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北京市一零一中学2013年高中化学竞赛 第7讲 化学反应速率与化学平衡


第7讲 化学反应速率与化学平衡 【竞赛要求】 反应速率基本概念。反应级数。用实验数据推求反应级数。一级反应积分式及有关计算(速率常数、 半衰期、碳-14 法推断年代等等) 。阿累尼乌斯方程及计算(活化能的概念与计算;速率常数的计算;温 度对速率常数影响的计算等) 。活化能与反应热的关系。反应机理一般概念。推求速率方程。催化剂对反 应影响的本质。标准自由能与标准平衡常数。平衡常

数与温度的关系。平衡常数与转化率。利用平衡常数 的计算。热力学分解温度(标态与非标态) 。克拉贝龙方程及其应用(不要求微积分) 。 【知识梳理】 一、化学反应速率 (一)反应速率及其表示方法 在化学反应中,某物质的浓度(物质的量浓度)随时间的变化率称反应速率。反应速率只能为正值, 且并非矢量。 1、平均速率 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。 ?= ? ?c ?t (7-1) 当△c 为反应物浓度的变化时,取负号;△c 为生成物浓度的变化时,取正号。如: 2 N2O5 ? 4 NO2 + O2 -3 反应前浓度/ mol·dm 2.10 0 0 -3 100s 后浓度/ mol·dm 1.95 0.30 0.075 -3 浓度变化(△c)/ mol·dm – 0.15 0.30 0.075 变化所需时间 (△t)/s 100 ?c N 2O5 ? 0.15 -3 -3 -1 ? N 2O5 = – = – = 1.5×10 mol·dm ·s ?t 100 ?c NO2 0.30 -3 -3 -1 ? NO2 = = = 3.0×10 mol·dm ·s ?t 100 ? c O2 0.075 -4 -3 -1 ? O2 = = = 7.5×10 mol·dm ·s ?t 100 显然,以上计算所得的反应速率是在时间间隔为△t 时的平均速率,他们只能描述在一定时间间隔内 反应速率的大致情况。 2、瞬时速率 若将观察的时间间隔△t 缩短,它的极限是△t ? 0,此时的速率即为某一时刻的真实速率—— 瞬时 ?c dc 速率: )= ? (7-2) ? 瞬时 = lim( ? △t ? 0 ?t dt 对于下面的反应来说,a A+ b B = g G+ h H 其反应速率可用下列任一表示方法表示: – dc dc A dcB dc ,– , G , H dt dt dt dt (7-3) 注意:这几种速率表示法不全相等,但有下列关系: dc dc 1 1 dc 1 dc H 1 – · A = – · B = · G = · g b h a dt dt dt dt 瞬时速率可用实验作图法求得。即将已知浓度的反应物混合,在指定温度下,每隔一定时间,连续取 样分析某一物质的浓度,然后以 c – t 作图。求某一时刻时曲线的斜率,即得该时刻的瞬时速率。 (二)反应速率理论简介 1、碰撞理论 化学反应的发生,总要以反应物之间的接触为前提,即反应物分子之间的碰撞是先决条件。 没有粒 子间的碰撞,反应的进行则无从说起。看如下计算数据。有反应:2HI(g)→ H2(g)+ I2(g) -3 -3 反应物浓度:10 mol·dm (不浓) 反应温度:973 K 3 28 计算结果表明,每 s 每 dm 的体积内,碰撞总次数为:3.5×10 次 28 23 4 -3 -1 计算反应速率为: ? = 3.5×10 /6.02×10 = 5.8×10 mol·dm ·s 1 实际反应速率为:1.2×10 mol·dm ·s 相差甚远,原因何在? (1)有

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