楊 帆

（湖州師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 浙江 湖州 313000）

一、化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)反應(yīng)速度

在化學(xué)教材和論文中，經(jīng)?？梢姷交瘜W(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)反應(yīng)速度這兩個詞語，它們常被用來表達相同的含義，即化學(xué)反應(yīng)進行快慢的程度。但是，物理學(xué)上速率和速度是兩個不同的概念。速率是一個標量，標量是有大小而無方向的量；而速度卻是失量，既說明大小又表明方向。所以，速率僅為絕對大小，不會有表現(xiàn)方向的正或負；而速度則不然，可能是正值或負值，代表了兩個相反的方向。當然，化學(xué)反應(yīng)多數(shù)都是可逆反應(yīng)，的確是存在兩個不同的方向，但是，化學(xué)反應(yīng)的方向是化學(xué)熱力學(xué)重點討論的問題。而化學(xué)反應(yīng)速率則是化學(xué)動力學(xué)中的主要問題，在數(shù)值上僅表現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)進行的快慢，而不反映進行的方向。

在中學(xué)課本中，化學(xué)反應(yīng)速率是采用反應(yīng)物或生成物的濃度隨著時間的變化率來表示。公式如下：

對于反應(yīng)物，濃度的變化為減少量，化學(xué)反應(yīng)速率即是反應(yīng)物的消耗速率；對于生成物，濃度變化為增加量，化學(xué)反應(yīng)速率即是生成物的增加速率。無論以哪個物質(zhì)來計算化學(xué)反應(yīng)速率，濃度變化均取正值，所以化學(xué)反應(yīng)速率也絕不會出現(xiàn)負值。

所以，在語言上使用化學(xué)反應(yīng)速率比化學(xué)反應(yīng)速度更合理，建議摒棄化學(xué)反應(yīng)速度的用法而統(tǒng)一使用化學(xué)反應(yīng)速率這一術(shù)語。并且建議在公式中加絕對值符號，即

濃度的變化取末、始態(tài)即反應(yīng)物或生成物在反應(yīng)后和反應(yīng)前的濃度之差，即使?jié)舛鹊淖兓姓?、負值，但最終的速率都為絕對值。這樣更能體現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)速率的標量性質(zhì)，僅有大小而無表現(xiàn)方向的正、負號。

二、化學(xué)反應(yīng)速率、正反應(yīng)速率及逆反應(yīng)速率

中學(xué)階段，在專門學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率時并沒有涉及正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率。但是，在學(xué)習(xí)化學(xué)平衡時說到：當可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等時化學(xué)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。而對正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率的概念缺乏進一步的解釋，造成學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)速率、正反應(yīng)速率及逆反應(yīng)速率理解上的混亂。通過互聯(lián)網(wǎng)查詢發(fā)現(xiàn)提出相關(guān)問題的不少而回答準確清楚的卻并不多。不少人認為：可逆反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率即為這個反應(yīng)的正反應(yīng)速率。

化學(xué)反應(yīng)速率既非正反應(yīng)速率亦非逆反應(yīng)速率，而是兩者之差。對于一個可逆反應(yīng)同時存在著正方向進行的反應(yīng)和逆方向進行的反應(yīng)。而整個化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)為在這兩個方向上綜合進行的結(jié)果。

以 2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）為例，同時存在著正反應(yīng)（2SO2+O2→2SO3）所導(dǎo)致的 SO2、O2的消耗、SO3的增加和逆反應(yīng) （2SO3→2SO2+O2）所導(dǎo)致的SO3的消耗和SO2、O2的增加。因此，正反應(yīng)速率即為由于正反應(yīng)進行所導(dǎo)致的SO2、O2的消耗速率或者SO3的增加速率；而逆反應(yīng)速率則為由于逆反應(yīng)進行所導(dǎo)致的SO3的消耗速率和SO2、O2的增加速率。而化學(xué)反應(yīng)速率則是作為一個反應(yīng)整體宏觀上反應(yīng)物SO2、O2的消耗速率或者SO3的增加速率。當然，約定俗成，方程式從左至右為反應(yīng)進行的正方向。

當反應(yīng)達到平衡時正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，此時的化學(xué)反應(yīng)速率即為零，因為各物質(zhì)的濃度不再隨時間而變化。但是，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率不為零。

化學(xué)反應(yīng)速率可以通過實驗測定隨著反應(yīng)的進行反應(yīng)物或生成物濃度的變化而得到。但是單純通過實驗卻不能測定正反應(yīng)速率或者逆反應(yīng)速率，因為只能測定出宏觀上物質(zhì)濃度的變化卻無法獲知濃度的改變中哪些是因為正反應(yīng)、哪些又是由于逆反應(yīng)所導(dǎo)致的。

