第 二 章 · 选择性必修第一册
化学反应速率与化学平衡
工业化学的两个灵魂拷问:多快能造出来(速率)?最多能造出多少(平衡)?催化剂让反应快百万倍,平衡常数把"限度"写进公式——本章是化工设计的数学基础。
2.1 化学反应速率
概念v = Δc/Δt
速率用单位时间内浓度变化表示:v = Δc/Δt,单位 mol/(L·s) 或 mol/(L·min)。
速率之比 = 化学计量数之比:N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ 中 v(N₂) : v(H₂) : v(NH₃) = 1 : 3 : 2。
速率取平均值且为正值;比较速率大小时必须换算成同一物质、统一单位。
速率之比 = 化学计量数之比:N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ 中 v(N₂) : v(H₂) : v(NH₃) = 1 : 3 : 2。
速率取平均值且为正值;比较速率大小时必须换算成同一物质、统一单位。
2.2 碰撞理论与活化能
理论有效碰撞才能反应
有效碰撞:能发生反应的碰撞,需要分子足够能量(≥ 活化能)+ 合适取向。
活化分子:能量达到门槛的分子;活化能 Ea:活化分子的平均能量与反应物平均能量之差。
催化剂原理:改变反应路径、降低活化能 → 活化分子百分数大增 → 速率加快(但不改变 ΔH 与平衡)。
活化分子:能量达到门槛的分子;活化能 Ea:活化分子的平均能量与反应物平均能量之差。
催化剂原理:改变反应路径、降低活化能 → 活化分子百分数大增 → 速率加快(但不改变 ΔH 与平衡)。
2.3 影响速率的因素
总结内因与外因
内因(决定性):反应物本身的性质。
外因:浓度↑、温度↑、压强↑(有气体)、催化剂、固体表面积↑、光照 → 速率加快。
记忆抓手:温度影响最显著(指数级)、催化剂效率最高但不改变平衡。
外因:浓度↑、温度↑、压强↑(有气体)、催化剂、固体表面积↑、光照 → 速率加快。
记忆抓手:温度影响最显著(指数级)、催化剂效率最高但不改变平衡。
2.4 化学平衡常数
概念K 只随温度变
对 mA + nB ⇌ pC + qD:K = c^p(C)·c^q(D) / (c^m(A)·c^n(B))(固体、纯液体不写入)。
K 越大反应进行越彻底(限度越深)。K 只与温度有关(升温:吸热反应 K 增大,放热反应 K 减小),与浓度、压强、催化剂无关。
转化率:α = 已反应量/初始量 ×100%。三段式(起始/转化/平衡)是解题万能格式。
勒夏特列原理:改变条件,平衡向"减弱该改变"的方向移动——但不能完全抵消。
K 越大反应进行越彻底(限度越深)。K 只与温度有关(升温:吸热反应 K 增大,放热反应 K 减小),与浓度、压强、催化剂无关。
转化率:α = 已反应量/初始量 ×100%。三段式(起始/转化/平衡)是解题万能格式。
勒夏特列原理:改变条件,平衡向"减弱该改变"的方向移动——但不能完全抵消。