化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)與速率常數(shù)關(guān)鍵點(diǎn)探析

孫洪海

(大慶師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 大慶 163712)

0 引言

在無機(jī)化學(xué)化學(xué)熱力學(xué)部分，平衡常數(shù)K?是溫度的函數(shù)，即K?=f(T)；化學(xué)動力學(xué)部分，k是溫度的函數(shù)，即k=f(T)。他們之間存在著重要的關(guān)系，溫度升高或降低，K?、k如何變化有重要的研究價(jià)值。

1 公式概述[1-3]

1.1 公式的來源

對于任一指定的化學(xué)反應(yīng)平衡系統(tǒng)，

aA+bB=dD+eE

(1)

(2)

1.2 公式的作用

1)通過式(1)分析，當(dāng)體系溫度升高時(shí)平衡向吸熱方向移動；降低溫度時(shí)平衡向放熱方向移動；

2)通過式(2)分析，當(dāng)體系溫度升高時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)增大，正反應(yīng)速率增大；溫度降低，反應(yīng)速率常數(shù)降低，正反應(yīng)速率減小。

對式(2)進(jìn)行分析可以得到：

①已知Ea，由一個(gè)T條件下的k值可計(jì)算得到另一個(gè)T條件下的k值；

②T變化相同時(shí)，Ea大的k值增加得多；

③ 低溫區(qū)改變溫度對速率的影響比高溫區(qū)要大。

1.3 能量關(guān)系

對于任一指定的化學(xué)反應(yīng)平衡系統(tǒng)，aA+bB=dD+eE，用圖1說明反應(yīng)進(jìn)程。

圖1 反應(yīng)的能量變化

2 溫度變化對化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)與速率常數(shù)的影響

對于任一的化學(xué)反應(yīng)平衡系統(tǒng)，平衡常數(shù)K?、k都是溫度的函數(shù)，那么，溫度升高(或降低)，K?、k是怎樣變化的？

因?yàn)槠胶獬?shù)K?反映了反應(yīng)的趨勢、程度和反應(yīng)的徹底性，是正逆反應(yīng)速度相等達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志。K?=k正/k逆，很顯然，溫度影響k，也必然影響K?。溫度升高，正逆反應(yīng)速度都增加，但增加的倍數(shù)是不同的，即速率常數(shù)的比值是不同的，K?不同。

從阿侖尼烏斯(Arrhenius)公式來看：

(3)

若溫度由T1升高至T2，速率常數(shù)k2/k1之比與活化能Ea成正比。Ea數(shù)值大，k2/k1大。

我們知道，對于放熱反應(yīng)正反應(yīng)的活化能Ea正小于逆反應(yīng)的活化能Ea逆，當(dāng)溫度由T1升高至T2時(shí)，k2正/k1正k2逆/k1逆，v正>v逆，平衡向正反應(yīng)方向即吸熱方向移動，K?增大。

對于任一指定的化學(xué)反應(yīng)

aA+bB=dD+eE

如果此反應(yīng)是基元反應(yīng)，則k是反應(yīng)速率常數(shù)；如果此反應(yīng)是復(fù)雜反應(yīng)，則k是通過幾個(gè)基元反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)求得，所以無論是基元反應(yīng)，還是復(fù)雜反應(yīng)，均可以進(jìn)行如下運(yùn)算。

根據(jù)阿侖尼烏斯(Arrhenius)公式：

(4)

(5)

由式(4)(5)得：

所以：

(6)

式(5)與式(1)是一樣的，表明了溫度對平衡常數(shù)的影響。

3 結(jié)語

化學(xué)熱力學(xué)描述化學(xué)反應(yīng)的宏觀表現(xiàn)(即化學(xué)過程方向和限度)，化學(xué)動力學(xué)描述化學(xué)反應(yīng)的微觀表現(xiàn)(化學(xué)過程速率和反應(yīng)機(jī)理)。通過化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)推導(dǎo)出不同溫度下化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)來看，化學(xué)熱力學(xué)與化學(xué)動力學(xué)是相互統(tǒng)一、緊密聯(lián)系的，是描述化學(xué)反應(yīng)的不同方式，是同一體系的兩個(gè)問題。

[參考文獻(xiàn)]

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