化学反应平衡常数与速率常数关键点探析

孙洪海

(大庆师范学院 化学化工学院，黑龙江 大庆 163712)

0 引言

在无机化学化学热力学部分，平衡常数K⊖是温度的函数，即K⊖=f(T)；化学动力学部分，k是温度的函数，即k=f(T)。他们之间存在着重要的关系，温度升高或降低，K⊖、k如何变化有重要的研究价值。

1 公式概述[1-3]

1.1 公式的来源

对于任一指定的化学反应平衡系统，

aA+bB=dD+eE

(1)

(2)

1.2 公式的作用

1)通过式(1)分析，当体系温度升高时平衡向吸热方向移动；降低温度时平衡向放热方向移动；

2)通过式(2)分析，当体系温度升高时，反应速率常数增大，正反应速率增大；温度降低，反应速率常数降低，正反应速率减小。

对式(2)进行分析可以得到：

①已知Ea，由一个T条件下的k值可计算得到另一个T条件下的k值；

②T变化相同时，Ea大的k值增加得多；

③ 低温区改变温度对速率的影响比高温区要大。

1.3 能量关系

对于任一指定的化学反应平衡系统，aA+bB=dD+eE，用图1说明反应进程。

图1 反应的能量变化

2 温度变化对化学反应平衡常数与速率常数的影响

对于任一的化学反应平衡系统，平衡常数K⊖、k都是温度的函数，那么，温度升高(或降低)，K⊖、k是怎样变化的？

因为平衡常数K⊖反映了反应的趋势、程度和反应的彻底性，是正逆反应速度相等达到平衡状态的标志。K⊖=k正/k逆，很显然，温度影响k，也必然影响K⊖。温度升高，正逆反应速度都增加，但增加的倍数是不同的，即速率常数的比值是不同的，K⊖不同。

从阿仑尼乌斯(Arrhenius)公式来看：

(3)

若温度由T1升高至T2，速率常数k2/k1之比与活化能Ea成正比。Ea数值大，k2/k1大。

我们知道，对于放热反应正反应的活化能Ea正小于逆反应的活化能Ea逆，当温度由T1升高至T2时，k2正/k1正k2逆/k1逆，v正>v逆，平衡向正反应方向即吸热方向移动，K⊖增大。

对于任一指定的化学反应

aA+bB=dD+eE

如果此反应是基元反应，则k是反应速率常数；如果此反应是复杂反应，则k是通过几个基元反应的反应速率常数求得，所以无论是基元反应，还是复杂反应，均可以进行如下运算。

根据阿仑尼乌斯(Arrhenius)公式：

(4)

(5)

由式(4)(5)得：

所以：

(6)

式(5)与式(1)是一样的，表明了温度对平衡常数的影响。

3 结语

化学热力学描述化学反应的宏观表现(即化学过程方向和限度)，化学动力学描述化学反应的微观表现(化学过程速率和反应机理)。通过化学反应速率常数推导出不同温度下化学反应平衡常数来看，化学热力学与化学动力学是相互统一、紧密联系的，是描述化学反应的不同方式，是同一体系的两个问题。

[参考文献]

[1] 北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学无机化学教研室.无机化学[M].4版.北京：高等教育出版社,2002.

[2] 吉林大学,武汉大学,南开大学.无机化学[M].北京：高等教育出版社,2004.

[3] 傅献彩.大学化学[M].北京：高等教育出版社,1999.

[4] 贺克强.化学动力学与化学热力学的联系[J].武汉工业大学学报,2000,2:25-27.

[5] 柴兴泉.关于 k+/k- =Kc是否满足任何可逆反应的商榷[J].邯郸学院学报,2006(5):50-53.