化学反应速率和化学平衡精精.ppt

《化学反应速率和化学平衡精精.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学反应速率和化学平衡精精.ppt（61页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、化学反应速率和化学平衡精第1页，本讲稿共61页主要内容化学反应速率概念及意义数学表达式及单位影响因素内因物质的性质外因浓度压强温度催化剂其它因素第2页，本讲稿共61页一、化学反应速率1.定义：2.表示方法：3.数学表达式：4.单位：通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。mol/(L s)或 mol(L min)-1或 molL-1 h-1衡量化学反应进行的快慢程度的物理量。v=CC t第3页，本讲稿共61页 1.反应速率是指某一时间间隔内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时速率；2.同一化学反应的反应速率用不同的物质来表示，可能有不同的速率值，但这些速率的数值之比等于化学方

2、程式的计量系数之比5.应注意的几个重要的问题：对于反应：mA+nB=pC+qD比例关系：V(A)：V(B)：V(C)：V(D)=m：n：p：q 4.温度每升高10，反应速率增至原来的2-4倍。3.比较同一反应在不同条件下的反应速率时，应：统一基准物质；统一单位。第4页，本讲稿共61页总结：比较化学反应速率的大小：（1）利用化学反应速率比较反应进行的快慢，必须先转化为同一物质表示的反应速率，再进行比较。同时还注意化学反应速率单位的一致性.（2）利用化学反应中各物质的化学反应速率之比等于各物质的化学计量数之比。（3）应用“三段式”来解决较为复杂的反应速率问题。第5页，本讲稿共61页【例1】反应 A

3、+3B=2C+2D 在四种不同情况下的反应速率分别为:v(A)=0.15mol/(Ls);v(B)=0.6mol/(Ls)v(C)=24mol/(Lmin);v(D)=0.45mol/(Ls)则该反应进行的快慢顺序为。=【例2】在2L容器中，发生3A+B=2C 的反应，若最初加入的A和B均为4mol，A的平均反应速率为0.12mol/(Ls)，则10s后容器内的B物质是()A.2.8mol B.1.6mol C.3.2mol D.3.6molC典型例题解析第6页，本讲稿共61页【例3】某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如右图所示，由图中数据分析，该反应的化学方程

4、式为：_ 反应开始至2min，Z的平均反应速率为 _。典型例题解析n/molt/min 1 2 30.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2YYXXZ 3X+Y 2Z0.05mol/(Lmin)第7页，本讲稿共61页1、内因：参加化学反应的物质的性质（即反应物的本性）（内因是影响化学速率的主要因素）2、外因 当其他条件不变时（1）浓度的影响：增加反应物的浓度可以加快化学反应速率；降低反应物的浓度，可以减慢化学反应速率。二、影响化学速率的因素第8页，本讲稿共61页（2）压强的影响：（仅适用于有气体参加的反应）增加体系的压强，可以加快化学反应速率；降低体系的压强，可以

5、减慢化学反应速率。（3）温度的影响：升高体系的温度可以加快化学反应速率；降低体系的温度，可以减慢化学反应速率。（4）催化剂的影响：使用正催化剂可以加快化学反应速率；使用负催化剂可以减慢化学反应速率。（5）其他因素的影响：如：光、固体的表面积、溶剂等。第9页，本讲稿共61页特别提醒一、浓度问题1、若增加一种物质的浓度浓度（无论是反应物或是生成物），反应速率总是加快，反之则减慢。2、固体（或纯液体）的浓度视为常数，增加或减少固体（或纯液体）的量，化学反应速率和化学平衡均不改变；故不能用它表示反应速率。但固体的表面积越大，反应速率越快。第10页，本讲稿共61页 本质:压强的变化，引起容器体积的变化，

