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化學(xué)反應(yīng)速度與化學(xué)平衡


實驗室k / 2019-04-29

化學(xué)反應(yīng)速度

       (1)表示法    常用反應(yīng)中單位時間內(nèi)某一反應(yīng)物濃度減少量或某一生成物濃度增加量來表示此反應(yīng)的速度,單位為摩爾·升-1·秒-1或摩爾·升-1·分-1等。平均速度是在不同時間間隔內(nèi)的反應(yīng)速度。當(dāng)時間間隔愈短,其濃度變化愈能反映真實的反應(yīng)速度,真實的反應(yīng)速度為瞬時反應(yīng)速度。反應(yīng)某時刻的瞬時速度就是濃度時間曲線上某一點(diǎn)切線的斜率,必須用作圖法來求得。

v平=±△c/△t,   v瞬=±dc/dt

       應(yīng)注意,同一化學(xué)反應(yīng)的速度,雖可用任一反應(yīng)物或生成物濃度的變化量來表示,但其數(shù)值是不同的,故在實驗或生產(chǎn)中,應(yīng)選用同一種物質(zhì)濃度的變化量來表示。

       (2)影響因素    增加反應(yīng)物的濃度或壓力、升高體系的溫度、或使用催化劑均能加快反應(yīng)速度。在實際工作中改變一些反應(yīng)的速度,最有效的措施,還在于選擇合適的催化劑。

       (3)速度理論    濃度、溫度、催化劑對反應(yīng)速度的影響,均可用活化分子碰撞理論來解釋,三者影響的最終結(jié)果,盡管都是活化分子數(shù)目的改變,但引起其改變的原因卻是不同的。濃度的影響是通過單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目的變化,改變單位時間內(nèi)有效碰撞的次數(shù);溫度的影響是通過能量變化改變了活化分子百分?jǐn)?shù);催化劑是通過降低反應(yīng)活化能增加活化分子百分?jǐn)?shù),從而改變活化分子數(shù)目,改變反應(yīng)速度。

       有效碰撞指能發(fā)生反應(yīng)的碰撞?;罨肿邮侵改馨l(fā)生有效碰撞的分子。活化分子的平均能量和反應(yīng)物分子平均能量之差稱為活化能(活化能有不同的定義,可參閱韓德剛、印永嘉“關(guān)于活化能的幾個問題” 化學(xué)教育增刊Ⅰ(1981))。阿侖尼烏斯(Arrhenius)總結(jié)了大量實驗事實把活化能和溫度、反應(yīng)速度常數(shù)三者聯(lián)系起來,其關(guān)系式:

k=A·e(-Ea/RT次方)

由于k就是反應(yīng)物濃度為1個單位時的反應(yīng)速度,因此利用此關(guān)系式可圓滿地解釋溫度、催化劑對反應(yīng)速度的影響。

化學(xué)平衡

       (1)平衡狀態(tài)    在可逆反應(yīng)中,當(dāng)正逆反應(yīng)速度相等,反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨時間而改變,化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行到最大限度的狀態(tài),稱做反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。

       (2)平衡常數(shù)    反應(yīng)無論是從正反應(yīng)開始,還是從逆反應(yīng)開始進(jìn)行,反應(yīng)物各起始濃度也不管有多大的不同,恒溫下達(dá)到平衡狀態(tài)時各生成物濃度系數(shù)次方冪的乘積和各反應(yīng)物濃度系數(shù)次方冪的乘積之比卻總是個常數(shù),這個常數(shù)就是平衡常數(shù),用K表示。K值可衡量反應(yīng)完成程度,K越大,表示反應(yīng)進(jìn)行得越完全,平衡混合物中生成物的相對濃度就越大。

       (3)影響因素    K值的大小首先取決于反應(yīng)物的本性;其次,在給定溫度下體系達(dá)到平衡,可以增加或減少體系中各個組分的濃度或壓力來改變平衡點(diǎn),卻不能改變平衡常數(shù)。所以K值與反應(yīng)物濃度、壓力變化無關(guān);但K值隨溫度的變化而變化;催化劑也不改變K值。

       (4)平衡移動    外界條件的改變,使可逆反應(yīng)由一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N平衡狀態(tài),這樣的變化過程叫平衡移動。平衡移動的方向是由濃度、壓力和溫度的改變來決定的。平衡移動的總的規(guī)律可用勒夏忒列原理來描述。

       濃度或壓力的改變會使平衡發(fā)生移動,亦會改變轉(zhuǎn)化率,但不影響平衡常數(shù);溫度的變化既使平衡發(fā)生移動,改變轉(zhuǎn)化率,也影響平衡常數(shù);催化劑不能使平衡發(fā)生移動,亦不能改變平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率,只能加快反應(yīng)、縮短到達(dá)平衡的時間。


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