高中化学平衡那里有点乱，有很多原理都是背的，我可不可以学一下大学化学明白一下原理？

发布时间：

2024-09-09 08:42

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我用两个反应，让你知道什么是化学反应原理

化学选修4叫什么↓

化学选修四叫做化学反应原理，不是背书的课程。
比起易错点，更重要的应该是把握化学反应的原理。

只来一个反应，把反应原理讲清楚。

$N_{2}+3H_{2}⇋2NH_{3} \Delta H=-92.3kJ/mol$

第一个问题，反应是如何发生的？

有效碰撞理论！（2019新人教版选择性必修1 P25-26）

反应由基元反应组成，基元反应的先决条件是反应物的分子发生有效碰撞。

有效碰撞理论来理解反应发生很不错，但是拿来判断，就不太得了。

这时来了一个新东西，叫吉布斯自由能。

$\Delta G=\Delta H-T\Delta S$

$\Delta G<0$ 反应就能进行，很好的判断方法。

第二个问题，反应进行的快慢谁决定？

联想物理中的运动的快慢， $v=\frac{s}{t}$

那么化学反应的快慢也可以这么算，反应物消耗量和生成物的生成量，并且由于反应有正反应和逆反应两个方向，因此有正反应速率和逆反应速率两种速率，都用下面式子计算。

$v=\frac{\Delta c}{\Delta t}$

正反应速率是反应物浓度的消耗量，逆反应速率是生成物浓度的消耗量。

现在只是定义了速率计算公式，具体到一个反应中，要怎么计算呢？

答案是，三段式

例如，氮气在 $\Delta t$ 时间内的正反应速率

$v_{正N_{2}}=\frac{a}{V\Delta t}$

同样，由于 $\Delta t$ 是一段时间，因此这个反应速率是平均速率。这是一个定义式，从定义式里面，我们不知道谁决定了反应的快慢。

这里又要回到第一个问题里面提到的有效碰撞理论，你可以这么想，是不是碰撞得越快，反应就会越剧烈，从而反应速率越快。

那么，怎么才能使反应碰撞的越剧烈呢？

中国有句俗话，叫做人多屁股乱。一定空间内，人越多，越容易出问题，越容易碰撞，一定空间内的反应物多少怎么衡量？

$c=\frac{n}{V}$

用反应物的浓度来衡量，浓度越大，瞬时反应速率越快

压强也是一个道理

$PV=nRT$

$P=cRT$

浓度越大，压强越大，所以，压强越大，瞬时反应速率也越快。

继续来思考，还是这一群人，关在密闭空间，温度越高越烦躁，越容易发生冲突，换言之就是发生反应越快。因此，温度越高，瞬时反应速率也越快。

还是这一群人，关在密闭空间，扔进去一块黄金，懂得都懂，抢啊。这就打起来了，反应发生，速率很快。因此，加入催化剂能够改变化学反应的速率。

总结一下，TcP催，四个因素会影响化学反应的瞬时速率。

$N_{2}+3H_{2}⇋2NH_{3}$

$v_{正}=k_{正}c{（N_{2}）}c^{3}{（H_{2}）}$

$v_{逆}=k_{逆}c^2（NH_{3}）$

以上都是反应的瞬时速率表达式。

看到这里，你肯定会有疑问，前面的k正、k逆是什么？浓度上面的指数是什么？

k正、k逆是反应的常数，只受温度影响
浓度上面的指数是方程式对应物质前面的计量数

到这里，终于知道反应的快慢受谁影响了吧。

既然是可逆反应，并且反应物浓度不断减小，正反应速率不断减小；同样的生成物浓度不断增大，逆反应速率不断增大。那么会不会反应进行到一定程度，正逆反应速率相等，反应就不进行了。

那么这个反应进行的程度到多少，迫切关心，进行的越大，生成物越多，产品越多，赚钱越多，爽歪歪。
下一个问题应运而生。

第三个问题，反应进行的程度到多少？

又回到我们的三段式，反应进行了多少。也可以说是平衡时反应进行到什么程度了。

定义一个新的指标，叫做平衡转化率，简而言之，就是反应掉了多少物质，反应得多就是反应进行程度大。

$平衡转化率=\frac{\frac{a}{V}}{\frac{1}{V}}=a$

这个数值越大越好。

可是平衡转化率是测量出来的，只是用来计算反应转化了多少的反应物，并没有告诉我们反应什么情况下会达到平衡。

还记得平衡标志吗？

正逆反应速率相等，逆等动定变。

$N_{2}+3H_{2}⇋2NH_{3}$

$v_{正}=k_{正}c{（N_{2}）}c^{3}{（H_{2}）}=v_{逆}=k_{逆}c^2（NH_{3}）$

这样就达到平衡了。

看起来有点别扭，来移个项。

$\frac{k_{正}}{k_{逆}}=\frac{c^2（NH_{3}）}{c{（N_{2}）}c^{3}{（H_{2}）}}$

定义这个比值叫化学平衡常数K，每一个反应都有他的平衡常数，这个比值等于某一个定值，实验做出来也是这样。

$K=\frac{k_{正}}{k_{逆}}=\frac{c^2（NH_{3}）}{c{（N_{2}）}c^{3}{（H_{2}）}}$

那么，我们的问题就回答完了，反应会进行到与平衡常数K的比值相等为止。且平衡常数K只受温度的影响，跟前面说的 $k_{正}$ 和 $k_{逆}$ 有关系。

人类的欲望总是无法满足的，氮气和氢气太多了不值钱，氨气可以拿去做化肥，这个来钱，如果氮气和氢气能够反应完全，都变成氨气，赚大发了。并且反应的速率还要快，早日赚钱，早日买房。
黑手开始伸向对反应的控制了，怎么使化学反应又快，进行的程度又大，下一个问题。

