一、化学反应速率

  1. 定义：化学反应速率是用来表示化学反应过程进行的快慢的物理量
  2. 表示方法：在容积不变的反应器中，通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大来表示（均取正值） \(v(A)= \dfrac{\Delta c(A)} {\Delta t}\)
    1. 在同一反应中，用不同的物质表示的反应速率可能不同，但意义相同，故描述反应速率时必须指明具体的物质
    2. 固体或纯液体的浓度记为常数， \(\Delta c\) =0，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。原因：\(c=\dfrac{n}{V}=\dfrac{m}{MV}=\dfrac{\rho}{M}\) .温度一定时， \(\rho\) 一定， \(M\) 也一定，因此 \(c\) 不变，不能表示速率
    3. 化学反应速率指的是一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时速率
    4. 用不同反应物表示化学反应速率时；化学反应速率之比=物质的量浓度变化之比=物质的量变化之比=化学计量数变化之比
      • 归一法：单位不统一，要换算成相同的单位；不同物质表示反应速率，要换算成同一物质来表示反应速率，再比较数值大小
      • 比值法：\(\ce{aA(g) + bB(g) \xlongequal[]{} cC(g) }\) ，用不同物质来比较，可以直接比较 \(\dfrac{v(A)}{a}\), \(\dfrac{v(B)}{b}\) ，若前者大，则A表示的反应速率比B表示的大

二、影响化学反应速率的因素

  1. 根本因素：反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定性因素。
  2. 温度：其他条件相同时，升高温度，化学反应速率增大；降低温度，化学反应速率减小
  3. 浓度 ：其他条件相同时，增大反应物浓度，化学反应速率增大；减小反应物浓度，化学反应速率减小（只适用于在溶液中进行或有气体参加的反应）
  4. 催化剂 ：能改变化学反应速率，但在反应前后本身的质量和化学性质都不变的物质
  5. 压强 ：对于有气体参加的反应，当其他条件不变时，增大压强可以增大反应速率（压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的）
  6. 其他因素：增大固体的比表面积（将块状改为粉末状）；光照一般可以增加化学反应速率；形成原电池可增加化学反应速率

三、化学反应的限度——化学平衡

3.1 可逆反应

  1. 定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应叫可逆反应
  2. 举例：1mol \(\ce{N2}\) 和 3mol \(\ce{H2}\) ,置于密闭容器中，充分反应，一定得不到2mol \(\ce{NH3}\) ，反应物不能完全转化为生成物
  3. 特征 ：
    1. 双向性：\(\ce{反应物 <=>[正向][逆向] 产物}\)
    2. 双同性：正逆反应是在同一条件下同时进行的
    3. 共存性：反应物和生成物同时存在

3.2 化学平衡

  1. 定义：在一定的条件下（通常指一定的温度和压强）的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等。反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态，叫做化学平衡状态，简称化学平衡
  2. 特征 ：（化学平衡状态时）
    1. 逆：研究对象是可逆反应
    2. 等：达到化学平衡状态时，正反应效率和你反应速率相等
    3. 动：化学平衡是一种表面静止，但反应并未停止的动态平衡
    4. 定：达到化学平衡状态后，各组分的浓度保持不变
    5. 变：外界条件改变时，原平衡状态被打破，在新条件下再建立新的平衡状态

3.3 化学平衡状态的判断

1.化学平衡状态的标志

  1. 直接标志——“正逆相等”
    1. \(\ce{v(正)= v(逆)}\)
      • 同一种物质的生成速率和消耗速率相等
      • 同一边的物质，一种物质的生成效率：另一种物质的消耗速率=化学计量数之比
      • 两边的不同物质，生成（或消耗）速率之比等于化学计量数
    2. 各组分的浓度保持一致
      • 各组分的浓度不随时间的改变而改变
      • 各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变
  2. 间接标志——“变量不变”
    1. 断键与成键的量：对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等
    2. 颜色 ：对于反应体系中存在有颜色的反应，体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态
    3. 压强 ：恒温恒容时，反应前后气体的化学计量数不相等时，反应体系的总压强不随时间的改变而变化
    4. 平均相对分子质量 ：参加反应的全是气体，反应前后化学计量数不相等的反应，平均相对分子质量不再改变

2. 化学平衡状态的判断

对于恒容密闭容器中的反应\(\ce{mA(g) + nB(g) <=> pC(g) + qD(g)}\) ,判断下列情况是否能达成平衡

  1. 混合物体系中各成分的含量
    1. 各物质的物质的量或者物质的量分数一定时.
    2. 各物质的质量或质量分数一定时.
    3. 各气体的体积或体积分数一定时.
  2. 正、逆反应速率的关系
    1. 在单位时间内消耗了m molA,同时生成了 m mol A.
    2. 在单位时间内消耗了n mol B,同时生成 p mol C
    3. \(\ce{v(A):v(B):v(C):v(D)=m:n:p:q}\)
    4. 在单位时间内生成了n mol B，同时消耗了 q mol D
  3. 压强
    1. 压强不再变化，当\(\ce{m + n \ne p + q }\) 时.
    2. 压强不再变化，当\(\ce{m + n = p + q }\) 时
  4. 混合气体的平均相对分子质量
    1. 平均相对分子质量一定，当\(\ce{m + n \ne p + q }\) 时.
    2. 平均相对分子质量一定，当\(\ce{m + n = p + q }\) 时
  5. 气体的密度
    1. 气体的密度一定，\(\rho=\dfrac{m}{V}\) 一定时
  6. 颜色
    1. 存在有颜色的物质，当反应体系颜色不再变化时.

3.4 化学平衡的限度

  1. 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的最大程度，即该反应的最大限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率
    • \(\ce{A物质的转化率= \dfrac{A的转化量}{A的起始量} \times 100\% }\) (其中A的量，可以指物质的量、质量、浓度、体积等)
    • \(\ce{A的体积分数=\dfrac{体系中A的物质的量}{体系中气体总的物质的量} \times 100\%}\)
  2. 任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度，只是不同反应的限度不同
  3. 改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度，亦即改变该化学的平衡状态
  4. 反应限度可以通过转化率进行比较