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第2章　化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率
目錄
一、反應(yīng)焓變、熵變與反應(yīng)方向 1
二、用焓變與熵變綜合判斷反應(yīng)方向 2
三、平衡轉(zhuǎn)化率的概念及表達式 2
四、平衡轉(zhuǎn)化率與化學(xué)平衡常數(shù)的計算 3
五、壓強平衡常數(shù)及應(yīng)用 4
六、化學(xué)平衡移動 5
七、溫度對化學(xué)平衡的影響 5
八、濃度對化學(xué)平衡的影響 6
九、壓強對化學(xué)平衡的影響 6
十、平衡移動原理(勒·夏特列原理) 7
十一、化學(xué)反應(yīng)是有歷程的 7
十二、化學(xué)反應(yīng)速率 8
十三、化學(xué)反應(yīng)速率的測定 9
十四、濃度、壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 10
十五、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 11
十六、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 11
十七、合成氨反應(yīng)的限度與速率 13
十八、合成氨生產(chǎn)的適宜條件 14
十九、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡在化工生產(chǎn)中的調(diào)控作用 14
魯科版選擇性必修1 第二章 知識匯總
一、反應(yīng)焓變、熵變與反應(yīng)方向
1.反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向
(1)自發(fā)反應(yīng)：在一定條件(溫度、壓強)下，具有自動發(fā)生傾向的化學(xué)反應(yīng)。
(2)自發(fā)反應(yīng)與吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)的關(guān)系
①多數(shù)能自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)。
4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol－1
②有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進行。
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝＋37.30 kJ·mol－1
上述反應(yīng)均能自發(fā)進行。
結(jié)論：不能僅用反應(yīng)焓變來判斷反應(yīng)能否自發(fā)進行。
2.反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向
(1)熵、熵變的概念
(2)影響熵值大小的因素
①體系的熵值：體系的無序程度越大，體系的熵值就越大。
②純物質(zhì)的熵值
純物質(zhì)熵值的大小與物質(zhì)的種類、數(shù)量、聚集狀態(tài)以及溫度、壓強等因素有關(guān)。例如對同一物質(zhì)來說，S(g)＞S(l)＞S(s)。在同一條件下，不同物質(zhì)的熵不同。
(3)熵變與反應(yīng)方向
①熵增加有利于反應(yīng)的自發(fā)進行。
C(s，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
ΔS＝＋133.8 J·mol－1·K－1
②某些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也能自發(fā)進行。
2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)
ΔS＝－39.4 J·mol－1·K－1
上述反應(yīng)均能自發(fā)進行。
結(jié)論：不能僅用反應(yīng)熵變來判斷反應(yīng)能否自發(fā)進行。
(1)一般產(chǎn)生氣體或氣體物質(zhì)的量增多的化學(xué)反應(yīng)，體系的無序程度會增加，反應(yīng)的熵值增加，有利于反應(yīng)的自發(fā)進行。
(2)ΔH＜0，有利于反應(yīng)正向自發(fā)進行，ΔS＞0也有利于反應(yīng)正向自發(fā)進行；不能只簡單地用焓變和熵變中的一個來判斷同一個化學(xué)反應(yīng)的方向。
二、用焓變與熵變綜合判斷反應(yīng)方向
1.化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)
在一定條件下，一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行，既與反應(yīng)焓變有關(guān)，又與反應(yīng)熵變有關(guān)。研究表明，在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，化學(xué)反應(yīng)的方向可以用反應(yīng)的焓變和熵變來綜合判斷，判據(jù)為ΔH－TΔS。
ΔH－TΔS<0　反應(yīng)正向能自發(fā)進行；
ΔH－TΔS＝0　反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；
ΔH－TΔS>0　反應(yīng)正向不能自發(fā)進行。
