第三章-化学热力学与化学动力学ppt课件(全).ppt

第三章第三章 化学热力化学热力学与化学动力学学与化学动力学 主要内容主要内容3.1 化学热力学基础化学热力学基础 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡 3.3 化学反应速率化学反应速率 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 1.1.体系与环境体系与环境 体系体系是指我们所研究的对象，它根据研是指我们所研究的对象，它根据研究的需要，从周围的物体中划分出来的那究的需要，从周围的物体中划分出来的那一部分。一部分。环境环境是指与体系有相互影响、密切联系是指与体系有相互影响、密切联系的有限部分的物质。的有限部分的物质。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 体系可分成三种类型：体系可分成三种类型：敞开体系敞开体系 封闭体系封闭体系 孤立体系孤立体系3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 2.2.状态与状态函数状态与状态函数 状态状态是体系所有化学性质和物理性质的是体系所有化学性质和物理性质的综合表现。综合表现。状态由一系列的物理量来表示，用来确状态由一系列的物理量来表示，用来确定体系状态或热力学性质的物理量称为定体系状态或热力学性质的物理量称为状状态函数。态函数。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 状态函数状态函数特征：特征：（1 1）状态固定时，状态函数）状态固定时，状态函数具有确定值具有确定值;（2 2）各个状态函数之间存在一定的）各个状态函数之间存在一定的制约关系制约关系;（3 3）状态函数的）状态函数的集合集合(和、差、积、商和、差、积、商)也是也是状态函数状态函数。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 3.3.过程过程 体系发生的变化往往受到外部条件的体系发生的变化往往受到外部条件的影响，当体系影响，当体系在一些具体条件下发生某一在一些具体条件下发生某一变化时变化时，就称之为经历了某一过程。，就称之为经历了某一过程。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 过程的过程的分类：分类：（1 1）等温过程：）等温过程：T T 0 0（2 2）恒压过程：）恒压过程：P P 0 0（3 3）恒容过程：）恒容过程：V V 0 0（4 4）绝热过程：）绝热过程：Q Q 0 0 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 4.4.热、功、热力学能热、功、热力学能(内能内能)（1 1）热热：是系统与环境之间存在温度差异：是系统与环境之间存在温度差异而引起能量传递的一种形式，用符号而引起能量传递的一种形式，用符号Q Q表示。表示。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 4.4.热、功、热力学能热、功、热力学能(内能内能)（2 2）功功：除热以外，系统与环境之间所有：除热以外，系统与环境之间所有其他方式传递或交换的能量统称为功，符其他方式传递或交换的能量统称为功，符号为号为W W。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 4.4.热、功、热力学能热、功、热力学能(内能内能)常见的功常见的功 膨胀功膨胀功表面功表面功电功电功机械功机械功 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 4.4.热、功、热力学能热、功、热力学能(内能内能)（3 3）内能：内能：体系内所有微观粒子所具有的体系内所有微观粒子所具有的各种形式能量的总和称为热力学能或内能，各种形式能量的总和称为热力学能或内能，用符号用符号U U表示。表示。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律(一一)热力学基本概念热力学基本概念 4.4.热、功、热力学能热、功、热力学能(内能内能)内能的内能的特性特性：a a）内能是状态函数）内能是状态函数 b b）内能的绝对值无法测知，只能测量其）内能的绝对值无法测知，只能测量其相对改变量：相对改变量：3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律（二）热力学第一定律（二）热力学第一定律 在孤立体系中能量是不会自生自灭的，在孤立体系中能量是不会自生自灭的，它可以变换形式，但总量不变，这就是它可以变换形式，但总量不变，这就是能能量守恒定律，即热力学第一定律量守恒定律，即热力学第一定律。