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第二章 化学反应速率与化学平衡
第一节 化学反应速率
一、化学反应速率
1、化学反应速率：定量描述 化学反应快慢 程度的物理量。
2、表示方法：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。
（1）表达式：V=Δc/Δt
（2）单位：mol/(L·min)或mol/(L·s)
3、化学反应速率的测定
（1）测定原理：利用与化学反应中任何一种化学物质的 浓度 相关的可观测量进行测定。
（2）测定方法
①直接观察测定：如 释放出气体的体积 和 体系的压强 等。
②科学仪器测定：在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，可利用 颜色变
化 和 显色物质与浓度 变化间的比例关系测量反应速率。
4、化学反应速率的计算
（1）公式法：
v＝＝
v(反应物)＝ v(生成物)＝
（2）运用同一反应中“速率之比等于化学计量数之比”的规律进行计算。
对于一个化学反应：mA＋nB=== p C ＋ q D ，v(A)＝－，v(B)＝－，v(C)＝，v(D)＝，
且有：＝＝＝。
（3）“三段式”法
①求解化学反应速率计算题的一般步骤：
写出有关反应的化学方程式；找出各物质的起始量、转化量 、某时刻量；转化量之比等于
化学计量数之比；
先根据已知条件列方程计算：
反应： mA(g)＋nB(g) ＝ pC(g)
起始浓度/mol·L－1： a b c
转化浓度/mol·L－1 ： x
某时刻(t s)浓度/mol·L－1： a－x b－ c＋
再利用化学反应速率的定义式求算：
v(A)＝ mol·L－1·s－1； v(B)＝ mol·L－1·s－1； v(C)＝ mol·L－1·s－1。
②计算中注意以下量的关系。
对反应物： c ( 起始 ) － c ( 转化 ) ＝c(某时刻)； 对生成物： c ( 起始 ) ＋ c ( 转化 ) ＝
c(某时刻)；
转化率＝×100%。
二、影响化学反应速率的因素
学科网（北京）股份有限公司1、实验Ⅰ：定性探究影响化学反应速率的外界因素
实验原理：NaSO ＋HSO ===NaSO ＋SO ↑＋S↓＋HO 2H O=====2HO＋
2 2 3 2 4 2 4 2 2 2 2 2
O↑
2
影响因素 实验步骤 实验现象 实验结论
均出现 浑浊 ，但后者 出 增大浓度，化学反应
浓度
现浑浊更快 速率 增大
混合后均出现 浑浊 ，但
升高温度，化学反应
温度 70 ℃热水一组 首先出现浑
速率 增大
浊
前者 无明显现象 ，后者 出 催化剂能 加快 化
催化剂
现大量气泡 学反应速率
2、实验Ⅱ：反应速率的定量测定和比较
反应时间 反应速率
加入试剂 实验结论
(填“长”或“短”) (填“快”或“慢”)
40 mL 1 mol·L－1硫酸 长 慢 4 mol·L－1硫酸与锌反应比1 mol·L－1
40 mL 4 mol·L－1硫酸 短 快 硫酸与锌反应的速率 快 。
3、影响化学反应速率的其他因素
（1）浓度：底物浓度越大，化学反应速率 越快 。
（2）温度：当其他条件相同时， 升高温度 反应速率增大， 降低温度 反应速率减小。
（3）催化剂：同一反应，用不同催化剂，反应速率不相同。
学科网（北京）股份有限公司（4）压强：对有气体参加的反应，压强对化学反应速率的影响可简化理解如下
①对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成 反比 ，其他条
件不变时，增大压强，气体体积 缩小 ，浓度 增大 。
②对于有气体参加的化学反应，在相同温度下，增大压强 ，反应速率 增大 ；减小压强
，反应速率 减小 。
三、活化能
1、有效碰撞：能够 发生化学反应 的碰撞。
2、无效碰撞：不能够 发生化学反应 的碰撞。
3、活化分子：能够发生 有效碰撞 的分子。
4、活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的 平均能量之差 。
5、反应物、生成物的能量与活化能的关系图
活化能越小，普通分子就越容易变成 活化分子 。如图所示：反应的活化能是E ，反应热
1
是E－E。
1 2
6、有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释
（1）浓度：反应物浓度增大→单位体积内活化分子数 增多 →单位时间内有效碰撞的次
数 增加 →反应速率 增大 ；反之，反应速率 减小 。
（2）压强：增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数 增多