2.文字表述
在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向著ΔH－TΔS<0的方向進行，直至達到平衡狀態(tài)。
3.反應(yīng)方向判據(jù)的相關(guān)規(guī)律
(1)放熱的熵增加反應(yīng)一定能正向自發(fā)進行。
(2)吸熱的熵減小反應(yīng)一定不能正向自發(fā)進行。
(3)當反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反時，如果二者大小相差懸殊，某一因素可能占主導(dǎo)地位。
常溫下的放熱反應(yīng)，焓變對反應(yīng)方向起決定性作用。
常溫下的吸熱反應(yīng)，熵變對反應(yīng)方向起決定性作用。
(4)如果反應(yīng)的焓變和熵變的影響相反且相差不大時，溫度可能對反應(yīng)的方向起決定性作用。
(1)在利用ΔH－TΔS作為判據(jù)判斷反應(yīng)進行的方向時，給出ΔH的單位通常為kJ·mol－1，ΔS的單位通常是J·mol－1·K－1，進行計算時應(yīng)將二者的單位統(tǒng)一。
(2)利用ΔH、ΔS的符號和ΔH－TΔS進行推理，可以避開計算。
(3)ΔH－TΔS＜0，只能說明反應(yīng)有發(fā)生的可能性，但它并不能說明在該條件下可能正向自發(fā)進行的反應(yīng)能否實際發(fā)生，這是因為反應(yīng)能否實際發(fā)生還涉及反應(yīng)速率問題。如第2題中，清除汽車尾氣，需要用貴金屬作催化劑，才能有效地除去尾氣中的NO(g)和 CO(g)。
三、平衡轉(zhuǎn)化率的概念及表達式
1.定義
平衡轉(zhuǎn)化率是指平衡時已轉(zhuǎn)化的某反應(yīng)物的物質(zhì)的量占反應(yīng)前該反應(yīng)物的物質(zhì)的量百分數(shù)。
2.定義式
對于反應(yīng)：aA＋bBcC＋dD，反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率可以表示為
α(A)＝×100%。
3.常用公式
對于溶液體系和恒容的氣態(tài)反應(yīng)體系，可以用物質(zhì)的量濃度進行計算。
如，對于反應(yīng)aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，
B的平衡轉(zhuǎn)化率α(B)＝×100%。
4.平衡轉(zhuǎn)化率的意義
平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率都可以表示可逆反應(yīng)的限度，平衡轉(zhuǎn)化率能更直觀反映某一反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的程度。
1.對于一定溫度下A、B、C三個密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：
H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)
初始濃度/(mol·L－1) 平衡濃度/(mol·L－1) 平衡轉(zhuǎn)化率/%
H2 CO2 H2 CO2 H2 CO2
A 0.10 0.10 0.040 0.040 60 60
B 0.12 0.10 0.055 0.035 54 65
C 0.10 0.20 0.022 0.122 78 39
(1)計算反應(yīng)物的初始濃度及相應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，完成上表。
(2)比較A、B兩容器中的初始濃度及平衡轉(zhuǎn)化率，可得出的結(jié)論是：增大H2的濃度，可提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，但H2的平衡轉(zhuǎn)化率降低。
(3)比較A、C兩容器中的初始濃度及平衡轉(zhuǎn)化率，可得出的結(jié)論是：增大CO2的濃度，可提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，但CO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低。
2.一定溫度下，用4 mol SO2與2 mol O2進行反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－196.640 kJ·mol－1，當達到平衡時放出314.624 kJ熱量，計算該溫度下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率。
提示　根據(jù)放出314.624 kJ的熱量可知參加反應(yīng)的SO2的物質(zhì)的量為×2＝3.2 mol，則SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%＝80%。
(1)在一定溫度下，一個具體的化學(xué)反應(yīng)，只有一個平衡常數(shù)，但不同反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率可能不同。
(2)多種反應(yīng)物參加反應(yīng)時，可通過增加一種反應(yīng)物的濃度來提高另一種反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，而其本身的平衡轉(zhuǎn)化率會降低。
四、平衡轉(zhuǎn)化率與化學(xué)平衡常數(shù)的計算