对于一个封闭体系，热力学能的变化对于一个封闭体系，热力学能的变化（U U）为：）为：U U2 U1=Q+W 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础一、基本概念和热力学第一定律一、基本概念和热力学第一定律（二）热力学第一定律（二）热力学第一定律 当体系只做体积功（膨胀功）时当体系只做体积功（膨胀功）时 U Q+W Q+（-PV）3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 1.1.化学反应的热效应化学反应的热效应 在在不做其他功不做其他功（有用功）条件下，（有用功）条件下，一个化学反应在某一恒定温度下进行反应一个化学反应在某一恒定温度下进行反应时，反应时，反应体系所吸收或放出的热量，称为体系所吸收或放出的热量，称为化学反应的热效应化学反应的热效应，简称反应热。，简称反应热。分为恒分为恒压反应热压反应热Q QP P和恒容反应热和恒容反应热Q QV V两种。两种。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 如果某一封闭体系发生一过程，只做如果某一封闭体系发生一过程，只做体积功体积功We，不做其他功（，不做其他功（W f=0），那么），那么根据热力学第一定律，体系只做体积功时，根据热力学第一定律，体系只做体积功时，U=Q+W=Q-PV，即：，即：Q=U+PV 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 在恒压（在恒压（P2=P1）时，）时，QP=(U2+P2V2)-(U1+P1V1)焓焓的定义：的定义：U+PV H 所以：所以：QP=H2 H1=H3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 焓的焓的特性特性：a a）无法测量其绝对值无法测量其绝对值，只能求其变化值，只能求其变化值，是容量性质，是状态函数。是容量性质，是状态函数。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 焓的焓的特性特性：b）无论是）无论是U还是还是H都都随温度的变化而改随温度的变化而改变变，如：，如：CaCO 3(s)=CaO(s)+CO 2(g)（298K）=+178 kJmol-1 （1000K）=+1785 kJmol-1 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 焓的焓的特性特性：c）对于化学反应过程中对于化学反应过程中较小且无相较小且无相变时变时，H随随T变化也不大，变化也不大，H可作常可作常数处理数处理。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 焓的焓的焓的焓的特性特性特性特性：d）对有对有气体气体参加的反应参加的反应PV=nRT，n是反应方程式中产物气体分子数与反应物是反应方程式中产物气体分子数与反应物气体分子数之差；对于气体分子数之差；对于液相反应和固相反液相反应和固相反应应来说，反应前后体系体积变化可忽略不来说，反应前后体系体积变化可忽略不计，则计，则 PV=0，U=H。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 3.恒容反应热恒容反应热 若化学反应在等温、恒容（在密闭容器内）若化学反应在等温、恒容（在密闭容器内）不做非体积功条件下进行，则不做非体积功条件下进行，则 体积功：体积功：W e=PV=0代入公式代入公式：U=Q+W=Q vPV=Q v 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变一）焓与焓变 4.4.Q Qp p与与Q Qv v的关系的关系 当反应体系中当反应体系中有气体出现有气体出现，V V值往往较值往往较大，假如把反应体系中气体看作是理想气大，假如把反应体系中气体看作是理想气体，则：体，则：H H=U U+P+PV V=U U+n n(g)(g)RTRT 即：即：QPQV+n(g)RT3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变一）焓与焓变 4 4.Qp与与Qv的关系的关系 当反应物和产物都处于当反应物和产物都处于固态固态和和液态液态时，反时，反应的应的V V值很小，值很小，P VV 0，所以：，所以：H H UU，QPQV3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（一）焓与焓变（一）焓与焓变 5标准摩尔反应焓标准摩尔反应焓 若反应是在标准压强和温度若反应是在标准压强和温度T 时进行，反时进行，反应进度达到应进度达到=1 mol的标准摩尔反应焓的标准摩尔反应焓用用 表示表示。