普通化学电子教案.docx
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1、学科: 普 通 化 学章节: 第一章 化学反响的根本规律 第一节 化学反响速率教学目的:通过教学让学生驾驭反响速率的表示方法,理解基元反响和困难反响,反响级数,质量作用定律,阿伦尼乌斯公式,活化能的概念以及浓度、温度、催化剂对反响速率的影响。教学重点:反响速率的表示方法,基元反响和困难反响,反响级数,质量作用定律。阿伦尼乌斯公式。活化能的概念,浓度、温度、催化剂对反响速率的影响。教学难点:质量作用定律。阿伦尼乌斯公式教学过程:一、新课讲解(80分钟)(一)、化学反响速率的表示方法(1)、平均速率和瞬时速率1.平均速率 通常用单位时间内反响物浓度的削减或产物浓度的增加来表示。化学反响速率: x
2、= d x / dt (瞬时速率) = xD / Dt (平均速率)举例说明:3H2 (g) + N2 (g) = 2NH3 (g)t = 0 s (mol) 3.0 1.0 0.0 t = 0.1 s (mol) 1.5 0.5 1.0以H2计算反响进度 x = DnH2 / nH2 = (1.5- 3.0) mol / -3 = 0.5 mol计算其反响速率:x = 0.5 mol / 0.1 s = 5.0 mol / s留意要点:a.反响速率的单位:mol s-1b.反响速率与物质的选择无关。c.数学概念上分清平均速率与瞬时速率的不同。(二)、影响化学反响速率的因素1、浓度对化学反响速
3、率的影响1.1、基元反响与非基元反响(微观) (1)、基元反响 2NO+2H2 = N2+2H2O 2NO N2O2 (快) (1) N2O2+H2 N2O+H2O (慢) (2) N2O+H2 N2+H2O (快) (3) 反响物分子在碰撞中一步干脆转化为生成物分子的反响称为基元反响。 (2).非基元反响 不是一步干脆转化为生成物分子的反响称为非基元反响。1.2、简洁反响和复合反响(宏观)(1).简洁反响: 仅由一种基元反响构成的整体反响 (2).复合反响 : 由两种或两种以上的基元反响构成的整体反响。 复合反响中确定整个反响速率的那步基元反响,称为控速步1.3. 质量作用定律 在肯定温度下
4、, 简洁反响(或复合反响中任一基元反响) , 反响速率与以反响式中化学计量数为指数的反响物浓度的乘积成正比 a (A) + b (B) = d (D) + e (E)(简洁反响) r =k ca (A) cb (B) - - - - 速率方程 k 反响速率常数 简洁反响 a (A) + b (B) = d (D) + e (E) r =k ca (A) cb (B) - - - - 速率方程说明:1.不同反响,反响速率常数 k不同2.同一反响, k 随 温度、溶剂、催化剂而变,与反响物浓度无关1. 4. 应用速率方程留意事项 (1)若反响物为气体 ,可用分压代替浓度 (2) 固体、纯液体、稀溶
5、液中溶剂不写入表达式 C(s) +O2(g) = CO2(g) r = k c (O2) (3) k 、r 的量纲 r 的量纲为ct-1 如moldm-3 s-11.5. 速率方程确实定 a (A) + b (B) = d (D) + e (E) 速率方程表示为 r =kcx (A) cy (B) 反响级数= x + y x 为A的反响级数 y 为B的反响级数(1) 若为简洁反响 则 x=a ,y=b ,反响级数= a+ b(2) 若为复合反响 则 x、y 由试验确定2、温度对化学反响速率的影响1887年瑞典化学家Arrhenius总结了大量的试验数据,发觉化学反响速率常数与温度有如下的关系:
6、 上式称为“阿伦尼乌斯公式”。式中: R=8.315 J mol-1 K-1, 摩尔气体常数。Ea, 活化能,“阿伦尼乌斯公式”的用处:1、对某一个实际反响,可用“阿伦尼乌斯公式”,求取其活化能。 方法: 在不同的温度下测量其反响速率常数,然后以lgk对1/T作图,可得一条直线。此直线的斜率为-Ea/2.303, 截距为A。2、 假如我们已知反响的活化能和某一温度下的反响速率,利用此公式,也可求得另一温度下的反响速率。(三). 反响速率理论和活化能(1)、碰撞理论要点1. 假设分子是无内部构造和内部运动的刚性小球。 2.分子间互相碰撞是发生反响的首要条件,但只有少数能量高的分子间碰撞, 才能发