1.計算模型(三段式法)
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
初始量 a b 0 0
變化量 mx nx px qx
平衡量 a－mx b－nx px qx
(1)對于反應(yīng)物：平衡量＝初始量－變化量。
(2)對于反應(yīng)產(chǎn)物：平衡量＝初始量＋變化量。
2.計算思路
(1)設(shè)未知數(shù)：具體題目要具體分析，靈活設(shè)立，一般設(shè)某物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量為x。
(2)列出三個量：用含x的式子表示平衡體系中各物質(zhì)的初始量、變化量、平衡量。
(3)列式計算：根據(jù)平衡時含x的相應(yīng)關(guān)系列式求解。
3.四個基本關(guān)系
(1)各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度變化之比＝物質(zhì)的量變化之比＝化學(xué)計量數(shù)之比。
(2)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率＝×100%＝×100%。
(3)反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率＝×100%。
(4)平衡時各組分的體積分數(shù)＝該組分的物質(zhì)的量分數(shù)＝×100%。
五、壓強平衡常數(shù)及應(yīng)用
對恒溫、恒壓條件下的可逆反應(yīng)，用壓強平衡常數(shù)分析解決問題往往比較簡單。
1.分壓
(1)定義：相同溫度下，當某組分氣體B單獨存在且具有與混合氣體總體積相同體積時，該氣體B所具有的壓強，稱為氣體B的分壓強。
(2)計算公式：混合氣體中某組分的分壓＝總壓×該組分的物質(zhì)的量分數(shù)，pB＝p總×。
(3)分壓定律：混合氣體的總壓等于相同溫度下各組分氣體的分壓之和，即p總＝pA＋pB＋pC＋…
2.壓強平衡常數(shù)
一定溫度下，氣相反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)eC(g)＋fD(g)達平衡時，氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物分壓冪之積與氣態(tài)反應(yīng)物分壓冪之積的比值為一個常數(shù)，稱為該反應(yīng)的壓強平衡常數(shù)，用符號Kp表示，Kp的表達式如下：Kp＝。
3.運用計算技巧
壓強平衡常數(shù)計算技巧：
第一步，根據(jù)“三段式”法計算平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度。
第二步，計算各氣體組分的物質(zhì)的量分數(shù)或體積分數(shù)。
第三步，根據(jù)分壓計算公式求出各氣體物質(zhì)的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強×該氣體的體積分數(shù)(或物質(zhì)的量分數(shù))。
第四步，根據(jù)平衡常數(shù)計算公式代入計算，例如：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，壓強平衡常數(shù)表達式為Kp＝。
六、化學(xué)平衡移動
1.化學(xué)平衡移動的概念
受溫度、壓強或濃度變化的影響，化學(xué)反應(yīng)由一種平衡狀態(tài)變?yōu)榱硪环N平衡狀態(tài)的過程，稱為化學(xué)平衡移動。
2.化學(xué)平衡移動的過程分析
3.化學(xué)平衡移動方向的判斷
當Q＝K時：反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，v正＝v逆；
當Q＜K時：反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，v正＞v逆；
當Q＞K時：反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，v正＜v逆。
七、溫度對化學(xué)平衡的影響
1.溫度與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系
溫度變化 反應(yīng)焓變ΔH 平衡常數(shù)K
升高 ＞0 增大
＜0 減小
降低 ＞0 減小
＜0 增大
2.預(yù)測溫度對化學(xué)平衡的影響
在容積一定的密閉容器中，化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)　ΔH＞0，達到平衡時：
(1)若升高溫度，K值增大，平衡正向移動，c(A)減小，反應(yīng)物B的轉(zhuǎn)化率增大，混合氣體的密度不變。
(2)若降低溫度，K值減小，平衡逆向移動，反應(yīng)產(chǎn)物C、D的濃度減小，混合氣體的密度不變。
拓展延伸　催化劑對平衡常數(shù)無影響，因為催化劑不能改變平衡常數(shù)，也不能改變平衡狀態(tài)時反應(yīng)混合物的組成，K與Q都不改變，即Q＝K，因而平衡不移動。
催化劑雖然不能使平衡移動，但能縮短到達平衡的時間。
3.實驗探究
實驗原理 2NO2(g) N2O4(g)　ΔH＝－57.2 kJ·mol－1 (紅棕色) (無色)
實驗裝置
實驗現(xiàn)象 熱水中紅棕色加深；冰水中紅棕色變淺
實驗結(jié)論 體系受熱顏色加深，說明c(NO2)增大，即平衡向逆反應(yīng)方向移動；體系冷卻顏色變淺，說明c(NO2)減小，即平衡向正反應(yīng)方向移動