单位均为单位均为kJmol1，意为反应进度为，意为反应进度为1 mol的热效应。的热效应。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（二）热化学方程式（二）热化学方程式 表示化学反应与化学反应焓变的方程式称表示化学反应与化学反应焓变的方程式称为为热化学（反应）方程式热化学（反应）方程式。如：。如：2 H2(g)+O2(g)2 H2O(g)，rHm（298K）=-483.64kJmol-13.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（二）热化学方程式（二）热化学方程式 书写热化学方程式时要书写热化学方程式时要注意注意：1书写热化学方程式时，应书写热化学方程式时，应注明反应温注明反应温度和压强度和压强，如果反应发生在，如果反应发生在298K和和101.325kPa下，可不注明。下，可不注明。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（二）热化学方程式（二）热化学方程式 书写热化学方程式时要书写热化学方程式时要注意注意：2热化学方程式中必须标出热化学方程式中必须标出有关物质的有关物质的聚集状态聚集状态(包括晶型包括晶型)和浓度和浓度。通常用。通常用g、l和和s分别表示气、液和固态，分别表示气、液和固态，aq表示水溶表示水溶液。液。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（二）热化学方程式（二）热化学方程式 书写热化学方程式时要书写热化学方程式时要注意注意：3同一反应，当热化学反应方程式同一反应，当热化学反应方程式书写书写不同时不同时，则参加反应的物质的计量系数不，则参加反应的物质的计量系数不同，其同，其热效应的数值也不同热效应的数值也不同。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础二、焓和热化学方程式二、焓和热化学方程式（二）热化学方程式（二）热化学方程式 书写热化学方程式时要书写热化学方程式时要注意注意：4 4正、逆反应的热效应的绝对值相同正、逆反应的热效应的绝对值相同，符号相反。符号相反。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础三三.标准反应热标准反应热（一）盖斯定律（一）盖斯定律 在恒温恒压或在恒温恒压或恒温恒容恒温恒容条件下，一条件下，一个化学反应，不管是一步完成还是多步个化学反应，不管是一步完成还是多步完成，其完成，其反应总的热效应相同反应总的热效应相同。实际上盖斯定律适用于所有的状态实际上盖斯定律适用于所有的状态函数。用该定律可求一些难以测量的反函数。用该定律可求一些难以测量的反应的热效应。应的热效应。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础三三.标准反应热标准反应热（二）标准反应热的计算（二）标准反应热的计算1.1.由标准生成焓计算反应热由标准生成焓计算反应热 在标准状态和指定温度下由最稳定纯态在标准状态和指定温度下由最稳定纯态单质生成单质生成1mol1mol化合物的反应为标准生成反化合物的反应为标准生成反应，该反应的焓变称为该化合物的应，该反应的焓变称为该化合物的标准摩标准摩尔生成焓尔生成焓，简称，简称标准生成焓标准生成焓,也称为标准也称为标准生成热，用符号生成热，用符号 表示。表示。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础三三.标准反应热标准反应热（二）标准反应热的计算（二）标准反应热的计算2.2.由标准燃烧焓由标准燃烧焓(热热)计算反应热计算反应热 标准燃烧焓标准燃烧焓(热热)：在标准状态下，：在标准状态下，1 mol1 mol物质完全燃烧生成指定产物的焓变，称为物质完全燃烧生成指定产物的焓变，称为该物质的该物质的标准摩尔燃烧焓标准摩尔燃烧焓（或摩尔燃烧热）（或摩尔燃烧热），记为，记为 ，简称，简称燃烧焓燃烧焓（或（或燃烧热燃烧热）。）。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能(一一)化学反应的自发性化学反应的自发性 自发过程具有一些基本的自发过程具有一些基本的特征特征：具具有单向性有单向性 具具有一定的限度有一定的限度 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能(二二)热力学第二定律热力学第二定律 克劳修斯说法：不可能把热从低温物体克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起任何其他变化。