7、生反响。能发生反响的碰撞称有效碰撞。能发生有效碰撞分子称活化分子(2)、反响条件1. 反响物分子必需具有足够大的能量2.有些反响物分子要定向碰撞(3)、活化能 把反响物分子变成活化分子 所需的能量。单位:kJ . mol-1 活化分子的平均能量E*与反响物分子平均能量Er之差:Ea= E* - Er 1. 不 同反响有不同的Ea 2. Ea 大,活化分子分数越小,单位时间内有效碰撞次数越少,反响速率越慢。反之, Ea 越小,反响速率越快。用活化能的概念,说明浓度、温度对化学反响速率的影响: D 当反响物的浓度增加时,活化分子的数量增加,反响速率自然随之增大。 D当反响温度上升时,分子碰撞的次数
8、增加,同时反响物分子中。活化分子所占的比例上升,因此反响速率增大。(四).催化剂对反响速率的影响 (1). 催化剂:一种能改变更学反响速率,而本身质量和组成保持不变的物质。 ( 2).正催化剂:加快反响速率的催化剂。 (3).负催化剂:减慢反响速率的催化剂。催化剂之所以能变更反响速率,是由于参与反响过程,变更了原来反响的途径,因此变更了活化能。 (4)催化剂的作用原理 a供应活化中心 b是活化络合物的一局部 c变更了化学反响的详细历程 d 降低了活化能(5)催化剂的重要应用 化工消费, 生物催化剂酶教学手段与方法:多媒体演示作业:P 30-1,3 学科: 普 通 化 学章节: 第一章 化学反响
9、的根本规律 第二节 化学反响中的能量关系教学目的:通过教学让学生驾驭化学反响中的质量守恒与能量守恒的根本概念与计算教学重点:化学反响中的能量变更:恒容热效应与热力学能变;恒压热效应与焓变;标准摩尔生成焓,盖斯定律。教学难点:恒容热效应与热力学能变;恒压热效应与焓变;标准摩尔生成焓教学过程:一、复习旧课(5分钟) 提问:1.什么是体系与环境? 2.过程和途径有何区分 3.志向气体状态方程是怎样的二、新课讲解(80分钟)(一)、化学反响的质量守恒定律 在化学反响中,物质的质量是守恒的。即参与反响的全部物质的质量总和等于反响后生成物的质量总和。(二)、 能量守恒热力学第肯定律1、热力学能(内能)热力
10、学能(内能)体系内部能量的总和。 构成:分子的平动能、转动能,分子间势能、电子运动能、核能等。 是一种热力学状态函数 无法知道他的肯定值,但过程中的变更值却是可以测量的。2、热力学第肯定律能量守恒定律 表述:能量只可能在不同形式之间转换,但不能自生自灭。DU = U2 - U1 = Q + W 热力学第肯定律有称能量守恒定律。它是人们从消费理论中归纳总结出的规律,是自然界中普遍存在的根本规律。2.1、热力学第肯定律- U、W、Q的关系 U2=U1+Q +W U=U2-U1= Q +W体系吸热, Q 为+;体系放热, Q 为 - 。环境对体系作功,W为+;反之, W为 - 。(三)、 化学反响的
11、热效应1、恒容热效应与热力学能变 假如体系的变更是在恒容的条件下,且不做其他非膨胀功(W=0,则:W=We+W=0) 此时: U = Q+W = QV 即:热力学能变等于恒容热效应。 *在弹式量热计中, 通过测定恒容反响热的方法,可获得热力学能变U的数值.2、恒压热效应与焓变 在我们的实际消费中,很多的化学反响都是在大气层中(一个大气压,103kpa)条件下进展的,这是一个体积有变更,但压力恒定的过程(恒压过程)。为了便利地探讨恒压过程中的问题,我们须要引入另一个重要的热力学状态函数焓。 焓变化学反响的恒压热效应现设体系的变更是在恒压、只做膨胀功(不做其他功,如电功等)的条件下进展的在此恒压过
