第3章 化学反应速率与化学平衡

温度时，平衡就向着能升高温度（即放热反应）的方向移动。

当增加压力时，平衡就向着能减小压力（即气体分子数目减少）的方向移动。当减小压力时，平衡就向着能增大压力（即气体分子数目增加）的方向移动。

吕.查德里原理是一条普遍的规律，它对所有的动态平衡都是适用的，但必须注意，它只能应用在已经达到平衡的体系。对于未达到平衡的体系是不能应用的。

3.6 反应速率与化学平衡的综合应用

化学反应速率和化学平衡是化工生产中两个非常重要并且彼此密切相关的问题。在实际工作中，如何充分利用原料，提高产量，缩短生产周期，降低成本，以达到最高的经济效益和社会效益，下列几项原则，可作为选择合理生产条件时的参考。

（1）在化工生产中，为了尽可能充分利用某一种物料，往往使用过量的另一种物料（一般是价廉易得的）和它作用，使平衡向正反应方向移动，以提高前者的转化率。例如在合成氨生产中，为使CO充分转化为CO2，通常加入过量的水蒸气；硫酸工业的转化工序SO2氧化成SO3，让O2过量，使SO2充分转化。但必须指出，一种原料的过量应适可而止，如过量太多会使另一种原料的浓度变得太小，影响反应速率和产量。此外，对于气相反应，要注意原料气的性质，防止它们的配比进入爆炸范围，以免引起安全事故。

使产物的浓度降低，同样可以使化学平衡向正反应方向移动。在生产中经常采取不断取走某种反应产物的方法，使化学反应持续进行，以保证原料的充分利用和生产过程的连续化。例如移去生成物中的气体或难溶沉淀物等，平衡将不断向生成物方向移动，直到某一反应物基本上被完全消耗，这样便可以使可逆反应进行得比较完全。例如煅烧石灰石制造生石灰的反应： CaCO3 (s)能完全分解。

（2）对于气相反应，加大压力会使反应速率加快，对气体分子数减少的反应还能提高转化率。例如在合成氨工业中，在1000×105Pa下，不用催化剂就可以合成氨，且转化率很高，不过氢在这样的高压下，能穿透用特种钢制作的反应

CaO(s)﹢CO2 (g)

由于生成的CO2不断从窑炉中排出，提高了CaCO3的转化率，实际上CaCO3

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器的器壁。考虑到设备的耐压能力，我国合成氨工业反应体系的压力一般采用600×105Pa ?700×105Pa。所以在增加反应速率，提高转化率的同时，必须考虑设备能力和安全防护等。

（3）升高温度能增大反应速率，对于吸热反应，还能提高转化率，但要避免反应物或产物的过热分解，也要注意燃料的合理消耗；对于放热反应，会使转化率降低，这涉及到最佳反应温度的选择问题。

（4）选用催化剂时，需注意催化剂的活化温度，防止催化剂中毒，相同的反应物，若同时可以发生几种反应，而其中只有一个反应是我们需要的，则首先必须选择合适的催化剂以保证主反应的进行和遏制副反应的发生，然后再考虑其它条件。

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本章小节

基本概念平均速率，瞬时速率，基元反应， 质量作用定律，反应级数，反应分子数，催化剂，有效碰撞，活化分子，活化能，碰撞理论，过渡状态理论，化学平衡，实验平衡常数，标准平衡常数，多重平衡规则，反应商，平衡移动原理，化学反应的反应商判据，化学平衡的移动，平衡移动原理 对基元反应 aA + bB → yY + zZ， rA= kA? cA? cB 对非基元反应aA + bB → yY + zZ， rA= kA? cA? cB 温度表现为对反应速率系数的影响，阿累尼乌斯公式：lnk2=Ea(T2-T1) k1RT1 T2催化剂参与了化学反应，改变了反应机理，大大降低了反应的活化能，从而使反应速率迅猛地加快。催化剂具有选择性，其催化作用对正、逆反应是相同的。 ? βa b 反应速率理论 影响化学反应速率的因素 碰撞理论：反应物分子间的相互碰撞是发生反应的必要条件，有效碰撞须满足两个条件：合适的碰撞取向与足够的能量 过渡状态理论: 在反应物变为产物的过程中需经过一个活化配合物的过渡状态 化学反应速率与化学平衡 Q＜K ?，平衡向右移动；Q＝K ?，系统处于平衡状态；Q＞K ?，平衡向左移动 影响化学平衡移动的因素 催化剂只能缩短达平衡的时间，不能使化学平衡发生移动。 平衡移动原理——吕?查德里原理：假如改变平衡系统的条件之一，如温度、压力或浓度，平衡就向着减弱这个改变的方向移动。 浓度：在恒温下增加反应物的浓度或减小生成物的浓度，平衡向正反应方向移动；相反，减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。 压力：对有气体参加的反应体系，增大压力平衡向气体分子数减小的方向移动 温度：通过改变标准平衡常数影响平衡移动。 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。 综合应用 为充分利用某一反应物，增大另一廉价反应物的浓度；及时移走生成物，使平衡向正反应方向移动；气相反应加大压力，可以加快反应速率，还可以提高气体体积减小反应的转化率；升高温度，反应速率加快，对吸热反应还可增大转化率，对放热反应需考虑最佳反应温度的选择问题等等。

复 习 思 考 题

3-1 化学反应速率如何表示？为什么有瞬时速率？ 3-2 什么叫元反应？什么叫非元反应？ 3-3 反应级数和反应分子数的区别是什么？

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3-4 什么叫活化能？活化能数值与反应速率大小有何关系？

3-5 应用 Le Chatelier 原理预测下列平衡在改变平衡条件时，平衡移动的方向。

AgCl (s) + 2CN- (aq)

[Ag(CN)2]- (aq) + Cl- (aq) ΔrHm= +21 kJ·mol-1

θ (1) 加入NaCN (s)； (2) 加入AgCl (s)； (3) 降低体系温度； (4) 加入H2O (l)； (5) 加入NaCl (s)。

3-6 分别写出以下反应的Kp 和 Kc： (1) CO (g) + H2O (g) (2) COCl2 (g) (3) NO (g) 3-7 反应 I2 (g)

CO2 (g) + H2 (g)；

CO (g) + Cl2 (g)；

1/2 N2 (g) +1/2O2 (g)。

2I (g) ，气体混合物处于平衡时：

(1) 升温时，平衡常数增大还是减小? 为什么?

(2) 压缩气体时，I2 (g)的解离度是增大还是减小? 为什么? (3) 恒容时充入N2，I2 (g)的解离度是增大还是减小? 为什么? (4) 恒压时充入N2，I2 (g)的解离度是增大还是减小? 为什么? 3-8 已知在298 K时，下列反应的平衡常数： (1) HNO2 (2) NH3 + H2O (3) H2O

H+ + NO2- K1 = 4.5 ? 10-4

-K2 = 1.8 ? 10-5 NH?4 + OH

H+ + OH- Kw = 1.0 ? 10-14

计算下列反应的平衡常数。 NH3 + HNO23-9 已知反应：CaCO3 (s)

时，K = 1.00，问：

(1) 上述反应是吸热还是放热反应? (2) 上述反应的ΔrHm是多少?

习 题

一、选择题（将正确答案的标号填入括号内） 3.1 已知 N2 (g) + 3H2 (g)

2NH3 (g)；12N2 (g) +

32θ-NH?4+ NO2

CaO (s) + CO2 (g) 在973 K时， K=3.00 ? 10-2，在1173 K

??H2 (g) NH3 (g) 和

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