第四章化学反应速率和化学平衡

第四章化学反应速率与化学平衡任课教师：邹小南第一节化学反应速率一、化学反应速率的概念和表示方法化学反应速率的定义：是衡量化学反应过程进行的快慢，即反应体系中各物质的量随时间的变化率。1.表示方法平均速率v=±△C(Ａ)/△t

瞬时速率v=±dC(Ａ)/dt2.同一个反应方程式由于各物质的计量数不同，对应的物质所表示的反应速率也不同，但它们的比等于计量数的比。例如：

2N2O5=4NO+O2

v(N2O5)=1/2v(NO)=2v(O2)例如：

H2+I2=2HI第一步

I2=2I（快反应）

第二步

H2+2I=2HI（慢反应）（一）元反应和非元反应元反应：反应物通过一步反应变成生成物；非元反应：反应物通过多步才能转变成生成物。

二、化学反应活化能和反应热如果在一个非元反应中，有一步反应的速率最慢，它能控制总反应的速率，总反应的速率基本上等于这最慢一步的速率，则最慢的一步反应就叫做速率控制步骤。（二）碰撞理论与活化能

1.反应物分子间的相互碰撞是反应进行的前提，碰撞频率越高，反应速率越快。

2.有效碰撞：能够发生反应的碰撞称为有效碰撞。弹性碰撞：不发生反应的碰撞叫做弹性碰撞。

3.活化分子：具有较大的动能并能够发生有效碰撞的分子。

4.活化能：活化分子具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差，称为活化能。用Ea表示，

Ea=E活-E平

二、化学反应活化能和反应热5.活化分子与反应速率的关系

浓度对速率的影响：温度一定下，活化分子的百分数一定，增加反应物浓度，等于在单位体积内增加了活化分子数，有效碰撞增加，反应速率增大。

温度对反应速率的影响：温度升高，有较多分子获得能量而成为活化分子，致使单位体积内的活化分子百分数增加了，有效碰撞次数增加很多，从而加快了反应速率。催化剂对反应速率的影响：催化剂的加入改变了反应的途径，降低了反应的活化能，使活化分子百分数增大，从而加快了反应的速率。过渡状态理论A+BC→A‥‥B‥‥C→AB+C反应物

（始态）活化络合物（过渡态）产物

（终态）催化作用：降低反应的活化能，不能改变反应方向。（三）过渡状态理论观点：在反应过程中，认为反应必须经过一中间活化配合物的形式。三、影响反应速率的因素1浓度对反应速率的影响当温度一定时，元反应的反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比，这就是质量作用定律。反应速率方程式（质量作用定律）：元反应速率与浓度的相互关系。例如，对于元反应：aA+bB

yY+zZ

v=Kc(A)ac(B)b说明：K为反应速率常数，只与温度、催化剂有关。a+b称为反应级数2温度对反应速率的影响（1）定性：T↑v

↑

（2）半定量Vant’Hoff规则对多数反应：温度升高10度，反应速率增加2—3倍。

3催化剂与反应速率（1）定义：存在较少量就能显著地加速反应而其本身最后并无损耗的物质。（2）分类：正催化剂和负催化剂（3）特点：专一性，高效性

α催化剂的作用是化学作用

β短时间内催化剂能多次反复再生。

γ在可逆反应中能催化正向反应的催化剂也同样能催化逆向反应

δ催化剂有特殊的选择性（特异性）一、化学反应的可逆性2.可逆反应大多数化学反应都是可逆的。在一定条件下，化学反应即可按反应方程式的正向进行，也可逆向进行，具有可逆性。这样的反应称之为可逆反应。例如:1.不可逆反应有些反应几乎能进行到底。例如：

2KClO3

（s）2KCl（s）+3O2（g）MnO2第二节化学平衡各种化学反应中，反应物转化为产物的限度各不相同，有些反应可以进行到底，及时在密闭容器中，这类反应的反应物也能全部转化为产物。2.可逆反应几乎所有的化学反应都具有可逆性，但可逆程度相差较大，（1）可逆程度显著（2）可逆倾向弱