→单位时间内有效碰撞的次数 增加 →反应速率 增大 ；反之，反应速率 减小 。
（3）温度： 升高温度→活化分子的百分数 增大 →单位时间内有效碰撞的次数 增加
→反应速率 增大 ；反之，反应速率 减小 。
（4）催化剂：使用催化剂→改变了反应的历程(如上图)，反应的活化能 降低 →活化分
子的百分数 增大→单位时间内有效碰撞的几率 增加 →反应速率 加快 。
第二节 化学平衡
一、化学平衡状态
1、可逆反应：在相同条件下，既能向 正反应 方向进行，同时又能向 逆反应 方向进
行的反应。
2、化学平衡状态的建立
（1）如图1所示，N 与H 随着反应的进行，其浓度逐渐 减小 ，v 逐渐 减小 ，而
2 2 正
c(NH )逐渐 增大 ，v 逐渐 增大 ，t 时刻，它们的浓度不再改变，v ＝v ，反应达
3 逆 1 正 逆
到平衡。
学科网（北京）股份有限公司（1）如图2所示，随着NH 的分解，其浓度逐渐 减小 ，v 逐渐 减小 ，而c(N )、
3 逆 2
c(H )逐渐 增大 ，v 逐渐 增大 ，t 时刻起，它们的浓度不再改变， v ＝ v ，反应
2 正 2 正 逆
达到平衡。
3、化学平衡状态：在一定条件下的可逆反应，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成
物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了
“限度”，这时的状态我们称为化学平衡状态，简称化学平衡。
二、化学平衡常数
1、化学平衡状态时浓度数据分析
分析课本表2－1：457.6 ℃时反应体系H(g)＋I(g) 2HI(g)中各物质的浓度数据，我们可以
2 2
发现以下规律：
⇄
（1）无论该反应从正向进行还是从逆向进行，平衡时，只要温度一定，的值近似相等。
（2）无论反应物或生成物的浓度如何改变，平衡时只要温度一定，的值也近似相等。
2、化学平衡常数：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物 浓度幂之积
与反应物 浓度幂之积 的比值是一个常数，用符号 K 表示。
3、浓度商与化学平衡常数的表达式
（1）浓度商：对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的称为 浓
度商 ，常用 Q 表示，即Q＝。
⇄
（2）化学平衡常数表达式：当在一定温度下达到化学平衡时，K＝。
（3）Q与K关系：当反应中有关物质的浓度商 等于 平衡常数时，表明反应达到化学平
衡状态。
三、影响化学平衡的因素
1、浓度对化学平衡移动的影响
实验原理 Fe3＋＋3SCN－ ⇄ Fe(SCN) 3 (红色)
实验操作
现象与结论 b溶液颜色变浅，平衡向逆反应方向移动 c溶液颜色变深，平衡向正反应方向移动
发生Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe3＋浓度减小，Q＝
理论解释 c(SCN－)增大，Q＝减小，Q＜K，平衡正
增大，Q＞K，平衡逆向移动
学科网（北京）股份有限公司向移动
2、化学平衡移动：在一定条件当可逆反应达到平衡状态后，如果 浓度 、 压强 、温
度等反应条件改变，原来的平衡状态被破坏，平衡体系的物质组成也会随着 改变 ，直
至达到新的平衡状态。这种由 原有的平衡状态 达到 新的平衡状态 的过程。
3、化学平衡移动方向的判断
当Q＝K时：反应处于 平衡 状态， v ＝ v ；
正 逆
当Q＜K时：反应向 正反应方向 进行，v ＞v ；
正 逆
当Q＞K时：反应向 逆反应方向 进行，v ＜v 。
正 逆
4、压强变化对化学平衡移动的影响
实验原理 2NO2 N2O4
⇄
实验步骤
活塞Ⅱ处→Ⅰ处，压强增大 活塞Ⅰ处→Ⅱ处，压强减小
实验现象 混合气体的颜色先 变深 又逐渐 变浅 混合气体的颜色先 变浅 又逐渐 变深
活塞往里推，体积减小，压强增大，c(NO )增大，颜色变深，但颜色又变浅，说明
2
c(NO )减小，平衡向 正反应 方向移动。
2
实验结论
活塞往外拉，体积增大，压强 减小 ，c(NO )减小，颜色变浅，但气体颜色又变深，
2
说明c(NO )增大，平衡向 逆反应 方向移动
2
5、温度对化学平衡移动的影响
实验原理 红棕 N2O4gΔH＝－56.9 kJ·mol－1
色
⇄
实验步骤
实验现象 热水中混合气体颜色 加深 ；冰水中混合气体颜色 变浅
混合气体受热颜色 加深 ，说明NO 浓度 增大 ，即平衡向 逆反应 方向移动；
2
实验结论
混合气体被冷却时颜色 变浅 ，说明NO 浓度 减小 ，即平衡向 正反应 方向移动
2
