第二册第二章 化学平衡化学反应速率和化学平衡理论是中学重要基础理论之一。

为什么一个反应的进行需要这样或那样的条件呢？这就与下面这两个方面有关：一是反应进行的快慢，即化学反应速率问题；一是反应进行的程度，即化学平衡问题。

本章就专门学习化学反应速率和化学平衡理论。

首先学习化学反应速率：一、化学反应速率的表示和计算：化学反应速率通常是用单位时间内任何一种指定的反应物浓度的减少或任何一种指定生成物浓度的增加来表示的。

即单位时间内某物质浓度的变化量。

[例1]按合成氨反应的下列数据求以N 2、H 2、NH 3表示的反应速率。

N 2 + 3H 22NH 3起始浓度 （mol/L ） 1.0 3.0 02秒末浓度（mol/L ） 0.6 1.8 0.8则以N 2、H 2、NH 3的浓度变化表示的速率分别为：11NH 11H 11N S L mol 4.0208.0V S L mol 6.028.10.3V S L mol 2.026.00.1V 322------⋅⋅=-=⋅⋅=-=⋅⋅=-= 注意：①反应速率不取负值；②速率单位：一般浓度变化量用mol/L, 时间用秒、分、小时等；③同一化学反应，选用不同物质表示反应速率时，可能有不同的速率数值， 但速率数值之比等于方程式中各物质的系数比。

如上例中：0.2:0.6:0.4=1:3:2④要区别平均速率与瞬时速率。

（上例中指2秒内的平均速率）二、影响反应速率的条件：内因：反应物的化学性质。

外因：浓度、压强、温度、催化剂等（1）浓度的影响：我们知道，同样的木条，在空气中燃烧较慢，在氧气中则很快。

又如：Na 2S 2O 3 + H 2SO 4 = S ↓+SO 2 ↑+ H 2O + Na 2SO 4浓度大→快析出硫的速率浓度小→慢结论：当其它条件不变时，增大反应物的（气体或溶液）浓度，可以加快反应速率。

因为浓度越大，单位体积中反应物的分子（或离子）越多，它们发生碰撞的机会越多，因而反应速率越大。

（2）压强对化学反应速率的影响：对于气体反应来说，当温度一定时，一定量气体的体积与其所受的压强成反比。

因此，增大体系压强，气体体积缩小，浓度增大，反应速率增大；减小体系压强，气体体积增大，浓度减小，反应速率减小。

结论：当其它条件不变时，如果反应物中有气体，增大体系压强可以增大反应速率（指缩小气体体积以增大压强）；相反，减小体系压强可以减小反应速率。

（3）温度对化学反应速率的影响：结论：当其它条件不变时，升高温度可以增大反应速率，每升高10℃，反应速率增大2~4倍。

[例3]若一反应在10℃时反应速率为a ，温度每升高10℃反应速率增大2倍，求40℃时的反应速率。

解：40-10=30反应速率为：a ×2×2×2 = a ×23 = 8a（4）催化剂的影响：使用催化剂可以改变化学反应速率。

注：①改变的含义是增大或减小，但一般批增大；②使用催化剂能同等程度地改变正、逆反应的速率，不影响化学平衡。

（5）其它因素的影响：如：光、超声波、激光、放射性、电磁波、反应物颗粒大小、扩散速度、溶剂等。

因体反应物颗粒越小，表面积越大，反应速率越大。

光照可以增大某些反应的速率。

例：对于反应 2SO 2 + O 2 2SO 3 + Q若(a)增大O 2的浓度(b)减少SO 3浓度 (c)增大反应体系压强 (d)升高温度对化学反应速率有何影响？解：(a)增大正反应速率 (b)减小逆反应速率 (c)正、逆反应速率都增大 (d)正、逆反应速率都增大练习：1、 某温度时，在2升容器中X 、Y 、Z 三种物质的物质的量随时间的变化曲线如右图所示。

由图中数据分析，该反应的化学方程式为；反应开始至2分钟的平均反应速率为。

2、在25℃时，向100mL 含HCl 14.6g 盐酸溶液里，放入5.6g 纯铁粉（设反应前后溶液的体积不变）。

经2分钟收集到纯净干燥的H 21.12L （标况），在这2分钟内，用FeCl 2表示的平均反应速率为 ，在此之后，又经过4分钟，铁粉完全溶解，在这4分钟内用盐酸表示的平均反应速率V HCl 为 ，前2分钟与后4分钟相比，前者反应速率 ，这主要是因为 。

三、化学平衡1、可逆反应和不可逆反应：可逆反应：在同一条件下，能同时向正、逆两个方向进行的反应。

如：N 2+3H 2 2NH 3+Q N 2O 4 2NO 2 - Q物质的量(mol)时间(分)不可逆反应：在同一条件下，不能同时向两个方向进行的反应。

可看成正、逆反应的趋势差别很在，反应“一边倒”。

正、逆反应是相对的：N2+3H22NH32NH3N2+3H2问：点燃氢气和氧气的混合物可剧烈地化合生成水，电解水时又可生成氢气和氧气，这是不是一个可逆反应？为什么？接问：可逆反应能否进行到底？（不能），因而对于任何一个可逆反应都存在一个反应进行到什么程度的问题。

2、化学平衡状态：定义：在一定条件下，可逆反应中正反应速率与逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的含量保持不变的状态，叫做化学平衡状态。