Ag+

＋Cl-

AgCl可逆反应的不断进行，必然会导致化学平衡。第二节化学平衡二、化学平衡的概念：

在一定条件下，可逆反应中，正、逆反应速度相等，各物质的浓度不再随时间而改变的状态。化学平衡的特点：（1）“动”：动态平衡。即

正向反应速率=逆向反应速率≠0

（2）体系与环境未发生物质的交换，可逆反应会自发的趋于平衡。（3）化学平衡可以从正、逆两个方向到达。（4）化学平衡是可逆反应在一定条件下的最大限度。三、经验平衡常数——用来判断反应进行的程度可逆反应在一定条件下，达到平衡时，正反应与逆反应速率相等，各物质浓度不再改变，称为平衡浓度，用Ceq表示。对于可逆反应：eE+fF

dD+hH若均为气体，且在温度为T(K)时达到平衡：

KP为压力平衡常数

其中，[PE]、[PF]、[PH]、[PD]均为相应物质的平衡分压，KP

为压力平衡常数若在溶液中，平衡时的浓度分别为[E]、[F]、[H]、[D]，则：

Kc

为浓度平衡常数

Kp、Kc

可由实验测定，称之为经验平衡常数

d＋h＝e＋f,Kc，Kp无单位；d＋h≠e＋f,Kc,Kp有单位以生成物对反应物的压力商或浓度商表示的Kp，Kc均称为经验平衡常数。平衡常数经验平衡常数（非标准平衡常数）：是通过生成物对反应物的压力商或浓度商来表示的。标准平衡常数：是通过热力学方法计算，所得的平衡常数曾称为热力学常数。四、标准平衡常数（K)：如：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)平衡压力：4.1712.523.57(106kPa)

=1.56×105

P=1.00×105Pa=1bar=100kPa在一定温度下，稀溶液中的可逆反应达到平衡时，反应物的相对平衡浓度以化学计量数为指数的乘积除以生成物的相对平衡浓度以化学计量数为指数的乘积是一个常数。1.标准平衡常数表达式:对于一般的化学反应（1）如果在反应物或生成物中有固体或纯液体，不要把它们写入表达式中。（2）在稀溶液中进行的反应，若溶剂参与反应，由于溶剂的量很大，浓度基本不变，可看做一个常数，不写入表达式。（3）标准平衡常数表达式及Kθ

的数值与反应方程式的写法有关。

(4)正、逆反应的标准平衡常数互为倒数。

(5)Kθ适用范围元反应和非元反应，多重反应平衡体系中，任一种物质的平衡浓度或分压必须同时满足体系中多个平衡，因此，各标准平衡常数之间存在一定的关系。Aa(s)+Bb(aq)Dd(aq)+fH2O+eE(g)

2.书写和应用平衡常数须注意以下几点4-4平衡常数与平衡转化率α=

反应物已转化的量反应物末转化的总量×100%α=×100%反应物起始浓度—反应物平衡浓度反应物起始浓度5-1浓度对化学平衡的影响对于溶液中的化学反应，平衡时,Q=K当c(反应物)增大或c(生成物)减小时,

Q<K平衡向正向移动。当c(反应物)减小或c(生成物)增大时,Q>K平衡向逆向移动。

化学平衡的移动：当外界条件改变时，化学反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态的过程。第三节化学平衡的移动5-2压力对化学平衡的影响1.部分物种分压的变化如果保持温度、体积不变，增大反应物的分压或减小生成物的分压，使Q减小，导致Q<K，平衡向正向移动。反之，减小反应物的分压或增大生成物的分压，使Q增大，导致Q>K，平衡向逆向移动。2.体积改变引起压力的变化对于有气体参与的化学反应

aA(g)+bB(g)

yY(g)+zZ(g)ɵɵ

对于气体分子数增加的反应，ΣB>0，x

ΣB>1，Q>K，平衡向逆向移动，即向气体分子数减小的方向移动。

对于气体分子数减小的反应，ΣB<0，x

ΣB<1，Q<K，平衡向正向移动，即向气体分子数减小的方向移动。

对于反应前后气体分子数不变的反应，ΣB=0，x

ΣB=1，Q=K，平衡不移动。3．惰性气体的影响

(1)在惰性气体存在下达到平衡后,再恒温压缩,ΣB≠0，平衡向气体分子数减小的方向移动,Σ

B=0，平衡不移动。

(2)对恒温恒容下已达到平衡的反应，引入惰性气体，反应物和生成物pB不变，Q=K，平衡不移动。

(3)对恒温恒压下已达到平衡的反应，引入惰性气体，总压不变，体积增大，反应物和生成物分压减小，如果ΣB≠0，平衡向气体分子数增大的方向移动。5-3温度对化学平衡的影响

K(T)是温度的函数。温度变化引起K(T)的变化，导致化学平衡的移动。

对于放热反应，

<0，温度升高，K减小，Q>K，平衡向逆向移动。

对于吸热反应，

>0，温度升高，K增大，

Q<K

，平衡向正向移动。ɵɵɵɵɵɵɵɵɵ5-4催化剂与化学平衡催化剂不能使化学平衡