第二章-化学反应速率和化学平衡

其他反应没有催化作用。
第二节 化学平衡
一、可逆反应

不可逆反应：一定条件下，反应物几乎能完全 转变为生成物，而生成物几乎不能再变为反应 物。 HCl+NaOH NaCl+H 2O
MnO 2 2KClO3 2KCl+3O 2

可逆反应：一定条件下，反应既能向正方向进 行又能向逆方向进行。
反应速率:
对于体积恒定的气体反应：
p(A)和p(B)分别为反应物A和B的分压
piV ni RT pA nA nA / V c( A) = pB nB nB / V c( B)
2、温度对化学反应速率的影响
范托夫近似规则： 温度每升高 10 K，化学反应速率大约增加

到原来的 2 ~ 4 倍。
（3）纯液体和固体的浓度为1
（4）K与初始浓度无关，只与反应本身和温度有关
（5） K的表达式和数值与反应方程式写法有关
转化率：反应达到平衡时，反应物转化为生成物的百分率
若反应前后体积不变，可用浓度表示：
转化率越大，表示反应向右进行的程度越大
例：某温度时，反应 H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) 的平衡常数为49， 反应开始时，H2和I2均为1摩尔。求在该温度下反应达到平衡 时，三种物质各为多少摩尔？I2的转化率为多少？ 解：设体系体积为V（dm3），平衡时反应掉H2为x摩尔 H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) 开始时的量(mol) 1 1 0 平衡时的量(mol) 1﹣x 1﹣x 2x 2x 1 x 1 x -3 平衡时浓度(mol· dm ) V V V
如：Fe3O4(s) + 4 H2(g) ⇌ 3 Fe(s) + 4 H2O(g)
(5)平衡常数有单位，但随反应方程式的写法不同而 不同，故常不写单位。
例:
H2(g) + I2(g) ⇌ 2 HI(g)
平衡浓度 2 [ HI ] Kc (103mol/dm3) [ H 2 ] [I 2 ] [H2] [I2] [HI] 1.831 3.129 17.67 54.5 3.560 1.250 15.59 54.6 4.565 0.738 13.54 54.5 0.479 0.479 3.531 54.4 1.141 1.141 8.410 54.3
质量作用定律：基元反应的速率与反应物浓度以其
化学计量数为指数的幂的连乘积成正比。
对于基元反应 a A ＋ b B ＝ d D ＋ e E 质量作用定律的数学表达式：υ＝ k cAa cBb k 称为速率常数
a+b 称为反应级数
cA，cB 为反应物A，B的浓度
适用于基元反应和非基元反应中的每一步反应
催化剂 压力
1、浓度对反应速率的影响
基元反应：反应物分子在有效碰撞中一步直接转化为
生成物的反应（即：反应一步完成）。
非基元反应：基元反应以外的反应（反应分两步或更
多的步骤完成）。
基元反应中发生反应所需要的微粒（分子、原子、 离子、自由基）的数目一般称为反应的分子数。
例如：2NO + 2H2 → N2 + 2H2O
化学平衡及其特点
A
kf
kr
B
动态平衡
三、平衡常数
1、经验平衡常数K

溶液中的反应, a A ＋ b B ⇌ g G ＋ h H，达到平衡：
[G ]g [ H ]h Kc [ A]a [ B]b
[A]：A的平衡浓度，Kc：浓度平衡常数

气相反应:a A(g) ＋ b B(g) ⇌ g G(g) ＋ h H(g)，平衡时：
RTT k (T2 ) 1 2 Ea ln T2 T1 k (T1 )
8.314J mol 1 K 1 273K 303K 1.63 103s1 ln 303K 273K 2.46 105s1
9.62 104 J mol1 96.2 kJ mol1
以上两式相除得：β ＝2
该反应的速率方程为：
v k cA c
B
速率系数为:
1.2 10 mol L s k 2 cA cB 1.0 mol L1 (1.0 mol L1 )2
=1.2×10-2 L2· mol-2 · s -1

2
1
1

基元反应: a A ＋ b B ＝ d D ＋ e E
速率之比（1：3：2)，等于相应物 质分子式前的系数比。
对于一般的化学反应 aA ＋ bB ＝ gG ＋ hH
或
产物前面的负号是为了使反应速率保持正值
2、瞬时速率
定义：某一时刻的化学反应速率称为瞬时速率。
用
表示。可以用作图的方法得到。
浓度c
RP
d [P] dt
产物[P]
d [R] dt
反应物[R]
第二章
化学反应速率和化学平衡
第一节 化学反应速率
第二节 化学平衡
第一节 化学反应速率
一 、 化学反应速率及其表示方法

