第二章化学反应速率与化学平衡
一、化学反应速率及其简单计算
1．化学反应速率：通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示，其数学表达式可表示为单位一般为mol/(L?min)或mol.?L-1?min-1
2．结论：对于一般反应 aA bB =cC dD来说有：
VA ：VB ：VC ：VD =△CA ：△CB ：△CC ：△CD =△nA ：△nB ：△nC ：△nD = a ：b ：c ：d
特别提醒：
1．化学反应速率指的是平均速率而不是瞬时速率
2．无论浓度的变化是增加还是减少，化学反应速率均取正值。
3．同一化学反应速率用不同物质表示时可能不同，但是比较反应速率快慢时，要根据反应速率与化学方程式的计量系数的关系换算成同一种物质来表示，看其数值的大小。注意比较时单位要统一。
二、影响化学反应速率的因素
1．内因（主要因素）：反应物本身的性质（分子结构或原子结构）所决定的。
2．外因（次要因素）
（1）浓度：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，V正急剧增大，V逆也逐渐增大。若减小反应物浓度，V逆急剧减小，V正逐渐减小。（固体或纯液体的浓度可视为常数，故反应速率与其加入量多少无关）。
（2）温度：当其他条件不变时，升温时， V正、V逆都加快；降温时，V正、V逆都减小
（3）压强：其他条件不变时，对于有气体参加的反应，通过缩小反应容器，增大压强，V正、V逆都增大；通过扩大反应容器，压强减小，浓度变小，V正、V逆均减小。
（4）催化剂：使用催化剂，成百上千的同等倍数地增加了正、逆反应速率。
特别提醒：
1．改变压强的实质是改变浓度，若反应体系中无气体参加，故对该类的反应速率无影响。
2．恒容时，气体反应体系中充入稀有气体（或无关气体）时，气体总压增大，物质的浓度不变，反应速率不变。
3．恒压时，充入稀有气体，反应体系体积增大，浓度减小，反应速率减慢。
4．温度每升高10℃，化学反应速率通常要增大为原来的2～4倍。
5．从活化分子角度解释外界条件对化学反应速率的影响：
单位体积内 有效碰
撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数 活化分子百分数
增大浓度 增加 增加 不变 增加 加快
增大压强 增加 增加 不变 增加 加快
升高温度 不变 增加 增加 增加 加快
加催化剂 不变 增加 增加 增加 加快
三、化学平衡状态的标志和判断
1．化学平衡的标志：
（1）V正=V逆，它是化学平衡的本质特征
（2）各组分的浓度不再改变，各组分的物质的量、质量、体积分数、反应物的转化率等均不再改变，这是外部特点。
2．化学平衡的状态的判断：
举例反应 mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)
正逆反应速率的关系 单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA，
即V正=V逆 平衡
单位时间内消耗nmolB，同时生成了mmolA，
即V（B正）：V（A逆）=n：m 平衡
混合物体系中各组分的含量 各物质的物质的量或各物质的量分数一定 平衡
各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡
压强 当m n≠p q时，压强不变 平衡
温度 任何化学反应都伴随能量变化，在其他条件不变的条件下，体系温度一定 平衡
颜色 当体系的颜色（反应物或生成物的颜色）不再变化 平衡
混合气体平均相对分子质量 当m n≠p q时，平均相对分子质量不变 平衡
体系的密度 当m n≠p q时，等压、等温时，气体密度一定 平衡
特别提醒：
1．当从正逆反应速率关系方面描述时，若按化学计量数比例同向说时，则不能说明达到平衡状态；若按化学计量数比例异向说明，则可以说明达到平衡状态。
2．恒温、恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不变时，不能说明达到平衡状态。如H2（g） I2 （g） 2HI（g）。
3．全部是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不变，不能说明达到平衡状态。如2HI（g） H2（g） I2（g）
4．全部是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度不变，不能说明达到平衡状态。
四、影响化学平衡的因素及勒夏特例原理
要点一：反应条件对化学平衡的影响：
（1）浓度：在其他条件不变时，增大反应物的浓度或减少生成物的浓度，都可使平衡向正反应方向移动，反之，平衡向逆反应方向移动。
（2）温度：在其他条件不变时，升高温度，平衡向吸热方向移动；降低温度，平衡向放热方向移动；温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常数实现的。
