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高中化学 16 化学反应速率与限度

一、化学反应速率

定义:化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。

计算公式:对于反应aA+bB=cC+dD,其化学反应速率v可以用以下公式计算:v=ΔcΔt,其中Δc表示反应物或生成物浓度的变化量,Δt表示反应时间的变化量。例如,某反应中反应物A2分钟内浓度从2mol/L降低到1mol/L,则A的反应速率v(A)=2mol/L1mol/L2min=0.5mol/(Lmin)

单位:常用的单位有mol/(Ls)mol/(Lmin)mol/(Lh)等。

影响因素:

反应物浓度:反应物浓度增大,单位体积内活化分子数增多,有效碰撞的几率增加,化学反应速率加快。反之,反应物浓度减小,反应速率减慢。

反应温度:温度升高,反应物分子的能量增加,使一部分原来能量较低的普通分子变成活化分子,活化分子百分数增加,有效碰撞次数增多,反应速率加快。一般来说,温度每升高10C,反应速率通常增大到原来的24倍。

催化剂:催化剂能够改变化学反应的途径,降低反应的活化能,使更多的反应物分子成为活化分子,大大提高了单位体积内反应物分子的百分数,从而显著提高反应速率。

压强:对于有气体参加的化学反应,增大压强(减小容器体积)相当于增大反应物的浓度,反应速率加快;减小压强(增大容器体积)相当于减小反应物的浓度,反应速率减慢。

反应物的接触面积:增大反应物的接触面积,使反应物充分接触,有效碰撞几率增大,反应速率加快。例如,块状固体与粉末状固体相比,粉末状固体与其他物质反应时速率更快。

二、化学反应限度

可逆反应: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反应叫做可逆反应。可逆反应的特点是反应不能进行到底,反应物和生成物同时存在于同一反应体系中。例如,N2+3H22NH3就是一个可逆反应。

化学平衡状态:在一定条件下的可逆反应里,当正反应速率和逆反应速率相等,反应物和生成物的浓度不再发生变化时,反应体系所处的状态叫做化学平衡状态。化学平衡状态具有以下特征:

动:化学平衡是一种动态平衡,反应达到平衡状态时,正反应和逆反应仍在继续进行,只是正反应速率和逆反应速率相等。

等:正反应速率和逆反应速率相等,这是化学平衡状态的本质特征。

定:反应物和生成物的浓度保持不变,各组分的百分含量也保持不变,这是化学平衡状态的宏观表现。

变:化学平衡状态是在一定条件下建立的,当外界条件发生改变时,原平衡状态会被破坏,反应体系会在新的条件下建立新的平衡状态。

三、化学平衡常数

定义:对于一般的可逆反应aA+bBcC+dD,在一定温度下达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数叫做该反应的化学平衡常数,用符号K表示。其表达式为K=[C]c[D]d[A]a[B]b,其中[A][B][C][D]分别表示反应物和生成物的平衡浓度。

意义:化学平衡常数K的大小反映了化学反应进行的程度。K值越大,说明反应进行得越完全,反应物的转化率越高;K值越小,说明反应进行得越不完全,反应物的转化率越低。

影响因素:化学平衡常数只与温度有关,与反应物或生成物的浓度、压强等其他因素无关。对于吸热反应,升高温度,K值增大;对于放热反应,升高温度,K值减小。

四、化学反应速率与限度的应用

化工生产中的调控:在化工生产中,需要根据化学反应速率和限度的原理,选择合适的反应条件,以达到提高生产效率、降低成本、减少环境污染等目的。例如,合成氨反应中,通常会选择适当的高温、高压和催化剂等条件,来加快反应速率,提高反应物的转化率,从而实现工业化生产。

判断反应进行的方向:通过比较反应的浓度商Q与化学平衡常数K的大小,可以判断可逆反应进行的方向。当Q<K时,反应向正反应方向进行;当Q=K时,反应达到平衡状态;当Q>K时,反应向逆反应方向进行。

化学反应速率与限度是高中化学中的重要概念,它们对于理解化学反应的本质、化工生产过程以及解决相关化学问题都具有重要意义,在高考中也是经常考查的重点内容之一。

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