传到高温物体，而不引起任何其他变化。开尔文说法：不可能从单一热源吸热并开尔文说法：不可能从单一热源吸热并使之完全变为功，而不引起其他任何变化。使之完全变为功，而不引起其他任何变化。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（三）熵和熵变（三）熵和熵变 1.熵熵 热力学中将度量系统内部质点热力学中将度量系统内部质点混乱程度混乱程度的的物理量定义为物理量定义为熵熵，用符号，用符号S表示表示,SI单位为单位为Jmol-1K-1。同一物质，同一物质，S（g）S(l)S(s)；熵也是状态函数熵也是状态函数3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（三）熵和熵变（三）熵和熵变 2.熵变熵变 热力学第三定律指出：任何纯净物质的完热力学第三定律指出：任何纯净物质的完美晶体在美晶体在0K时，其熵值为零。时，其熵值为零。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（三）熵和熵变三）熵和熵变注意注意：1）熵的）熵的绝对值是可求的绝对值是可求的；2）标准状态下，）标准状态下，1mol纯物质的熵值称为纯物质的熵值称为该物质的该物质的标准摩尔熵标准摩尔熵（简称标准熵）（简称标准熵）3）标准状态的）标准状态的水合氢离子的标准熵为零水合氢离子的标准熵为零 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（四）吉布斯自由能（四）吉布斯自由能1.吉布斯自由能与吉布斯自由能变吉布斯自由能与吉布斯自由能变 吉布斯自由能，或吉布斯函数，其定义吉布斯自由能，或吉布斯函数，其定义为：为：G=HTS 3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（四）吉布斯自由能（四）吉布斯自由能1.吉布斯自由能与吉布斯自由能变吉布斯自由能与吉布斯自由能变 在等温过程中，吉布斯自由能变为：在等温过程中，吉布斯自由能变为：G=HTS 此式称为此式称为吉布斯吉布斯亥姆霍兹亥姆霍兹（Gibbs-HelmholTz）方程。）方程。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（四）吉布斯自由能（四）吉布斯自由能1.吉布斯自由能与吉布斯自由能变吉布斯自由能与吉布斯自由能变 将将吉布斯吉布斯亥姆霍兹亥姆霍兹应用于化学反应，得应用于化学反应，得到：到：3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（四）吉布斯自由能（四）吉布斯自由能2.反应进行方向判据反应进行方向判据 等温等压且系统不做非体积功的情况等温等压且系统不做非体积功的情况下发生的过程，若：下发生的过程，若：rGm0 化学反应过程化学反应过程不可能自发进行不可能自发进行。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（四）吉布斯自由能（四）吉布斯自由能3.标准摩尔生成吉布斯自由能标准摩尔生成吉布斯自由能 在指定温度及标准压力下，由稳定单质生在指定温度及标准压力下，由稳定单质生成成1mol某物质时的吉布斯自由能变叫做该某物质时的吉布斯自由能变叫做该物质的物质的标准摩尔生成吉布斯自由能标准摩尔生成吉布斯自由能，用符，用符号号 （T）表示，）表示，298.15K时温度时温度T可以省可以省略。略。3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（四）吉布斯自由能（四）吉布斯自由能4.4.标准吉布斯自由能的应用标准吉布斯自由能的应用 （1 1）利用标准生成吉布斯自由能判断反应）利用标准生成吉布斯自由能判断反应的方向和限度。的方向和限度。（2 2）利用吉布斯）利用吉布斯亥姆霍兹方程判断反应亥姆霍兹方程判断反应的方向和限度的方向和限度 （3 3）估算反应自发进行的温度）估算反应自发进行的温度3.1 3.1 化学热力学基础化学热力学基础四四.吉布斯自由能吉布斯自由能（四）吉布斯自由能（四）吉布斯自由能5.5.