第四个问题，反应如何调控？（控制速率，控制平衡移动）

$N_{2}+3H_{2}⇋2NH_{3}$

还是这个反应，反应已经达到平衡了，我想要让反应往右移动，产生更多的氨气，是不是只要提高正反应速率就可以了，只要正反应速率大于逆反应速率，平衡就会往又移动。

$v_{正}=k_{正}c{（N_{2}）}c^{3}{（H_{2}）}$

提高氮气的浓度，提高氢气的浓度，增加 $k_{正}$ 平衡向右移动。 $k_{正}$ 的增加看 $\Delta H$ ，如果反应是放热反应，就要降低温度，反应才能向右移动。

催化剂同等影响正逆反应速率，不影响平衡移动。

熟悉吧，勒夏特列原理
如果改变可逆反应的条件（如浓度、压强、温度等），化学平衡就被破坏，并向减弱这种改变的方向移动。

总结一下，改变速率找TcP催，改变平衡找TcP，速率的相对大小影响平衡的移动。平衡常数很重要。

第五个问题，拓展到水溶液中的离子平衡

只讲原理，从一句俗语叫强酸制弱酸的开始。理解了强酸制制弱酸，水溶液离子平衡对你so easy！

先来看看强酸怎么制弱酸的，来个最简单的，盐酸制碳酸

$CaCO_{3}+2HCl=CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow$

这个反应初中就学过，应该不陌生吧。

如果你只是会背，盐酸是强酸，碳酸是弱酸，在反应中碳酸不稳定易分解得到 $CO_{2}$ 和 $H_{2}O$ ，所以只能强酸制弱酸，那真是gg了。

难度慢慢上升，等着接招。

第一层，知道强酸和弱酸，是复分解反应

$CaCO_{3}$ 和 $HCl$ 反应是复分解反应^[1]

复分解反应是由两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应。

相互交换成分就得到 $CaCl_{2}$ 和 $H_{2}CO_{3}$ ， $H_{2}CO_{3}$ 不稳定易分解得到 $H_{2}O$ 和 $CO_{2}$ 。因此就得到 $CaCO_{3}+2HCl=CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow$ 。

并且观察到很多类似反应，都是由三大强酸（盐酸、硫酸、硝酸）反应得到弱酸（如碳酸等），这样就得到了强酸制弱酸的规律。

你是不是这么记下来的，强酸制弱酸。

第二层，会进行离子化处理，区分氧化还原反应和离子反应

离子反应在2019人教版高中化学必修第一册第一章第二节。氧化还原反应在2019人教版高中化学必修第一册第一章第三节。

$CaCO_{3}$ 是难溶电解质， $HCl$ 溶于水后生成 $H^{+}$ 和 $Cl^{-}$ ， $H^{+}$ 会和 $CaCO_{3}$ 中的 $CO_{3}^{2-}$ 发生反应结合生成 $H_{2}CO_{3}$ ， $H_{2}CO_{3}$ 不稳定易分解，因此得到 $CaCO_{3}+2HCl=CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow$ 。

反应原因是 $H^{+}$ 和 $CO_{3}^{2-}$ 不能共存，思考角度变成找不能共存的离子，只要他们不共存，必然会发生反应。

来一个这个， $H_{2}S+Cl_{2}=S\downarrow+2HCl$ ，是弱酸制强酸，也与规则不同，生成了沉淀，反应仍然能够进行。你会说，这个是氧化还原反应，类型不同，跟强酸制弱酸无关。

那我们换另一个很熟悉的反应 $H_{2}S+CuSO_{4}=CuS\downarrow+H_{2}SO_{4}$ ，离子反应，弱酸制强酸了吧，与规则不符，可是生成了沉淀，反应仍然能够进行。

第三层，会运用平衡分析

还是我们的 $CaCO_{3}+2HCl=CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}$ ，你会不会疑惑， $CaCO_{3}$ 不是难溶电解质吗，哪来的 $CO_{3}^{2-}$ ？

这就要看看化学反应原理了，2019人教版化学选择性必修1第三章第四节沉淀溶解平衡。

难溶电解质其实也可溶，只是溶解度很小，达到了溶解平衡

$CaCO_{3}⇋Ca^{2+}+CO_{3}^{2-}$ ，溶度积为 $K_{sp}=c（Ca^{2+}）*c（CO_{3}^{2-}）$

所以溶液中的碳酸根离子是这么来的， $H^{+}$ 和 $CO_{3}^{2-}$ 反应会生成 $H_{2}CO_{3}$ ，使得溶解平衡不断向右移动，反应进行。

这只是解决了为什么会有碳酸根的产生，可是为什么 $H^{+}$ 和 $CO_{3}^{2-}$ 反应会生成 $H_{2}CO_{3}$ ，还没有说清楚。

同样看化学反应原理了，2019人教版化学选择性必修1第三章

其实就是氢离子跟碳酸根结合而不跟氯离子结合，为什么？

因为氯离子不会水解，而碳酸根会水解，其实不是结合，是影响平衡移动。

$CO_{3}^{2-}+H_{2}O⇋HCO_{3}^{-}+OH^{-}$

$HCO_{3}^{-}+H_{2}O⇋H_{2}CO_{3}+OH^{-}$

$H^{+}$ 与 $OH^{-}$ 反应生成 $H_{2}O$ ，反应不断正向进行，生成 $H_{2}CO_{3}$ ， $H_{2}CO_{3}$ 不稳定易分解，得到 $H_{2}O$ 和 $CO_{2}$ ，又得到了 $CaCO_{3}+2HCl=CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow$ 。