2022年岩土工程师考试辅导化学反应速率.docx

2022年岩土工程师考试：化学反应速率一、内容提要：本讲主要是讲解化学反响速率、焓、熵与熵变、吉布斯自由能、化学平衡等问题二、本讲的重点是：影响化学反响速率的因素、热力学能与热力学第肯定律、焓、化学平衡特征及平衡常数表达式、影响化学平衡的移动的因素本讲的难点是：熵与熵变、吉布斯自由能、反响温度对吉布斯自由能变及反响方向的影响、反响的标准摩尔吉布斯自由能变三、内容讲解：1、 化学反响速率化学反响速率：通常用单位时间内反响物浓度的削减或生成物浓度的增加来表示浓度一般用摩尔浓度，时间则依据反响的快慢用秒、分或小时等影响化学反响速率的因素：(一)浓度对反响速率的影响质量作用定律：对一些简洁的化学反响来说，反响速率与反响物浓度(以方程式中该物质的系数为指数)的乘积成正比这一结论叫做质量作用定律对于某一反响一般可表示为：aA+bB→eE+dDv=k·[A]a·[B]b—反响速率方程式，又称作质量作用定律表达式式中k是一个比例常数，叫做反响速率常数，它的物理意义是各反响物浓度等于1mol·dm-3时，反响速率的大小，对于一个给定的反响，k值与反响物的浓度无关，只随温度而变。

在反响速率方程式中，浓度项的指数总和(a+b)叫做反响的级数留意：上面的关系式只适用于基元反响基元反响：反响物分子只经过一步反响就直接转变为产物分子(这种由一个基元反响组成的反响叫做简洁反响)在化学反响中，只有极少数的反响，反响物到生成物是一步完成的，即反响为分子相互作用，直接生成生成物分子，但极大多数反响是分成几步的，即几个连续过程来进展的，是非基元反响，也可说是几个基元反响组成的简单反响，这时的质量作用定律虽然适用于每一个过程，但往往不适用于总的反响例如：反响：2NO十2H2→N2+2H20由试验测得：v=k·[NO]2·[H2] 级数=3经讨论它是由下面两个连续的过程进展的1)2NO+H2→N2十H202(慢)(2) H202+H2→2H20 (快)在这两个过程中，其次个过程进展得很快，但是要使其次个过程发生，必需先有H202生成，而生成 H202的过程因进展得较缓慢，成为掌握整个反响速率的过程，所以总的反响速率取决于生成H202的速度，即v=k·[NO]2·[H2] 化学反响速率和反响物浓度之间的定量关系，除适用于气体反响之外，也适用于溶液中的反响在多相反响中，对纯固体或纯液体，它们的密度是肯定的，也就是说它的浓度是肯定的。

因此，在质量作用定律表达式中，通常不包括固态或液态纯物质的浓度(即这些浓度是常数，可并入速率常数内)例：C(s)+O2(g) →CO2(g)v=k[O2](三)反响的活化能和催化剂发生反响的先决条件是反响物分子间的相互碰撞一般说来，在气相反响体系中，反响物分子间的相互碰撞时机还是比拟多的，但并非每一次碰撞都能发生反响由于在化学反响过程中，反响物原子间的化学键必需先减弱以致裂开，然后再与其他原子形成新的化学键，生成新物质因此，只有那些具有足够能量的反响物分子(或原子)间的碰撞才有可能引发反响这种能够发生反响的碰撞叫做有效碰撞依据气体分子运动理论，在任何给定的温度下，体系中各分子具有的动能是不同的，但分子能量的分布却有肯定的规律，而且体系中分子具有肯定的平均能量，对很多反响来说，在通常状况下，大多数分子的动能不够大，它们间的碰撞不能发生化学反响，而只有少数能量足够高的分子才有可能发生有效碰撞，从而发生反响，这种分子叫做活化分子，通常把活化分子所具有的最低限能量与反响物分子平均能量之差称为活化能E现代反响速率理论认为：当反响物的活化分子相互碰撞或彼此接近时，先形成“活化络合物”：AB+C→[A…B…C]→A+BC反响物 活化络合物 产物一般化学反响的活化能在60～240kJ·mol-1之间。

可以预料，反响的活化能愈小，反响速率愈大通过上述争论可以说明浓度，温度和催化剂对反响速率的影响：(1) 当反响物浓度增大时，单位体积内分子总数增多，活化分子数相应增多，单位时间内有效碰撞次数也增多，因此，反响速率就加快2)当温度上升时，反响物分子运动速度增加，使单位时间内分子间的碰撞次数增加更重要的是分子的平均能量增加了，使活化分子所占的百分数大大增加，温度即使上升不多往往会使活化分子的百分数成倍、成十倍地增加，因此上升温度常能使反响速率快速地增加3)催化剂：是能增加化学反响速率，而本身的组成，质量和化学性质在反响前后保持不变的物质催化剂能转变反响的历程，降低反响的活化能，从而大大增加了活化分子的百分数，明显增加反响速率。