特点：“动、定、变”①反应物与生成物处于动态平衡，V正=V逆②反应物与生成物浓度保持一定，百分组成保持一定；（或说反应物与生成物的含量保持一定）③影响平衡的外界条件改变，平衡状态即被破坏，发生平衡移动。

为了使学生较好地理解动态平衡的含义，还可以引用适当的比喻。

例如：当水槽中进水和出水的速度相等时，槽内水量保持不变；当商场在一定时间里进出人数相同时，商场内人数保持不变等。

练习：1.可以说明密闭容器中可逆反应P +Q R + S 在恒温下已达平衡的是（ B ）A.容器内压强不随时间变化B.P和S生成速率相等C.R和S的生成速率相等D.P、Q、R、S的物质的量相等2.在1大气压390℃时，可逆反应：2NO22NO+O2达到平衡，此时平衡混合气体的密度是相同条件下H2密度的19.6倍，求NO2的分解率。

（答：34.6%)3、影响化学平衡的条件：化学平衡状态是与外界条件有关的。

外界某种条件改变时，使正、逆反应速率不等，平衡混合物中各组成物质的百分含量（或浓度）也随之改变，原来的平衡被破坏直到建立新条件下的另一种平衡状态。

这种改变的过程，叫化学平衡的移动。

影响化学平衡的重要条件有：浓度、压强、温度。

（1）浓度对化学平衡的影响：以FeCl3 + 3KSCN为例说明。

结论：在其它条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动；反之，则向逆反应方向移动。

（2）压强对化学平衡的影响：结论：在其它条件不变的情况下，增大压强会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动；减小压强，会使平衡向着气体体积增大的方向移动。

（3）温度对化学平衡的影响：以2NO2N2O4+Q为例说明。

结论：在其它条件不变的情况下，温度升高，会使化学平衡向着吸热反应的方向移动；温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动。

（4）关于催化剂：因使正、逆反速率同等程度地加快，故不能使平衡发生移动。

但能缩短达到平衡的时间。

勒沙特列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。

[例1]对于可逆反应：2SO2+O2 2SO3+Q，下列说法哪些是正确的，为什么？（1）达到平衡时，反应物和生成物的浓度相等；（2）达到平衡时，SO2、O2、SO3的浓度之比为；（3）加入催化剂V2O5可以缩短到达平衡的时间；（4）由于反应前后分子数不同，所以改变体系压强影响化学平衡（缩小体积）；（5）对于放热反应，升高温度正反应速率减小，逆反应速率增大，所以平衡向左移动。

解：（3）、（4）正确。

练习：1、当可逆反应，达到平衡后，通入气体，再次达到平衡时存在于（ C ）A. SO3、O2B. SO2、SO3C. SO2、SO3、O2D. SO2、O22、某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为VL，其中C气体的体积占10%。

下列推断正确的是（ A ）①原混合气体的体积为1.2L；②原混合气体的体积为1.1L；③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05VL；④反应达平衡时气体B消耗掉0.05VL。

A. ②③B. ②④C. ①③D. ①④3、已知在某温度时，反应A + 2B 2C已达到平衡。

（1）如果升高温度，C的平衡浓度增大，那么正反应是热反应。

（2）如果增加或减少A的用量，气体C的浓度不变，那么A是态物质。

因为。

（3）加压时，气体C的浓度不变，那么A为态物质，B为态物质。

因为。

4、反应A + 3B 2C，在一定条件下达到平衡时，有50%B转化为C，若起始时A与B 以1:3体积比装入，求①平衡后，混合气体的体积分数；②反应前后容器中分子总数之比。

（答：①A%=17% B%=50% C%=33% ②4:3 )四、合成氨工业1、合成氨的适宜条件：工业上用N2和H2合成氨：N2+3H22NH3+Q从反应速率和化学平衡两方面看，选择什么样的操作条件才有利于提高生产效率和降低成本呢？从速率看，温度高、压强大（即N2、H2浓度大）都会提高反应速率；从化学平衡看，温度低、压强大都有利于提高N2和H2的转化率。

可见，压强增大，从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。

但从生产实际考虑，压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，将使成本增大。

故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa帕斯卡。

而温度升高，有利于反应速率但不利于N2和H2的转化率。

如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下，尽可能加快反应速率呢？选用合适的催化剂能达到这个目的。

那么，较低的温度是低到什么限度呢？不能低于所用催化剂的活性温度。

目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂——又称铁触媒。

其活性温度为450℃~550℃，即温度应在450~550℃为宜。

将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时，合成氨使用的温度当然比现在要低，转化率就能更高了。

小结：合成氨的适宜条件：压强：20~50MPa 帕斯卡温度：500℃左右催化剂：铁触媒2、合成氨工业简述：合成氨工业主要是原料气中的氢气和氮气合成氨的过程。

我们先从原料气谈起。

（1）原料气的制备、净化和压缩：一是将空气液化，蒸发，使它分离为N 2和O 2N 2：二是将空气中的O 2跟碳作用：C + O2 = CO 2，再除去CO 2H 2：将水蒸气通过赤热的煤层（或焦炭层）：C + H 2O(气) △ CO + H 2在催化剂存在下：CO + H 2O(气)催化剂CO 2 + H 2在制取原料气的过程中，常混有不同数量的其他杂质，而合成氨所需要的是纯净的N 2和H 2，所以必须将这些杂质除去，否则会使合成氨所用催化剂“中毒”，清除杂质的过程叫做原料气的净化。