非标准态下吉布斯自由能变化值的计算非标准态下吉布斯自由能变化值的计算 非标准态下化学反应的吉布斯能自由变化非标准态下化学反应的吉布斯能自由变化可由化学反应等温方程式求得：可由化学反应等温方程式求得：rGm=rGm+RTlnQ 3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡一、化学反应的限度与标准平衡常数一、化学反应的限度与标准平衡常数 当反应达到平衡时，当反应达到平衡时，rGm=0，此时反应物，此时反应物和生成物的浓度（如为气体则为分压）不和生成物的浓度（如为气体则为分压）不再随时间变化，反应商再随时间变化，反应商Q用用K代替：代替：0=rGm+RTln K rGm=-RTln K 3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡一、化学反应的限度与标准平衡常数一、化学反应的限度与标准平衡常数 标准平衡常数用标准平衡常数用K K表示。对于气体反应表示。对于气体反应：3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡一、化学反应的限度与标准平衡常数一、化学反应的限度与标准平衡常数 标准平衡常数用标准平衡常数用K K表示。对于液相反应：表示。对于液相反应：固固相相和和纯纯液液相相的的浓浓度度，在在平平衡衡常常数数表表达达式式中可不必列入。中可不必列入。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡二、经验平衡常数二、经验平衡常数 对对一一般般可可逆逆反反应应：aA+bB=cC+dDaA+bB=cC+dD当当反反应应达达平平衡衡时时，反反应应物物和和生生成成物物的的浓浓度度将将不不再再改改变，在一定温度下都能建立如下的关系式变，在一定温度下都能建立如下的关系式:K Kc c称为浓度称为浓度经验平衡常数经验平衡常数。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡二、经验平衡常数二、经验平衡常数 对气体反应，在平衡常数表达式中常用对气体反应，在平衡常数表达式中常用气体的分压代替浓度气体的分压代替浓度:K Kp p称压力经验平衡常数。称压力经验平衡常数。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡关于平衡常数要关于平衡常数要注意注意：（1 1）标准平衡常数和经验平衡常数都反）标准平衡常数和经验平衡常数都反映了到达平衡时反应进行的程度，但两者映了到达平衡时反应进行的程度，但两者有所区别；有所区别；（2 2）平衡常数表达式的数值与反应式的）平衡常数表达式的数值与反应式的书写有关。书写有关。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡三、反应进行的方向和限度的判断三、反应进行的方向和限度的判断Q Q=K K，则，则r rG Gm m=0=0，反应处于，反应处于平衡平衡状态；状态；Q QK K，则，则r rG Gm m0 0，正向反应自发进行正向反应自发进行；Q QK K，则，则r rG Gm m0 0，逆向反应自发进行。逆向反应自发进行。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡四、化学平衡的有关计算四、化学平衡的有关计算（1 1）平衡浓度和平衡常数的求解；）平衡浓度和平衡常数的求解；例例3-83-8某温度下，在密闭容器中进行如某温度下，在密闭容器中进行如下反应：下反应：2SO2SO2 2（g g）+O+O2 2（g g）=2SO=2SO3 3（g g）已知已知SOSO2 2和和O O2 2的起始浓度分别为的起始浓度分别为0.4 molL0.4 molL-1 1和和1.0 molL1.0 molL-1-1，当有，当有80%80%的的SOSO2 2转化为转化为SOSO3 3时，反应即达平衡，求平衡时三种气体的时，反应即达平衡，求平衡时三种气体的浓度和该温度下的平衡常数。浓度和该温度下的平衡常数。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡四、化学平衡的有关计算四、化学平衡的有关计算（2 2）转化率的求解）转化率的求解 平衡转化率，有时简称为转化率，指平衡转化率，有时简称为转化率，指的是当反应达到平衡时，已转化的反应物的是当反应达到平衡时，已转化的反应物浓度占该物质初始浓度的百分数。浓度占该物质初始浓度的百分数。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡四、化学平衡的有关计算四、化学平衡的有关计算 例例3-9 已知在某温度下，反应已知在某温度下，反应2NO2=N2O4的平衡常数为的平衡常数为Kc=0.5，若，若NO2的初始浓度为的初始浓度为 2 molL-1，求当反应达到平衡时各物质的，求当反应达到平衡时各物质的浓度及浓度及NO2的转化率。的转化率。