2.3.1 温度的影响
1.温度对化学平衡的影响
对于不可逆反应,无须考虑化学平衡,而对于可逆反应,其平衡常数与温度的关系为
式中,K为平衡常数;ΔHθ为标准反应焓差;R为气体常数;T为反应温度;C为积分常数。
对于吸热反应,ΔHθ＞0,K值随着温度升高而增大,有利于反应产物的平衡产率增加。
对于放热反应,ΔHθ＜0,K值随着温度升高而减小,平衡产率降低,故只有降低温度才能使平衡产率增高。
2.温度对反应速率的影响
反应速率系指单位时间、单位体积某反应物的消耗量,或某产物的生成量。反应速率方程通常可用浓度的幂函数形式表示,例如对于反应
其反应速率方程为(https://www.daowen.com)
式中,r为反应速率;c A、c B和c D分别代表组分A、B和D的瞬时浓度;αA、αB和αD分别代表组分A、B和D的正反应反应级数;βA、βB和βD分别代表组分A、B和D的逆反应反应级数。反应的总级数
反应速率常数与温度的关系见阿伦尼乌斯方程,即
式中,k为反应速率常数;A为指前因子(或频率因子);E为反应活化能;R为气体常数;T为反应温度。
由式(2-25)可知,k总是随温度的升高而增加(有极少数例外者)。反应温度每升高10℃,反应速率常数增大2～4倍,其在低温范围增加的倍数比高温范围大些,活化能大的反应的反应速率常数随反应温度升高而增长更快。
对于不可逆反应,逆反应速率忽略不计,故产物生成速率总是随温度的升高而加快;对于可逆反应,正、逆反应速率之差即为产物生成的净速率。温度升高时,正、逆反应速率常数都增大,所以正、逆反应速率都提高,净速率是否增加呢?经过对反应速率方程式的分析得知,对于吸热的可逆反应,净速率r总是随着温度的升高而增加;而对于放热的可逆反应,净速率r随温度变化有三种可能性,即
当温度较低时,净速率随温度的升高而增加;当温度超过某一值后,净速率开始随着温度的升高而下降。净速率有一个极大值,此极大值对应的温度称为最佳反应温度,亦称最适宜反应温度。