4.溫度對化學(xué)平衡移動的影響規(guī)律
八、濃度對化學(xué)平衡的影響
1.濃度對化學(xué)平衡的影響
溫度一定時，反應(yīng)aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)的平衡常數(shù)是一個定值。
2.實驗探究濃度對化學(xué)平衡的影響
實驗原理 Fe3＋＋3SCN－ Fe(SCN)3(紅色)
步驟1 向盛有5 mL 0.010 mol·L－1 FeCl3溶液的試管中加入5 mL 0.01 mol·L－1 KSCN溶液，將溶液均分置于兩支試管中
現(xiàn)象 溶液顯紅色
步驟2 向其中一支試管滴加1 mol·L－1 FeCl3溶液4滴，振蕩 向另一支試管中滴加1 mol·L－1 KSCN溶液4滴
現(xiàn)象 溶液紅色加深 溶液紅色加深
步驟3 向上述兩支試管中各加入少量鐵粉，振蕩
現(xiàn)象 兩試管中溶液的紅色均變淺
實驗結(jié)論 對Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3的化學(xué)平衡，分別增大c(Fe3＋)和c(SCN－)后，F(xiàn)e(SCN)3的濃度均增大了，即化學(xué)平衡均向正反應(yīng)方向移動；加入鐵粉，F(xiàn)e＋2Fe3＋===3Fe2＋，減小Fe3＋濃度，平衡逆向移動
3.在其他條件不變的情況下，濃度對化學(xué)平衡的影響規(guī)律
c(反應(yīng)物)增大或c(反應(yīng)產(chǎn)物)減小，平衡向正反應(yīng)方向移動；
c(反應(yīng)物)減小或c(反應(yīng)產(chǎn)物)增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動。
九、壓強對化學(xué)平衡的影響
1.Δvg＝(化學(xué)方程式中氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物化學(xué)式前系數(shù)之和)－(化學(xué)方程式中氣態(tài)反應(yīng)物化學(xué)式前系數(shù)之和)。
2.請分析討論在恒溫下，壓縮容器的體積，增大壓強，下列三個反應(yīng)濃度商Q的變化和平衡移動的方向，填寫下表。
化學(xué)反應(yīng) Q值變化 Q與K關(guān)系 平衡移動方向
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) 增大 Q＞K 向左移動
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 減小 Q＜K 向右移動
N2(g)＋O2(g)2NO(g) 不變 Q＝K 不移動
3.在其他條件不變的情況下，壓強對化學(xué)平衡的影響規(guī)律
(1)
(2)
4.“惰性氣體”(泛指與反應(yīng)無關(guān)的氣體)對化學(xué)平衡的影響
(1)恒溫恒容條件
原平衡體系體系總壓強增大―→體系中各組分的濃度不變―→平衡不移動
(2)恒溫恒壓條件
原平衡體系容器容積增大―→體系中各組分的濃度同比例減小
十、平衡移動原理(勒·夏特列原理)
1.內(nèi)容
在封閉體系中，如果改變平衡體系的一個條件(如濃度、溫度或壓強)，平衡將向減弱這個改變的方向移動。
2.對平衡移動原理的理解
十一、化學(xué)反應(yīng)是有歷程的
1.基元反應(yīng)：大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是分幾步完成的。其中的每一步反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。
例如，氫氣和氧氣的混合氣體在點燃或有催化劑存在的條件下，可以發(fā)生爆炸式反應(yīng)生成液態(tài)水。實際上，這個反應(yīng)大約要經(jīng)歷12步反應(yīng)才能完成，主要的四步如下：
H22H·
H·＋O2―→·OH＋O·
O·＋H2―→·OH＋H·
·OH＋H2―→H2O＋H·
以上每一步都是氫氣和氧氣生成水的反應(yīng)中的一個基元反應(yīng)。
其中微粒H·、·OH和O·存在未成對電子，它們稱為自由基(H·和O·也稱為自由原子)。自由基的反應(yīng)活性很強，壽命極短。
2.反應(yīng)歷程
基元反應(yīng)構(gòu)成的反應(yīng)序列稱為反應(yīng)歷程(又稱反應(yīng)機理)。基元反應(yīng)的總和稱為總反應(yīng)。由幾個基元反應(yīng)組成的總反應(yīng)也稱復(fù)雜反應(yīng)。平常所寫的化學(xué)方程式是總反應(yīng)的化學(xué)方程式，它只能表示出最初的反應(yīng)物和最終的反應(yīng)產(chǎn)物以及它們之間的化學(xué)計量關(guān)系。也有一些化學(xué)反應(yīng)是反應(yīng)物一步直接轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物的，其總反應(yīng)就是基元反應(yīng)，這類反應(yīng)又稱為簡單反應(yīng)。
3.影響反應(yīng)歷程的因素
不同的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)歷程不同，反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件決定著一個反應(yīng)的反應(yīng)歷程。
4.化學(xué)反應(yīng)速率千差萬別的原因