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡四、化学平衡的有关计算四、化学平衡的有关计算例例3-10 已已知知可可逆逆反反应应CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）在在800时时的的平平衡衡常常数数Kc=1.0，试试判判断断当当密密闭闭容容器器中中一一氧氧化化碳碳、水水蒸蒸气气、二二氧氧化化碳碳、氢氢气气浓浓度度分分别别为为0.2 molL-1、0.6 molL-1、0.3 molL-1和和0.3 molL-1时时，反反应应进进行行的的方方向和限度。向和限度。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡五、化学平衡移动五、化学平衡移动（一）浓度对化学平衡的影响（一）浓度对化学平衡的影响 在在温温度度不不变变的的条条件件下下，增增大大（减减小小）平平衡衡体体系系中中反反应应物物或或生生成成物物的的浓浓度度，平平衡衡体体系系就就向向着着减减小小（增增大大）该该物物质质浓浓度度的的方方向向移动。移动。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡五、化学平衡移动五、化学平衡移动（二）压强对化学平衡的影响（二）压强对化学平衡的影响 压压强强对对固固体体、液液体体的的体体积积的的影影响响很很小小，所所以以改改变变压压强强对对只只有有固固体体、液液体体参参加加的的可可逆反应几乎没有影响。逆反应几乎没有影响。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡五、化学平衡移动五、化学平衡移动（二）压强对化学平衡的影响（二）压强对化学平衡的影响 对对于于有有气气体体参参加加的的反反应应来来说说，压压强强增增加加，平平衡衡将将向向气气体体总总数数减减小小的的方方向向移移动动。反反之之，压压强强减减小小，化化学学平平衡衡将将向向着着气气体体分分子总数增加的方向移动。子总数增加的方向移动。若若反反应应前前后后气气体体的的分分子子总总是是没没有有变变化化，压强不影响化学平衡。压强不影响化学平衡。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡五、化学平衡移动五、化学平衡移动（三）温度对化学平衡的影响（三）温度对化学平衡的影响 浓度、压力对化学平衡移动的影响是通浓度、压力对化学平衡移动的影响是通过改变系统组分的浓度或分压，使反应商过改变系统组分的浓度或分压，使反应商Q Q 不等于不等于K K 而引起平衡移动。而引起平衡移动。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡五、化学平衡移动五、化学平衡移动（四）催化剂不影响化学平衡（四）催化剂不影响化学平衡 催化剂催化剂虽然能改变化学反应速率，但是虽然能改变化学反应速率，但是它对正、逆反应速率的影响是相同的，故它对正、逆反应速率的影响是相同的，故不会使化学平衡发生移动不会使化学平衡发生移动。3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡五、化学平衡移动五、化学平衡移动（五）化学平衡移动原理及应用（五）化学平衡移动原理及应用 1.1.化学平衡移动原理化学平衡移动原理 （1 1）浓度变化的影响）浓度变化的影响 （2 2）压强变化的影响）压强变化的影响 （3 3）温度变化的影响）温度变化的影响3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡五、化学平衡移动五、化学平衡移动（五）化学平衡移动原理及应用（五）化学平衡移动原理及应用 2.2.应用应用 下列平衡体系中，压强与温度是否影响下列平衡体系中，压强与温度是否影响化学平衡化学平衡?若减小压强、升高温度，平衡怎若减小压强、升高温度，平衡怎样移动？样移动？3.2 3.2 化学反应的限度和化学平衡化学反应的限度和化学平衡五、化学平衡移动五、化学平衡移动（五）化学平衡移动原理及应用（五）化学平衡移动原理及应用 2.2.2.2.