化学平衡_科普之友

我们知道，化学反应往往需要在一定的条件下进行。例如，H2和N2化合生成NH3的反应，就需要在高温、高压和有催化剂存在的条件下进行。又如，从理论上讲，NO和CO可以反应生成CO2和N2，但是在没有催化剂存在时，这个反应的速率非常小，否则，汽车尾气中的这两种有毒气体在排放前就进行反应，可以大大改善汽车尾气对大气造成的污染，但实际上，这个美好的愿望目前还未能顺利地予以实现。可见，研究化学反应的条件对日常生活、工农业生产和科学研究等具有重要的意义。为什么一个反应的进行需要这样或那样的条件呢？这就要从以下两个方面来认识：一个是反应进行的快慢，即化学反应速率问题；一个是反应进行的程度，也就是化学平衡问题。这两个问题不仅是今后学习化学所必需的基础理论知识，也是研究化工生产适宜条件时所必须了解的化学变化的规律。
　　
　　在这一章里，我们将在高一化学反应速率知识的基础上，重点学习化学平衡的有关知识，然后将运用化学平衡等有关理论，分析一些简单的化工生产的实际问题。
　　
　　第一节影响化学反应速率的条件
　　
　　我们已经知道，通常可用单位时间里反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示化学反应速率。许多实验和事实也都证明，浓度、压强（主要对有气体参加的反应）、温度、催化剂等条件能影响化学反应速率。为什么浓度、压强、温度、催化剂等外界条件能影响化学反应速率呢？我们这一节将要探讨这些问题。
　　
　　一、浓度对化学反应速率的影响
　　
　　我们知道，化学反应的过程就是反应物分子中的原子重新组合成生成物分子的过程，也就是反应物分子中化学键的断裂、生成物分子中化学键的形成过程。旧键的断裂和新键的形成都是通过反应物分子（或离子）的相互碰撞来实现的，如果反应物的分子（或离子）相互不接触、不碰撞，就不可能发生化学反应。因此，反应物分子（或离子）间的碰撞是反应发生的先决条件。以气体的反应为例，任何气体中分子间的碰撞次数都是非常巨大的。在101kPa和500℃时，0.001mol/L的HI气体，每升气体中，分子碰撞达每秒3.5×1028次之多。如果每次碰撞都能发生化学反应，HI的分解反应瞬间就能完成，而事实并不是这样的。又如，在常温常压下，H2和O2的混合物可以长时间放置而不发生明显的反应，可见反应物的分子的每次碰撞不一定都能发生化学反应，能够发生化学反应的碰撞是很少的。我们把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞，把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子。
　　
　　活化分子具有比普通分子更高的能量，在碰撞时有可能克服原子间的相互作用而使旧键断裂。但活化分子碰撞时，也不是每一次都能起反应的，还必须在有合适的取向时的碰撞才能使旧键断裂。
　　
　　例如，HI分子的分解反应
　　
　　有可能有以下几种碰撞。
　　
　　在（1）中，HI分子没有足够的能量，因此碰撞过轻，两个分子又彼此弹离；在（2）中，由于碰撞没有合适的取向，因此两个分子也彼此弹离；在（3）中，分子具有足够的能量且碰撞的取向合适，成为活化分子的有效碰撞，因此导致H—I键的断裂及H—H键和I—I键的形成，即HI发生分解反应，生成了H2和I2。
　　
　　在其他条件不变时，对某一反应来说，活化分子在反应物分子中所占的百分数是一定的，因此，单位体积内活化分子的数目与单位体积内反应物分子的总数成正比，也就是和反应物的浓度成正比。当反应物浓度增大时，单位体积内分子数增多，活化分子数也相应增大。譬如原来每单位体积里有100个反应物的分子，其中只有5个活化分子，如果每单位体积内的反应物分子增加到200个，其中必定有10个活化分子，那么单位时间内的有效碰撞次数也相应增多，化学反应速率就增大。因此，增大反应物的浓度可以增大化学反应速率。
　　
　　二、压强对化学反应速率的影响
　　
　　对于气体来说，当温度一定时，一定量气体的体积与其所受的压强成反比。这就是说，如果气体的压强增大到原来的2倍，气体的体积就缩小到原来的1/2，单位体积内的分子数就增大到原来的2倍，如图3－3所示。所以，增大压强，就是增加单位体积里反应物的物质的量，即增大反应物的浓度，因而可以增大化学反应速率。
　　
　　相反，减小压强，气体的体积就扩大，浓度减小，因而化学反应速率也减小。
　　
　　如果参加反应的物质是固体、液体或溶液时，由于改变压强对它们体积改变的

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