反應(yīng)歷程的差別是造成化學(xué)反應(yīng)速率不同的主要原因。
5.化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)
化學(xué)反應(yīng)，實質(zhì)上就是舊化學(xué)鍵的伸長、斷裂和新化學(xué)鍵的生成過程，是反應(yīng)物獲得能量形成過渡態(tài)，再生成產(chǎn)物的過程。
十二、化學(xué)反應(yīng)速率
1.含義
描述化學(xué)反應(yīng)進行快慢的物理量。
2.用某物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率
(1)對于反應(yīng)體系體積不變的化學(xué)反應(yīng)，用單位時間內(nèi)某物質(zhì)濃度(或質(zhì)量、物質(zhì)的量等)的改變量(取絕對值)來表示該物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率。
(2)數(shù)學(xué)表達式
v(A)＝
(3)特點：①用不同的反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物表示的化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)值往往不同。
②用各物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)值之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)化學(xué)式前的系數(shù)之比，如對于化學(xué)反應(yīng)aA＋bB===dD＋eE，v(A)∶v(B)∶v(D)∶v(E)＝a∶b∶d∶e。
3.具體化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率
對于反應(yīng)體系體積不變的化學(xué)反應(yīng)aA＋bB===dD＋eE。
(1)定義式：
v＝·＝·＝·＝·。
即：v＝v(A)＝v(B)＝v(D)＝v(E)。
(2)優(yōu)點：無論用哪一種物質(zhì)表示，化學(xué)反應(yīng)速率都相同。
比較化學(xué)反應(yīng)速率的三個步驟
“一看”：看化學(xué)反應(yīng)速率的單位是否一致，若不一致，需轉(zhuǎn)化為同一單位。
“二化”：將不同物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率轉(zhuǎn)化成化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率，即分別除以相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)。
“三比較”：標準統(tǒng)一后比較數(shù)值大小，數(shù)值越大，反應(yīng)速率越大。
十三、化學(xué)反應(yīng)速率的測定
1.測定原理
利用與化學(xué)反應(yīng)中任何一種化學(xué)物質(zhì)的濃度(或質(zhì)量)相關(guān)的性質(zhì)進行測定。
2.測定方法
(1)科學(xué)儀器測定：如釋放出氣體的體積和體系的壓強等。
(2)直接觀察測定：如反應(yīng)體系顏色的變化。在溶液中，當反應(yīng)物或產(chǎn)物本身有較明顯的顏色時，可利用顏色深淺和顯色物質(zhì)濃度間的正比關(guān)系來跟蹤反應(yīng)的過程和測量反應(yīng)速率。
3.化學(xué)反應(yīng)速率測定實驗及數(shù)據(jù)記錄
用電子天平準確取三段質(zhì)量相等的鎂條，放入體積相同濃度不同的過量的鹽酸中，記錄鎂條完全消失所用時間，填入下表：
一組 二組 三組
鹽酸的濃度/(mol·L－1) 2.0 1.5 1.0
鹽酸的體積/mL 20 20 20
鎂條的質(zhì)量/g 0.12 0.12 0.12
鎂條的物質(zhì)的量/mol 0.005 0.005 0.005
時間/s t1 t2 t3
v(Mg)/(g·s－1)
v(Mg)/(mol·s－1)
(1)根據(jù)所得實驗數(shù)據(jù)，將計算結(jié)果填入上表。
(2)如果分別用單位時間內(nèi)鹽酸濃度的減小、氯化鎂濃度的增大來表示化學(xué)反應(yīng)速率(提示：忽略反應(yīng)前后溶液體積的改變)，以第三組數(shù)據(jù)為例，分別計算鹽酸、氯化鎂表示的化學(xué)反應(yīng)速率：
①v(HCl)＝ mol·L－1·s－1；
②v(MgCl2)＝ mol·L－1·s－1；
③上述①、②兩數(shù)據(jù)不同的原因是化學(xué)方程式中HCl、MgCl2的系數(shù)不同。
(3)比較t1、t2、t3的大小順序依次為t3＞t2＞t1。
用鹽酸濃度表示的化學(xué)反應(yīng)速率，三組數(shù)據(jù)由大到小的順序是v(一組)＞v(二組)＞v(三組)。
十四、濃度、壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
1.濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
對氣體或溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其他條件不變時，增大反應(yīng)物的濃度可以增大化學(xué)反應(yīng)速率；減小反應(yīng)物濃度可以減小化學(xué)反應(yīng)速率。
