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第四章 化学反应的速率与化学平衡 【知识导航】 美国明尼苏达大学牵头的一个国际研究小组日前在催化剂制备方面取得突破，可明显提升化学反应速率，使汽油、塑料、药品等产业的生产成本显著下降。该新型催化剂采用高度优化的超薄沸石纳米片制备，使用独特工艺将薄片呈90°角扩展，类似于用纸牌搭成的房子 单位：mol·(L·min)-1，mol·L·s)-1 注意：①同一反应中，不同反应物或生成物有不同的反应速率，各物质反应速率的比=反应式中相应物质的系数比。 ②公式得到的是某个时间段的平均速率，影响速率大小的主要因素是物质的本性。 （2）影响速率的外界因素 活化能（如图4-1） 图4-1 活化能（Ea和Ea’）示意图 图4-2 催化剂与活化能的关系 影响速率的主要外界因素是：浓度、温度、压强、催化剂。 因素 影响 原因 影响方式 cB cB↑, υ↑ 都是缘于活化分子数的增加 加入哪种物质，其cB↑,则υ↑。质量作用定律。 P P↑, υ↑ P↑,V↓，cB↑(体系中所有的物质),则υ↑。 T T↑, υ↑ T↑,活化分子数↑(体系中所有的物质),则υ↑。 催化剂 加催化剂，υ↑ 加催化剂,Ea↓，活化分子数↑(体系中所有的物质),则υ↑。这里Ea↓是通过改变反应历程来实现的。在可逆反应中，正逆影响相等。与T对Ea↓的影响不同。（如图4-2） 2. 化学反应平衡 （1）概念 定义：对可逆反应而言，当正反应的速率与逆反应的速率相等时的化学反应状态就是化学平衡。 特点：等，正反应速率和逆反应速率相等。 定，平衡时整个体系各物质的浓度为定值。 动，正反应和逆反应仍然继续发生着，是动态平衡。 性质：暂时的，相对的，外界条件一旦改变，平衡也将被破坏；平衡时反应达到最大程度。 （2）平衡常数表达式 设可逆反应：aA+bB gG+hH，其浓度常数和压强常数表达式如下： 此常数值与反应的温度、反应式的书写有关，与反应物浓度和压强无关。 （3）平衡的移动 概念：当外界条件改变时，也发生了改变，而和的改变不等，所以，原来平衡时变成，平衡破坏了，要重新建立新的平衡，这就是平衡的移动。 平衡移动方向： 外界因素对化学反应速度和化学平衡的影响 外界条件 对反应速率的影响 对化学平衡的影响 浓度 反应物浓度增大，υ增大 反应物浓度减小，υ减小 基元反应Aa+bB→Dd+eE质量作用定律表达式为：υ=k·C·C 反应物浓度增大，平衡右移 反应物浓度减小，平衡左移 生成物浓度增大，平衡左移 生成物浓度减小，平衡右移 压强 有气体物质参加反应时： 压强增大，υ增大 压强减小，υ减小 有气体物质参加反应，且反应前后气体分子总数不相等时；压强增大，平衡向气体分子总数减小的方向移动；压强减小，平衡向气体分子总数增大的方向移动 温度 升高温度，υ增大 降低温度，υ减小 温度影响速率常数k 升高温度，平衡向吸热反应方向移动 降低温度，平衡向放热反应方向移动。温度影响平衡常数K 催化剂 加入正催化剂υ增大 催化剂影响速率常数k 催化剂可加快平衡到达的时间，不能使平衡移动 【例题分析】 1．汽车尾气里有NO气体，它是汽车内燃机燃烧的高温引起的氮气和氧气的反应： N2(g) + O2(g) 2NO(g) Kc=0.10(2000℃) 在一个2升的容器里进行实验，起始时，氮气和氧气的浓度分别为0.81mol·L-1求达到平衡时NO气体的浓度。 解：求平衡浓度往往可以通过平衡常数关系列方程求解得到。即：设某一组分的平衡浓度为x，根据反应关系式，得到其他组分的平衡表示式，代入常数方程求解。本题：设NO的平衡浓度为x，N2和O2的平衡浓度为0.81-1/2x， N2(g) + O2(g) 2NO(g) Kc=0.10(2000℃) 0.81-1/2x 0.81-1/2x x 根据 解得x≈0.2561,平衡时NO的浓度为0.2561mol·L-1。 2Z反应影响的示意图。图中横坐标表示温度，纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是（ ） A. 上述可逆反应的正反应为放热反应 B. X、Y、Z均为气态 C. X和Y中只有一种是气态，Z为气态 D. 上述反应的逆反应为吸热反应 答案：C 解析：根据题目中的图像，在压强不变的情况下，例如1000kPa，随着温度的升高，Z的体积分数增大，即随着温度的升高，平衡向正反应方向移动。所以，正反应为吸热反应，逆反应为放热反应，故A、D项错误。同样，