余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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化学反应速率方程设计的盲区——化学平衡

已有 1623 次阅读 2022-6-20 16:03 |系统分类:教学心得

        化学反应速率方程是化学动力学研究的核心内容. 一般认为研究化学动力学问题总要由实验拟合(或测定)出适合的化学反应速率方程,它不只是为了证实反应机理,也是研究化学反应速率的规律,寻找反应的适宜条件所必需的[1].

        本文拟依据化学动力学基本原理,探究现阶段化学反应速率方程设计的盲区——化学平衡.

 1. 化学反应速率方程的通式

        化学动力学认为对于化学计量反应:aA+bB+…→…+cC+dD       (1)

        式(1)对应的化学反应速率方程通式为:

                        (2)

        式(2)中k称反应速率常数, 其值主要由反应物本性、温度及催化剂决定;nAnBnCnD等分别为式(1)中A、B、C、D物质的分级数,化学反应总级数为“nA+nB+…+nC+nD”,各物质的分级数及式(1)的总级数只能由实验测出.

 2. 基元反应化学反应速率方程通式

        基元反应是指反应物一步变成生成物的化学反应,期间没有任何中间步骤或中间产物出现. 基元反应是特殊类型化学反应,其化学反应速率方程遵守质量作用定律. 

        假设式(1)为基元反应,则其对应的化学反应速率方程可表示为:

          (3)

        式(3)也称质量作用定律,它表示的是基元反应浓度对化学反应速率的影响,可表述为:基元反应化学反应速率与反应物浓度的幂乘积成正比.

        式(3)中k称反应速率常数, 其值主要由反应物本性、温度及催化剂决定;a等分别为反应物A、B等物质的分级数,化学反应总级数为“a+b+…”,各反应物分级数及式(1)总级数可以由基元反应的化学反应速率方程式直接观察得到.

 3. 化学平衡

        化学平衡是化学反应普遍存在的一种客观现象,化学平衡建立后,系统所处状态不再改变,系统所有的状态函数均确定,并且单值. 此时化学反应净速率恒为0,即式(2)及(3)中vA≡0.

        由式(2)及(3)可知:由于反应速率常数k通常不为0,vA要想为0, 必须是cAcB或其它反应物浓度中任一项为0,本质上意味着某一反应物消耗完,即反应结束.

        由上分析可知:现有化学反应速率方程的设计思想中并不包括化学平衡内容.

4. 结论

  ⑴现有化学反应速率方程的设计思想中并不包括化学平衡内容

  ⑵化学反应速率方程中的化学反应速率常数、反应级数、活化能等动力学参数均为数学拟合参数.

参考文献

[1]天津大学物理化学教研室编. 物理化学(下册,第四版). 北京:高等教育出版社,2001,12:200-201.




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