特別提醒　(1)若質(zhì)量、物質(zhì)的量、體積等的改變不能使?jié)舛雀淖儯瑒t化學(xué)反應(yīng)速率不改變。
(2)由于固體或純液體的濃度可視為常數(shù)，所以改變固體或純液體的量，對化學(xué)反應(yīng)速率無影響。
(3)增大固體的表面積能夠加快化學(xué)反應(yīng)速率，如用鋅粒與鹽酸反應(yīng)制氫氣比鋅片與鹽酸反應(yīng)制氫氣要快。
2.反應(yīng)物的濃度與化學(xué)反應(yīng)速率之間的定量關(guān)系
(1)反應(yīng)速率方程
反應(yīng)速率方程可定量地表示化學(xué)反應(yīng)速率與參與反應(yīng)的反應(yīng)物濃度的關(guān)系。
特別提醒　化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率方程是實驗測定的結(jié)果，不能隨意根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式直接寫出。對于很多反應(yīng)，反應(yīng)速率方程中濃度的方次與化學(xué)方程式中各物質(zhì)的系數(shù)無確定關(guān)系。
如H2＋Cl2===2HCl，v＝kc(H2)·。
(2)反應(yīng)速率常數(shù)(k)
含義 表示單位濃度下的化學(xué)反應(yīng)速率
單位 不同反應(yīng)速率方程中k的單位不同
意義 通常反應(yīng)速率常數(shù)k越大，反應(yīng)進行得越快
影響因素 與濃度無關(guān)，但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響
3.壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
(1)在討論壓強對反應(yīng)速率的影響時，應(yīng)區(qū)分壓強改變是否導(dǎo)致物質(zhì)濃度改變：
壓強改變―→
(2)對于氣體反應(yīng)體系，在溫度、體積一定的條件下，壓強與濃度成正比，增大壓強，濃度增大，反應(yīng)速率增大；減小壓強，濃度減小，反應(yīng)速率減小。
(3)對于只涉及液體和固體的反應(yīng)，壓強的改變對化學(xué)反應(yīng)速率幾乎沒有影響。
4.習(xí)題注意
(1)分析兩溶液混合后反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速率的影響時，應(yīng)根據(jù)混合后溶液中反應(yīng)物的濃度，而不是混合前溶液的濃度。
(2)充入惰性氣體對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
①恒溫恒容充入“無關(guān)氣體”容器總壓增大，但反應(yīng)混合物的各組分濃度不變，反應(yīng)速率不變。
②恒溫恒壓充入“無關(guān)氣體”體積增大反應(yīng)混合物各組分的濃度減小反應(yīng)速率減小。
十五、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
1.規(guī)律
對于在溶液中發(fā)生的反應(yīng)，溫度每升高10 K，反應(yīng)速率提高到原來的2～4倍。利用這個經(jīng)驗規(guī)律，可以對一些化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率做粗略的估計，但這個規(guī)律適用范圍有限。
2.基元反應(yīng)過渡狀態(tài)理論
(1)基元反應(yīng)過渡狀態(tài)理論認為：基元反應(yīng)在從反應(yīng)物到產(chǎn)物的變化過程中要經(jīng)歷一個中間狀態(tài)，這個狀態(tài)稱為過渡態(tài)。如
(2)活化能：過渡態(tài)的能量較高，過渡態(tài)的能量與反應(yīng)物的平均能量之差稱為基元反應(yīng)的活化能，用Ea表示。
一個基元反應(yīng)的活化能越高，反應(yīng)越難發(fā)生，速率常數(shù)越小。
如圖
(3)解釋溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
升高溫度可以提高反應(yīng)物分子的能量，增大反應(yīng)物之間的碰撞頻率，增大反應(yīng)物分子形成過渡態(tài)的比例，因此升高溫度可以加快化學(xué)反應(yīng)速率。
十六、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
1.催化劑的概念
(1)催化劑是能改變化學(xué)反應(yīng)速率而在反應(yīng)前后本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變的物質(zhì)。
(2)能加快化學(xué)反應(yīng)速率的稱為正催化劑，能降低化學(xué)反應(yīng)速率的稱為負催化劑，一般沒有特別指明都是正催化劑。
(3)催化劑的活性
催化劑的活性與自身成分、粒徑、壓強、溫度等有關(guān)。
有些物質(zhì)會使催化劑明顯失效，這種現(xiàn)象稱為催化劑中毒。
2.催化劑的特點
(1)選擇性：某種催化劑對某一反應(yīng)可能是活性很強的催化劑，但對其他反應(yīng)就不一定有催化作用。催化劑只能在一定的條件下，才能催化某個或幾個反應(yīng)。
(2)高效性：可以較大幅度地降低反應(yīng)的活化能，從而有效地提高化學(xué)反應(yīng)速率。