（3）压强：其他条件不变时，在有气体参加的可逆反应里，增大压强，平衡向气体总体积缩小的方向移动；反之，平衡向气体总体积增大的方向移动。在这里，压强改变是通过反应器容积的改变来完成的（即压缩或扩大）。
（4）催化剂：使用催化剂能同等倍数地增大正逆反应速率，平衡不移动，缩短了达到平衡所需的时间，但不会改变化学平衡常数，不会改变反应物的转化率，不会改变各组分的百分含量。
特别提醒：
1．恒容时充入与该反应无关的气体（如稀有气体），正逆反应速率不变，平衡不移动
2．使用催化剂或对气体体积不变的反应改变压强，同等倍数的改变正逆反应速率，平衡不移动。
3．若改变浓度、压强、温度，不同倍数的改变了正逆反应速率时，化学平衡一定移动。
要点二：勒夏特例原理
如果改变影响化学平衡的一个条件（如浓度、温度、压强），平衡就向能够减弱这种方向移动。对该原理中的“减弱”不能理解为消除、抵消，即平衡移动的变化总是小于外界条件变化对反应的改变。如给已达到平衡状态的可逆体系，增加5个大气压，由于化学反应向体积缩小的方向移动，使体系的最终压强大于其初始压强P0而小于P0 5。另外，工业上反应条件的优化，实质上是勒夏特例原理和化学反应速率两方面综合应用的结果。
五、化学速率和化学平衡图象
1．速率v——时间t的图象：
（1）由速率的变化判断外界条件的改变：①若反应速率与原平衡速率断层，则是由改变温度或压强所致，具体改变的条件，则要结合V逆、V正大小关系及平衡移动的方向进行判断。②若反应速率与原平衡连续，则是由改变某一种物质的浓度所致，具体是增大或减小反应物还是生成物的浓度，则要结合V逆、V正大小关系及平衡移动的方向进行判断
2．组分量——时间t、温度T、压强P的图象
①“先拐先平”：“先拐”的先达到平衡状态，即对应的温度高或压强大，从而判断出曲线对应的温度或压强的大小关系。
②“定一议二”：即固定其中的一个因素（温度或压强等），然后讨论另外一个因素与化学平衡中的参量（浓度、质量分数、体积分数、平均相对分子质量）的变化关系，从而判断出该反应为放热反应或吸热反应、反应前后气体体积的大小等。
六、化学平衡常数
1．对于一般的可逆反应：mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，其中m、n、p、q分别表示化学方程式中反应物和生成物的化学计量数。当在一定温度下达到化学平衡时，这个反应的平衡常数公式可以表示为： ,各物质的浓度一定是平衡时的浓度,而不是其他时刻的.
2．在进行K值的计算时，固体和纯液体的浓度可视为常数“1”。例如：Fe3O4(s) 4H2(g) 3Fe(s) 4H2O(g)，在一定温度下，化学平衡常数表示为 。
3．利用K值可判断某状态是否处于平衡状态。例如，在某温度下，可逆反应mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，平衡常数为K。若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下： ，则有以下结论：
①Qc＝K ，V(正)＝V(逆)，可逆反应处于化学平衡状态；
②Qc＜K ，V(正)＞V(逆)，可逆反应向正反应方向进行；
③Qc＞K ，V(正)＜V(逆)，可逆反应向逆反应方向进行。
4．化学平衡常数是指某一具体化学反应的平衡常数，当化学反应方程式的各物质的化学计量数增倍或减倍时，化学平衡常数也会发生相应的变化。
5．化学平衡常数是描述可逆反应进行程度的重要参数，只与温度有关，与反应物、生成物的浓度无关，当然也不会随压强的变化而变化，即与压强无关。
七、等效平衡问题
1．等效平衡的概念：在一定条件下(定温、定容或定温、定压)对同一可逆反应，无论反应从何处开始均可达到平衡且任何同一个的组分的含量相同，这样的平衡互称为等效平衡。
2．等效平衡的规律
①对于反应前后气体物质的体积不等的反应
A定温、定容时，改变起始加入情况，只要按化学计量数换算成方程式两边同一物质的物质的量与原平衡相等就可以建立等效平衡。
B定温、定压时，改变起始加入情况，只要按化学计量数换算成方程式两边同一物质的物质的量之比与原平衡相等就可以建立等效平衡。
②对于反应前后气体物质的体积相等的反应
不论定温、定容时还是定温、定压时，改变起始加入情况，只要按化学计量数换算成方程式两边同一物质的物质的量之比与原平衡相等就可以建立等效平衡。
八、化学反应进行的方向
1．放热反应具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也能自发进行，故用焓判据判断反应自发进行的方向不全面
2．反应体系熵值的增大，反应有自发进行的倾向，但有些熵减的反应也能自发进行，故用熵判据判断反应自发进行的方向也不全面
3．复合判据---自由能变化：△G=△H-T△S，是最全面的判断据：
①△G=△H—T△S＞0，不能自发进行；
②△G=△H—T△S＜0，能自发进行；
③△G=△H—T△S=0，反应处于平衡状态。
⒈化学反应自发进行的方向 焓变（△H）与熵值（△S）综合考虑
⒉化学反应方向的判断 △H＜0、△S＞0，一定能自发进行
△H＞0、△S＜0，一定不能自发进行
△H＜0、△S＜0，低温下能自发进行
△H＞0、△S＞0，高温下能自发进行