12、程中: *体系汲取的热量记作 Qp *体系对环境所做的功 p (DV) = p (V2-V1) 因此,环境对体系所做的功: W = -p (DV) = - p (V2-V1)于是依据热力学第肯定律,有如下的关系: U2 - U1 = DU = Q + W = Qp - p (DV) = Qp - p ( V2 - V1) 所以: Qp = (U2 - U1) + p (V2 - V1) = (U2 + pV2) - (U1+ pV1) 定义热力学状态函数 焓,以H表示 H = U + pV 则:Qp = (U2 + pV2) - (U1+ pV1) = H2 - H1 = DH重点理解 焓H是
13、一种状态函数,只与体系的起始状态有关。与过程途径无关。 焓变值DH等于体系在恒压过程中的热效应Qp。在其他类型的变更过程中,焓变值DH不等于热效应,但并非说,焓变值DH为零。 焓代表了恒压条件下体系所包含的与热有关的能量,具有能量量纲,单位是J 或 kJ。因为常常遇到的化学反响都是在大气层这样一个恒压环境中发生的,所以焓是一个极其重要的状态函数。焓与与热力学能一样,其肯定值无法确定。但状态变更时体系的焓变H却是确定的,而且是可求的。焓是体系的广度性质,它的量值与物质的量有关,具有加和性。过程与焓(1) 对于肯定量的某物质而言,由固态变为液态或液态变为气态都必需吸热,所以有: H(g) H(l)
14、 H(s)(2) 当某一过程或反响逆向进展时,其H要变更符号即: H(正)= -H(逆)(3) 对于任何化学反响而言,其恒压反响热Qp可由下式求出: Qp=H= H生成物-H反响物(在化学反响中,可把反响物看作始态,而把生成物看作终态) H0为吸热反响,H0为放热反响。 由于大多数化学反响是在恒压条件下进展的,其H=Qp,即为恒压反响热。所以焓变比热力学能变更具有好用价值,用得更广泛、更普遍。3焓与热力学能的关系由焓的定义: H = U+pV 则:H = U+(pV) i) 对于恒压、只作体积功的化学反响,有: H = U+ pVii) 对于固相和液相反响,由于反响前后体积变更不大, 故有:
15、H U iii)对于气相反响,假如将气体作为志向气体处理, 则有: H = U +n(RT) 式中n为生成物的量与反响物的量之差。(四)、 盖斯定律与反响热的计算 1反响进度和热化学方程式 i)什么是“化学反响的进度”? 描绘化学反响的进展程度的物理量。在反响的某一阶段中,某反响物量(摩尔数)的变更值与其化学计量数的商。 单位:mol 用希腊字母表示。对于任一化学反响,有质量守恒定律:0nBB, 例如下列给定反响:d D + e E = g G + h H 通式为: 式中nB(x)和nB(0)分别表示反响进度为x和0时,B物质的量(mol)。留意:反响物的计量系数取负值,生成物的计量系数取正值
16、。举例说明:3H2 (g) + N2 (g) = 2NH3 (g)t = 0 s (mol) 3.0 1.0 0.0 t = 0.1 s (mol) 1.5 0.5 1.0以H2计算反响进度 x = DnH2 / nH2 = (1.5- 3.0) mol / -3 = 0.5 mol以N2计算反响进度 x = DnN2 / nN2 = (0.5- 1.0) mol / -1 = 0.5 mol以NH3计算反响进度 x = DnNH3 / nNH3 = (1.0- 0.0) mol / 2 = 0.5 molii) 热力学标准态 热力学在处理化学反响体系时,必需选定某一状态作为“计算、比拟的标准
17、”,这一标准即称做热力学标准状态。 IUPAC规定:100 kPa为标准压力,以pq表示之,处于标准压力之下的体系,称为体系的标准状态。各种体系的标准状态规定如下: 纯固体、液体,当该物质处于外压为标准压力之下。 纯气体(志向气体):p = pq = 100 kPa 混合气体:pi = pq = 100 kPa (pi 某组分气体的分压力)志向溶液:p = pq = 100 kPa, c = cq = 1.0 mol/ dm3 (c :标准浓度)留意事项:上述标准状态并未指定温度,即: H2 (100 kpa, 298K )是标准状态, H2 (100 kpa, 200K )也是标准状态。IU
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