6、勒夏特列原理：如果改变影响平衡的条件之一(如温度、浓度、压强等)，平衡将向着能
够 减弱 这种改变的方向移动。
7、化学平衡图像的类型及特点
（1）速率—时间图像(v－t图像)
学科网（北京）股份有限公司Ⅰ.正反应速率突变，逆反应速率渐变，v′ ＞v′ ，说明是增大了 反应物的浓度 ，使正反
正 逆
应速率突变，且平衡 正向 移动。
Ⅱ.v 、v 都是突然减小的，v′ ＞v′ ，平衡 正向 移动，说明该反应的正反应可能是
正 逆 正 逆
放热 反应或气体总体积增大 的反应，改变的条件是 降低温度 或 减小压强 。
Ⅲ.v 、v 都是突然增大的，并且v 、v 增大程度相同，说明该化学平衡 没有发生 移
正 逆 正 逆
动，可能是使用了 催化剂 ，也可能是对反应前后气体总体积不发生变化的反应增大压
强所致。
（2）百分含量—时间—温度图像
Ⅰ.T＞T，温度升高，平衡 逆向 移动，正反应是 放热 反应。
2 1
Ⅱ.p ＞p ，压强增大，A(反应物)的转化率 减小 ，说明正反应是气体总体积 增大 的
2 1
反应。
Ⅲ.生成物C的百分含量 不变 ，说明平衡 不发生 移动，但反应速率a＞b，故a可能
使用了 催化剂 ；若该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应，a也可能是增大了压
强。
第三节 化学反应的方向
1、自发过程和自发反应的比较
自发过程 自发反应
在一定条件下， 不用借助外力 ，就能自 在给定的条件下，可以 自发 进行到显著
含义
发进行的过程。 程度的化学反应。
具有 方向性 ，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯
特征
定不能自发进行 。
举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈
可被用来完成有用功。如H 燃烧可设计成 原电池 。
2
应用
非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为 H 和 O 。
2 2
2、化学反应进行方向的判据
（1）焓变与反应的方向
学科网（北京）股份有限公司放热反应过程中体系能量 降低 ，因此具有 自发 进行的倾向，科学家提出用 焓变
来判断反应进行的方向，这就是 焓判据 。
①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。②有些吸热反应也可以自发
进行，如：
2NO(g) 4NO (g)＋O(g) ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。
2 5 2 2
（2）熵变与反应的方向
⇄
①体系的熵值：体系的 混乱程度 越大，体系的熵值就 越大 。
②同一物质的熵值：S(g)＞S(l)＞S(s)，同一条件下，不同物质的 熵值 不同。
（3）熵判据：体系有自发地向混乱度 增加 (即熵增)的方向转变的倾向，因此可用 熵
变 来判断反应进行的方向。
3、自由能与化学反应的方向
（1）自由能：符号为 Δ G ，单位为kJ·mol－1。
（2）自由能变化与焓变、熵变的关系：ΔG＝ Δ H － T Δ S 。ΔG不仅与 焓变 有关，还与
温度有关 。
（3）反应方向与自由能的关系
①当ΔG＜0时，反应 能自发进行 ；
②当ΔG＝0时，反应 处于平衡状态 ；
③当ΔG＞0时，反应 不能自发进行 。
第四节 化学反应的调控
1、合成氨反应的特点
合成氨反应：N(g)＋3H(g) 2NH (g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－
2 2 3
198.2 J·mol－1·K－1。
⇄
（1）自发性：常温(298 K)下， Δ H － T Δ S <0 ，能自发进行。
（2）可逆性：反应为 可逆 反应。
（3）体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积 缩小 的反应。
（4）焓变：ΔH<0，是 放热 反应。
2、工业合成氨的适宜条件
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强 10 ～ 30 MPa
温度 400 ～ 500 ℃
催化剂 使用 铁触媒 作催化剂
浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体 循环使用 ；及时 补充 N 和 H
2 2
3、合成氨的工艺流程
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