应用应用应用应用 （1 1 1 1）2H2H2H2H2 2 2 2O(g)2HO(g)2HO(g)2HO(g)2H2 2 2 2(g)+O(g)+O(g)+O(g)+O2 2 2 2(g)-Q(g)-Q(g)-Q(g)-Q （2 2 2 2）2SO2SO2SO2SO2 2 2 2(g)+O(g)+O(g)+O(g)+O2 2 2 2(g)2SO(g)2SO(g)2SO(g)2SO3 3 3 3(g)+Q(g)+Q(g)+Q(g)+Q （3 3 3 3）C(s)+COC(s)+COC(s)+COC(s)+CO2 2 2 2(g)2CO(g)-Q(g)2CO(g)-Q(g)2CO(g)-Q(g)2CO(g)-Q （4 4 4 4）N N N N2 2 2 2(g)+O(g)+O(g)+O(g)+O2 2 2 2(g)2NO(g)-Q(g)2NO(g)-Q(g)2NO(g)-Q(g)2NO(g)-Q （5 5 5 5）FeOFeOFeOFeO（s s s s）+CO(g)Fe+CO(g)Fe+CO(g)Fe+CO(g)Fe（s s s s）+CO+CO+CO+CO2 2 2 2(g)-Q(g)-Q(g)-Q(g)-Q3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 一、化学反应速率的概念及表示方法一、化学反应速率的概念及表示方法 化化学学反反应应速速率率是是指指单单位位时时间间内内一一个个化化学学反反应应发发生生了了多多少少。反反应应速速率率通通常常用用单单位位时时间间内内反反应应物物浓浓度度的的减减少少或或生生成成物物浓浓度度的的增加增加表示。表示。3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 一、化学反应速率的概念及表示方法一、化学反应速率的概念及表示方法 反反应应 a A+b B m C，用用各各个个物物质质表表示时为示时为 速率的单位常用速率的单位常用molL1s1。3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 一、化学反应速率的概念及表示方法一、化学反应速率的概念及表示方法 对于同一个反应，用不同物质的浓度表对于同一个反应，用不同物质的浓度表示反应速率时，其数值可能不同，如示反应速率时，其数值可能不同，如298K时，在恒容条件下时，在恒容条件下N2O5的热分解反应的热分解反应:2 N2O5(g)4 NO2(g)O2(g)3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 一、化学反应速率的概念及表示方法一、化学反应速率的概念及表示方法 用不同物质表示时速率分别为：用不同物质表示时速率分别为：v（N2O5）1.5103 molL1 s1 v（NO2）3.0103 molL1 s1 v（O2）0.75103 molL1 s1 3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 一、化学反应速率的概念及表示方法一、化学反应速率的概念及表示方法 对对于于一一般般的的反反应应 a A+b B=d D+e E 可可表示为表示为:3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 一、化学反应速率的概念及表示方法一、化学反应速率的概念及表示方法 在在时时间间间间隔隔t内内速速率率为为平平均均速速率率。对对一一个个化化学学反反应应，某某一一时时间间的的速速率率都都是是时时刻刻在在变变化化的的。因因此此，我我们们提提出出瞬瞬时时速速率率：它它是是浓浓度度时时间间曲曲线线上上某某一一点点，当当t0t0时时，平平均均速速率率的的极极限限（即即：切切线线的的斜斜率率），就就是该时刻的是该时刻的瞬时速率瞬时速率。3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 一、化学反应速率的概念及表示方法一、化学反应速率的概念及表示方法 例例如如，在在N N2 2和和H H2 2合合成成NHNH3 3的的反反应应中中，用用NHNH3 3的变化表示的瞬时速率为：的变化表示的瞬时速率为：3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 二、碰撞理论简介二、碰撞理论简介 分分子子必必须须碰碰撞撞才才能能发发生生反反应应，碰碰撞撞后后能能发生化学反应的碰撞称为发生化学反应的碰撞称为“有效碰撞有效碰撞”；能发生有效碰撞的分子，叫能发生有效碰撞的分子，叫活化分子活化分子；活活化化分分子子所所具具有有的的最最低低能能量量Ec与与分分子子的的平平均均能能量量Ee的的差差值值，即即EaEc-Ee叫叫做做反反应应的的活化能活化能（单位是（单位是kJmol-1）；）；3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 二、碰撞理论简介二、碰撞理论简介 活活化化能能越越小小，反反应应进进行行的的越越快快；活活化化能能越大，反应进行的越慢；越大，反应进行的越慢；不不同同的的化化学学反反应应有有不不同同的的活活化化能能，活活化化能可由实验测定。能可由实验测定。