。

二、化学反应的限度
化学反应的限度就是研究化学反应在一定条件下所能达到的最大程度。

很多化学反应都不能进行到底，存在一定的限度。

当一个可逆反应达到平衡状态时，反应物和生成物的浓度不再改变，正反应速率和逆反应速率相等。

例如，氮气和氢气合成氨的反应：N2 ＋ 3H2 ⇌ 2NH3 ，在一定条件下，氮气和氢气不能完全转化为氨气，反应达到一定程度后，就会达到平衡状态。

化学平衡状态具有以下特征：
1、正反应速率和逆反应速率相等。

2、反应物和生成物的浓度不再发生变化。

3、各组分的含量保持不变。

4、条件改变，平衡状态可能会被破坏，发生平衡移动。

影响化学平衡的因素主要有：
1、浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动；增大生成物浓度或减小反应物浓度，平衡向逆反应方向移动。

比如，在二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应中，增加氧气的浓度，平衡会向生成三氧化硫的方向移动。

2、温度
升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应
方向移动。

以二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为例，这个反应是放热反应，
升高温度，平衡会向生成二氧化氮的方向移动。

3、压强
对于有气体参加且反应前后气体分子数发生变化的反应，增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动；减小压强，平衡向气体分子数增
大的方向移动。

比如，在上述合成氨的反应中，增大压强，平衡向生成氨气的方向
移动。

判断一个化学反应是否达到平衡状态，可以通过以下方法：
1、直接判断
正反应速率和逆反应速率相等。

2、间接判断
各物质的浓度不再改变；各物质的物质的量、质量、体积分数等保
持不变；对于有颜色变化的反应，颜色不再改变等。

化学反应的快慢和限度在实际生产和生活中有着广泛的应用。

例如，在工业合成氨中，需要选择合适的条件，既要保证反应有较快的速率，又要使氨气有较高的产率。

在环境保护方面，了解化学反应的限度有
助于控制污染物的排放，减少对环境的危害。

总之，了解化学反应的快慢和限度对于深入理解化学反应的本质，
以及指导实际生产和生活都具有重要的意义。