三、化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率

在中學(xué)教學(xué)中，教師通常將正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率作為化學(xué)反應(yīng)達到平衡及導(dǎo)致化學(xué)平衡移動的原因。通過調(diào)查學(xué)生課堂筆記、網(wǎng)絡(luò)查閱教師教案及教參，發(fā)現(xiàn)許多中學(xué)教師都是這樣講述的：當可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率時化學(xué)反應(yīng)達到平衡。而當外界條件發(fā)生變化，導(dǎo)致正、逆反應(yīng)速率不相等時原有的平衡狀態(tài)被打破，若正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率則反應(yīng)向正方向移動，而逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率反應(yīng)向逆方向移動，直到正、逆反應(yīng)速率再次相等而達到新的化學(xué)平衡狀態(tài)。

而在一些大學(xué)化學(xué)教材中講到化學(xué)平衡時卻對化學(xué)反應(yīng)速率只字不提，僅僅是因為中學(xué)已經(jīng)學(xué)習(xí)過而不再提及嗎？

其實，經(jīng)典的化學(xué)熱力學(xué)僅從反應(yīng)前、后狀態(tài)的能量變化的角度出發(fā)，去探討反應(yīng)的可能性（即反應(yīng)進行方向的判斷）與限度問題（即化學(xué)平衡），并未涉及反應(yīng)從始態(tài)到終態(tài)之間的過程，不涉及反應(yīng)從一個平衡狀態(tài)到另一個平衡狀態(tài)過渡的快慢。也就是說，熱力學(xué)基礎(chǔ)上建立的對化學(xué)反應(yīng)（包括化學(xué)平衡問題）的結(jié)論，與反應(yīng)速率之間沒有任何的聯(lián)系。［1］

經(jīng)典熱力學(xué)通過反應(yīng)前、后的狀態(tài)的變化，即ΔG（反應(yīng)后的狀態(tài)與反應(yīng)前的狀態(tài)的吉布斯自由能變化）來判斷一個反應(yīng)能否自發(fā)進行以是否達到平衡。ΔG＜0，反應(yīng)能自發(fā)進行，即反應(yīng)總是自發(fā)向吉布斯自由能減少的狀態(tài)進行的，也就是說若反應(yīng)后整個反應(yīng)體系的吉布斯自由能小于反應(yīng)前的吉布斯自由能，那么反應(yīng)肯定向正反應(yīng)方向自發(fā)進行；而ΔG=0，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，即前、后狀態(tài)的吉布斯自由能相等則說明已達到化學(xué)反應(yīng)限度，所謂限度也就是在當前條件下反應(yīng)體系的吉布斯自由能已經(jīng)降到了最低，同時，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率也達到最高。當反應(yīng)條件發(fā)生變化原有平衡狀態(tài)被打破時，若ΔG＜0則平衡向正方向移動，ΔG＞0則平衡向逆反應(yīng)方向移動。其實，這也是“能量最低原理”這個自然界普適規(guī)律的體現(xiàn)，即“自然變化進行的方向都是使能量降低，因為能量越低越穩(wěn)定?！?/p>

所以說，在中學(xué)階段將化學(xué)平衡的原因歸結(jié)為正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，并認為正反應(yīng)速率不等于逆反應(yīng)速率是化學(xué)平衡移動的根本原因都是不夠嚴謹?shù)?。但是，因為中學(xué)還未學(xué)習(xí)到吉布斯自由能的內(nèi)容，似乎只能用化學(xué)反應(yīng)速率來解釋化學(xué)平衡問題同學(xué)們才容易理解。因此，建議中學(xué)教師在講解時注意措詞：正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率只能說是化學(xué)反應(yīng)達到平衡的一個標志而不是其根本原因或本質(zhì)；化學(xué)平衡移動的方向也不必借助正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率的比較來判斷，而直接用勒夏特列原理來分析即可。即使介紹在化學(xué)平衡移動時正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率大小的不同，也必須說明化學(xué)反應(yīng)速率的變化與化學(xué)平衡的移動總是相互伴隨發(fā)生的過程，但并非正、逆化學(xué)反應(yīng)速率的變化導(dǎo)致化學(xué)平衡的移動亦非化學(xué)平衡的移動導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速率的變化，化學(xué)平衡及其移動的本質(zhì)將在大學(xué)化學(xué)中做深入的介紹。

［1］吳新建，張賢金.化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率概念及其關(guān)系探討［J］.化學(xué)教與學(xué)，2012，（4）