3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率三、基元反应速率方程与反应分子数三、基元反应速率方程与反应分子数 反应物分子（或离子、原子以及自由反应物分子（或离子、原子以及自由基等）直接碰撞一步完成的反应，称为基等）直接碰撞一步完成的反应，称为基基元反应元反应（或（或元反应元反应）。）。基元反应中反应物中的分子数目称为基元反应中反应物中的分子数目称为反应分子数反应分子数。化学方程式绝大多数并不代表反应的化学方程式绝大多数并不代表反应的具体途径，仅是代表反应的化学计量式。具体途径，仅是代表反应的化学计量式。3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率三、基元反应速率方程与反应分子数三、基元反应速率方程与反应分子数 例如，气态氢和气态碘合成气态碘化氢例如，气态氢和气态碘合成气态碘化氢的反应的反应H H2 2(g)+I(g)+I2 2(g)=2HI(g)(g)=2HI(g)，通过两个步，通过两个步骤完成的：骤完成的：(1)I2(g)2I(g)（快）（快）(2)H2(g)+2I(g)2 HI （慢）（慢）整个反应是整个反应是是非基元反应。其中（是非基元反应。其中（1 1）、）、（2 2）反应都是基元反应。）反应都是基元反应。3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率三、基元反应速率方程与反应分子数三、基元反应速率方程与反应分子数 当当温温度度一一定定时时，基基元元反反应应的的反反应应速速率率与与反反应应物物浓浓度度系系数数次次方方乘乘积积成成正正比比，这这一一规规律律称称为质量作用定律。为质量作用定律。对于基元反应：对于基元反应：aA+bB=cC+dD 3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率三、基元反应速率方程与反应分子数三、基元反应速率方程与反应分子数 式式中中k为为速速率率常常数数，与与反反应应物物本本性性、反反应应温温度度、催催化化剂剂等等因因素素有有关关，而而与与反反应应物物浓浓度度无关无关。k的的物物理理意意义义是是单单位位浓浓度度时时的的反反应应速速率率。k值值的的单单位位取取决决于于反反应应速速率率的的单单位位和和各各反反应应物物浓度幂的指数。浓度幂的指数。3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率四、一般反应速率方程与反应级数四、一般反应速率方程与反应级数 对于一般反应：对于一般反应：aA+bB=cC+dD其反应速率为：其反应速率为：式中式中、称为参加反应各组分称为参加反应各组分A A、B B的的级数级数，即对反应物，即对反应物A A来说，其级数为来说，其级数为，对，对反应物反应物B B来说，其级数为来说，其级数为。而各反应物浓。而各反应物浓度项的指数之和度项的指数之和+=n=n则称为该反应的反则称为该反应的反应级数。应级数。3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率五、简单级数反应五、简单级数反应 1.一级反应：一级反应：反应速率与反应物浓度的反应速率与反应物浓度的一次方成正比一次方成正比的反应。的反应。例如：例如：C12H22O11+H2O=C6H12O6+C6H12O6 设设t=0时反应物的浓度为时反应物的浓度为c0，t时间时，时间时，反应物的浓度为反应物的浓度为c，对于一级反应，时间与，对于一级反应，时间与浓度的关系为：浓度的关系为：lnc0-lnc=k1t 3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率五、简单级数反应五、简单级数反应 以以lnc对对t作图得一直线。其斜率为：作图得一直线。其斜率为：-k1，截距为，截距为lnc0:3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率五、简单级数反应五、简单级数反应 通常把反应物的浓度消耗一半所需的时通常把反应物的浓度消耗一半所需的时间称为半衰期，记为间称为半衰期，记为t1/2。易知一级反应的半衰期为：易知一级反应的半衰期为：3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率五、简单级数反应五、简单级数反应 大多数药物储存过程中的变质失效符合大多数药物储存过程中的变质失效符合一级反应的规律，若药物的浓度降至原浓度一级反应的规律，若药物的浓度降至原浓度的的y=cy=c0 0/c/c时即失效，有效期时即失效，有效期t t有效有效为：为：3.3 3.3 化学反应速率化学反应速率 例例3-11 阿司匹林（乙酰水杨酸）水溶阿司匹林（乙酰水杨酸）水溶液在液在pH等于等于