高中化学 · 化学反应与能量、速率与限度

速

化学反应与能量、速率与限度

Energy & Rate · 反应快慢与能不能到头

前面研究的是反应生成什么，这章研究两件新事：反应放热还是吸热（能量），以及反应快不快、能不能到底（速率与限度）。这是化学动力学的入门，也是工业选条件的依据。

①

热效应

放热/吸热 ΔH

②

反应速率

v=Δc/Δt

③

影响因素

浓度温压催化

④

化学平衡

可逆反应到头

开场场景：镁条扔进稀盐酸，试管烫手——这是放热；氢氧化钡晶体与氯化铵混合，试管外壁结冰——这是吸热。化学反应不仅改变化学物质，还伴随着能量的搬家。

卡必背方程式 / 概念

放热反应：反应物总能量 > 生成物总能量，ΔH<0（燃烧、中和、活泼金属与酸、大多数化合）

吸热反应：反应物总能量 < 生成物总能量，ΔH>0（大多数分解、Ba(OH)₂·8H₂O+NH₄Cl、C+CO₂）

反应速率 v = Δc/Δt，单位 mol/(L·s) 或 mol/(L·min)

影响速率：浓度越大、温度越高、压强越大（有气体）、加催化剂 → 速率越大

催化剂：降低活化能、同等程度加快正逆反应，不改变平衡，自身不变

可逆反应：同一条件下既能向正方向又能向逆方向进行，用 ⇌ 表示

化学平衡状态：v正=v逆，各组分浓度不再变化（动态平衡）

化学平衡特征：逆、等、动、定、变

口诀：放热焓负吸热正；速率看碰撞，平衡看 v 等。

义是什么

为什么有热效应：断键吸热、成键放热。反应的 ΔH = 反应物键能总和 − 生成物键能总和。反应物键能小、生成物键能大，成键放出的热多于断键吸收的热，整体放热。物质能量越低越稳定，放热反应后体系能量降低。

速率与平衡是两回事：速率是'快慢'，由碰撞频率和活化能决定；平衡是'限度'，是可逆反应最终停在哪个比例。催化剂能加快速率但不移动平衡——它让你更快到达终点，但终点位置不变。

路怎么学 / 怎么想

判断平衡状态的标志：直接标志是 v正=v逆 ≠ 0；间接标志是'各组分浓度、质量、百分含量不再变化'。注意：密度、平均摩尔质量不变不一定是平衡，要看反应前后气体分子数是否变化。

条件选择思路：工业合成氨要速率快又要平衡产率高——温度太高平衡左移产率低，太低速率慢；实际选 400~500℃（催化剂活性温度）、20~50 MPa、铁触媒，是速率与平衡的折中。

典型例题：三道

例1：下列反应属于吸热反应的是？A 铝热反应 B 中和反应 C 煅烧石灰石 D 食物腐败

审题：常见热效应。

选 C。CaCO₃ --高温--> CaO+CO₂↑ 是分解反应、吸热。其余均为放热。

例2：在 2 L 容器中，4 min 内 A 由 1.0 mol/L 降到 0.2 mol/L，v(A)=？

审题：速率计算。

Δc(A)=0.8 mol/L，v(A)=0.8/4=0.2 mol/(L·min)。

例3：对可逆反应 N₂+3H₂ ⇌ 2NH₃，下列说明达到平衡的是？A N₂消耗速率等于 NH₃ 生成速率 B 容器内压强不变 C N₂、H₂、NH₃ 浓度相等 D 正反应停止

审题：平衡标志。

选 B。反应前后气体分子数 4→2，压强不变说明不再变化；A 系数比不对（应 v(N₂):v(NH₃)=1:2）；C 浓度相等不代表不变；D 平衡是动态的，反应没停。

用途与案例

生活：暖宝宝

铁粉缓慢氧化放热，透过透气膜控制速率，持续发热 12 小时。

工业：合成氨

N₂+3H₂ ⇌ 2NH₃ ΔH<0，低温高压产率高，但实际选中温高速率——勒夏特列原理的经典妥协。

展往哪儿长

初中衔接：你见过的燃烧、呼吸、金属锈蚀都是放热；铵盐溶解是物理吸热不算化学反应。

选必一：定量计算反应热（盖斯定律）、化学平衡常数 K、平衡移动方向（勒夏特列）。

防坑警示

把'反应速率大'等同于'反应程度大'：速率快只说明到达平衡时间短，平衡位置由 ΔH 和条件决定，与速率无关。加催化剂不移动平衡。另外可逆反应不能进行到底，反应物转化率永远小于 100%。