工科化学三一4.3化学平衡和反应速率4.3.1化学反应速率在化学热力学的研究中，我们引入了焓、熵、吉布斯函数这三个概念，了解了化学反应的能量释放，掌握判定一个化学的方向的方法接下来的这一节课我们要讲的是化学动力学。
4.3化学平衡和反应速率
4.3.1化学反应速率
在化学热力学的研究中，我们引入了焓、熵、吉布斯函数这三个概念，了解了化学反应的能量释放，掌握判定一个化学的方向的方法。接下来的这一节课我们要讲的是化学动力学和化学平衡的问题。热力学判定了反应的方向，动力学表示反应进行的快慢。
4.3.1.1化学反应速率的定义
化学反应速率差别很大。反应速率不是反应速度，速度是矢量，速率不是矢量，化学反应速率虽然也有正负，但不遵守平行四边形规则，所以不是矢量。
我们先看三个化学反应的反应速率：
1）酸碱中和反应NaOH HCl=NaCl H2O：反应时间小于0.1s
2）橡胶老化反应: 室温下需要2年以上
3）煤/石油的形成:完成需要天文单位的时间（上百万年）
不同的反应速率相差很大，那么这也是为什么要研究速率的原因
例：N2 3H2=2NH3 ΔrGmϴ=-16.4kJ·mol-1,
合成氨的反应，其标准摩尔吉布斯函数变为负值，理论上反应可以在25℃自发反应，但在工业生产中，通常采用500℃和20~50MPa下生产，原因就是室温下反应速率太慢（要是常温下放置10万年以上，氢气和氨气也能大部分转化成氨气）。热力学研究的是可能性，动力学研究的是现实性。
化学反应速率：在一定条件下，反应物或者生产物在单位时间内的浓度变化
影响因素：反应物/生产物的种类、反应物/生产物的系数、反应时间
化学反应速率的定义
IUPAC是国际上化学上最高的技术机构，一般学术上的争端和争论都是它有“最高解释权”。
速率方程式与反应级数
研究化学反应的速率，就必须要讲到反应级数
化学反应级数
0级反应,(n=0)速率恒定 (与反应物浓度无关)
1级反应,(n=1)速率与反应物浓度呈正比
2级反应,(n=2)速率与反应物浓度的2次方成正比
以此类推……
PS:由于许多反应过程的中间步骤我们并不了解，所以许多反应的级数无法确认，这个公式仅在一定范围内有指导意义
4.3.1.2活化分子与活化能
关于化学反应速率的理论研究，现在最有说服力的是活化理论
化学反应本质上是原子的重排，是原子的外层电子的被打乱和重组，只有相互碰撞的分子才能相互发生碰撞，并且相互碰撞的分子要有打开反应物化学键的能量才能发生反应，这种具有高能量的分子叫做活化分子，非活化的分子转化为活化分子所吸收的能量叫做活化能。
从热力学上讲，铝热反应是一个反应趋势很大的放热反应
铝热反应是一个放热反应，但常温下把单质铝与氧化铁放在一起并不能发生反应。这是因为在开始时，铝分子和氧化铁分子都不是活化分子，反应需要先加热，让铝分子和氧化铁分子变为活化分子，然后发生反应，而反应是放热过程，放出来的热使其他的铝分子和氧化铁分子活化，反应得以持续进行，而加热过程只需要在反应开始进行就可以停止了。
活化能
化学反应的本质是原子的重新排列，要打乱原有的原子排列顺序，克服新原子重新排序的相互之间的斥力，需要施加一定的能量。这就是活化能的宏观体现。
活化能的定义
上图中的正反应活化能就是E1，逆反应的活化能是E2，正反应的焓变就是E1-E2的数值。我们可以看出，如果E1数值很小，意味着活化能很小，活化分子就很多，反应就容易进行，意味着反应速率就会很大。反之亦然。
思考题：活化能可以是0和负数吗？（答案见评论区）
下一节讲化学反应速率的影响因素