定义：简单来说就是化学反应过程进行的快慢程 度，即参加反应的各物质的数量随时间的变化率

表示：用单位时间内，反应物浓度的减少或生成 物浓度的增加表示。

单位：mol· L-1· s-1、mol· L-1· min-1、mol· L-1· h-1
PG g PH h ( ) ( ) P Kp P PA a PB b ( ) ( ) P P
其中：p为标准压强
标准平衡常数K 的有关说明：
（1）标准态“”定义：
c 称为标准浓度，定义 c ＝ 1mol· L－1
p 称为标准压力，定义 p ＝ 100k Pa
（2） K 是量纲为1的常数
试确定该反应的速率方程，并计算速率系数。
解：设该反应的速率方程为：
v k cA cB
将实验 1 和实验 2 的数据代入速率方程得：


1.2 102mol L1 s1 =k (1.0mol L1 ) (1.0mol L1 )
2.4 10 mol L s =k (2.0mol L ) (1.0mol L )
( PG ) g ( PH ) h Kp ( PA ) a ( PB )b
（PA）： A的平衡分压，Kp ：压力平衡常数
KpHale Waihona Puke Kc 可由实验测定，称之为经验平衡常数
Kp 与 Kc 的关系： 理想气体： PV = nRT P = (n/V)RT = cRT
p p ( g h ) ( a b ) Kp Kc ( RT ) p p
如: H2(g)+ I2(g) ⇌ 2HI(g)
二、化学平衡 1、定义：单位时间内正反应使反应物减少的量 等于逆反应使反应物增加的量的状态。 2、特征：“逆，等、动、定、变”
逆：可逆反应
等：V正=V逆
动: 动态平衡，反应没有停止，仍在进行。 定：反应混合物中，各物质组成含量固定，即浓度不变 变：有条件的平衡，外界条件发生变化时，平衡移动。 外界条件：温度，压力，反应物、生成物浓度
催化剂具有以下几个基本特征：

对反应速率的影响，是通过改变反应历程实现的。
能同等程度地加快正反应速率和逆反应速率，缩短
反应到达化学平衡所需时间。 不能改变反应的标准平衡常数和平衡状态。 催化剂不能改变化学反应的方向。 催化剂具有选择性，一种催化剂在一定条件下只对

某一种反应或某一类化学反应具有催化作用，而对
Kp Kc( RT )
n:
n
g G a A
h H b B
生成物与反应物气体总计量数之差
对于反应前后总计量系数相等的反应： Kp = Kc
经验平衡常数K 的有关说明：
(1) Kp与Kc都只与温度有关，与浓度、压力无关； () K的表达式和数值与反应方程式写法有关 ;
如： H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)
非基元反应的反应级数必须由实验来确定
例 在 298.15 K 时，发生下列反应：
aA(aq) bB(aq) Z(aq)
将不同浓度的 A 溶液和 B 溶液混合，得到下列实验 数据：
实验编号 1 2 3 4 cA/mol·L-1 1.0 2.0 4.0 1.0 cB/mol·L-1 v /mol L1 s1 1.0 1.2×10-2 1.0 2.4×10-2 1.0 4.9×10-2 2.0 4.8×10-2
1、平均反应速率 定义：单位时间内反应物或生成物浓度
改变量的正值（即绝对值），公式表
示如下：
例：在给定条件下，合成氨反应： N2 起始浓度/mol·L-1 2.0 + 3H2 ─→ 2NH3 3.0 0
2s末浓度/mo1·L-1
为：
1.8
2.4
0.4
该反应平均速率若根据不同物质的浓度变化可分别表示
3、催化剂对化学反应速率的影响
催化剂:能够改变化学反应速率，而其本身的质量
和化学性质在反应前后保持不变的物质。
作用:催化剂能改变化学反应速率。
原由：正催化剂能加快化学反应速率，是由于催 化剂参与了化学反应，生成了中间化合物， 改变了反应途径，降低了反应的活化能。
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催化剂降低反应活化能的示意图
2 1 1 1 1
以上两式相除得：
α＝1
将实验 1 和实验 4 的数据代入速率方程得：
1.2 102 mol L1 s 1 =k (1.0mol L1 ) (1.0mol L1 ) 4.8 102 mol L1 s 1 =k (1.0mol L1 ) (2.0mol L1 )