(3)催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)，不能改變平衡轉(zhuǎn)化率，不能改變反應(yīng)熱，只能改變反應(yīng)速率。
3.催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
某些反應(yīng)使用催化劑前后的活化能及反應(yīng)速率常數(shù)之比如下表所示：
化學(xué)反應(yīng) 催化劑 Ea/(kJ·mol－1)
無催化劑 有催化劑
2HI===H2＋I2 金 184 105 1.6×108(503 K)
CH3CHO===CH4＋CO 碘 210 136 7.5×104(793 K)
2H2O2===2H2O＋O2 過氧化氫酶 75 25 5.8×108(298 K)
分析上表數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論：
(1)使用催化劑，反應(yīng)的活化能降低，化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)大幅增大。
(2)使用催化劑能大幅度加快化學(xué)反應(yīng)速率。
(3)比溫度、壓強、濃度對化學(xué)反應(yīng)速率影響程度更大。
4.催化劑的催化原理
(1)催化劑通過參與反應(yīng)改變反應(yīng)歷程，較大幅度降低反應(yīng)的活化能來提高化學(xué)反應(yīng)速率。
(2)催化劑的催化機理
使用催化劑―→改變反應(yīng)的歷程―→降低反應(yīng)的活化能―→使更多的反應(yīng)物分子成為活化分子―→增加單位體積內(nèi)的活化分子百分數(shù)―→加快化學(xué)反應(yīng)速率。
1.影響因素
2.理論解釋
外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，實際是通過影響單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)量，增加(或減小)有效碰撞次數(shù)來實現(xiàn)的。影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界條件主要有溫度、濃度、壓強和催化劑，它們的影響可以歸納如下：
十七、合成氨反應(yīng)的限度與速率
1.合成氨反應(yīng)的特點
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。
2.提高合成氨反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的條件比較
條件 提高反應(yīng)速率 提高平衡轉(zhuǎn)化率 綜合結(jié)果
壓強 高壓 高壓 高壓
溫度 高溫 低溫 兼顧速率和平衡，且考慮催化劑活性
催化劑 使用 無影響 使用
濃度 由反應(yīng)速率方程可知，增大氮氣、氫氣的濃度，減小氨氣的濃度 增大反應(yīng)物的濃度，降低反應(yīng)產(chǎn)物的濃度 增大反應(yīng)物的濃度，且不斷減小反應(yīng)產(chǎn)物的濃度
十八、合成氨生產(chǎn)的適宜條件
1.合成氨的適宜條件分析
工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應(yīng)速率，提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量，同時還要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。
2.工業(yè)合成氨的適宜條件
序號 影響因素 選擇條件
(1) 溫度 反應(yīng)溫度控制在700 K左右
(2) 濃度 N2、H2投料比為1∶2.8
(3) 壓強 1×107～1×108 Pa
(4) 催化劑 選擇鐵做催化劑
3.合成氨的生產(chǎn)流程
十九、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡在化工生產(chǎn)中的調(diào)控作用
1.工業(yè)生產(chǎn)中選擇適宜生產(chǎn)條件的思路
對于某一特定的實際反應(yīng)，選取適宜的外界條件的基本思路如下：
(1)分析化學(xué)反應(yīng)的特點：從可逆性、反應(yīng)前后氣體系數(shù)的變化、焓變?nèi)齻€角度分析。
(2)根據(jù)反應(yīng)特點具體分析外界條件對速率和平衡的影響。
(3)從速率和平衡的角度進行綜合分析，再充分考慮實際情況，選出適宜的外界條件。
2.化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則
條件 原則
從化學(xué)反應(yīng)速率分析 既不能過快，又不能太慢
從化學(xué)平衡移動分析 既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性
從原料的利用率分析 增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，循環(huán)利用從而降低生產(chǎn)成本
從實際生產(chǎn)能力分析 如設(shè)備承受高溫、高壓的能力等
從催化劑的使用分析 ①防止催化劑中毒，增加乳化裝置 ②溫度對催化劑活性的影響 ③應(yīng)用催化劑的選擇性，控制副反應(yīng)，提高產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本

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