6、最终导致浓度的变化！如：气体体系中每一种物质的浓度均增大一倍，即体系体积缩小一半，即相当于“加压”了。（1）对于可逆反应，压强增大，正逆反应速率都增大，但压强对平衡体系中气体的系数大的一边影响的幅度大；（2）充入反应无关气体（惰气）：恒容条件下，容器总压尽管增大了，但容器的体积不变，各自的浓度也不变，故反应速率不变；恒压条件下，为维持容器压强不变，容器体积必增大，故体系中各气体浓度减小，故反应速率减小。二、压强问题压强对于有气体参与的反应才有意义！第11页，本讲稿共61页反应C(s)+H22O(g)CO(g)+H22(g)在可变容积的密闭容器中进行下列的改变，对化学反应速率的影响如何？A A、

7、增加碳的量、增加碳的量 BB、容器的体积缩小一半、容器的体积缩小一半 C、保持体积不变，充入、保持体积不变，充入NN22，使体系的压强增大，使体系的压强增大一倍一倍 D D、保持压强不变充入N2。增加或减少固体的量对反应速率没影响；增加或减少固体的量对反应速率没影响；总压变化时要考虑浓度是否变化，才去总压变化时要考虑浓度是否变化，才去 判断对反应速率的影响。判断对反应速率的影响。无大无无小第12页，本讲稿共61页1、升高温度，无论是放热反应或是吸热反应（正、逆反应），速率都加快，但温度对吸热方向影响的幅度大（即升温加快的幅度大，降温下降的幅度大）；2、温度每升高10，反应速率就提高到原来的24

8、倍。升温后，V现=ntV原（其中t为现温度与原温度的差与10之比值，n为速率提高的倍数）。三、温度问题第13页，本讲稿共61页四、催化剂问题1、催化剂能同等程度的改变改变正、逆反应的反应速率，因而对化学平衡无影响，不能改变反应物的转化率和生成物的总产量。2、催化剂参加化学反应，改变了反应进行的途径，因而大大降低了反应的活化能，大大增大了活化分子百分数。第14页，本讲稿共61页5、有效碰撞理论（1）有效碰撞：反应物分子间必须相互碰撞才有可能发生反应，但不是每次碰撞都能发生反应，能发生反应的碰撞称为有效碰撞。有效碰撞必须满足两个条件：一是发生碰撞的分子具有较高的能量；二是分子在一定的方向上发生碰撞

9、。（2）活化分子：（3）活化分子百分数：在化学反应中，能量较高，有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子。指活化分子在反应物分子中所占的百分数。第15页，本讲稿共61页（4）有效碰撞的碰撞角度：（5）活化能：是指活化分子的平均能量与普通反应物分子的平均能量的差值。足够的能量和恰当的碰撞角度注意：a.活化分子的碰撞不一定都是有效碰撞；b.活化分子数越多，有效碰撞次数就越多，反应速率就越快。E反应物E生成物E活化分子第16页，本讲稿共61页碰撞理论解释浓度对反应速率的影响浓度增大单位体积内n总 单位体积内n活有效碰撞第17页，本讲稿共61页压强对反应速率的影响压强增大浓度增大 单位体积内n活有效碰撞碰

10、撞理论解释第18页，本讲稿共61页温度对反应速率的影响碰撞理论解释升高温度，一部分非活化分子吸收能量转化为活化分子，使得活化分子百分数提高，活化分子间的有效碰撞频率变大，故反应速率增大。第19页，本讲稿共61页能量反应过程E1E2反应物生成物活化分子活化能活化分子变成生成物分子放出的能量反应热没加催化剂加了催化剂催化剂对反应速率的影响第20页，本讲稿共61页练习1、下列措施中能增大活化分子百分数的是（）A.增大反应物浓度 B.增大压強 C.升高温度 D.使用正催化剂CD第21页，本讲稿共61页小结：影响化学反应速率的因素反应物性质等（1）内因（2）外因（详见94页）单位体积内 单位体积内有效

11、有效碰撞 碰撞次数 次数化学反应 化学反应的速率 的速率分子 分子总数 总数活化分 活化分子数 子数活化分子百 活化分子百分数 分数增大反应物 增大反应物浓度 浓度增大压强 增大压强升高温度 升高温度使用正催化剂 使用正催化剂第22页，本讲稿共61页二、化学反应进行的方向1、自发反应在一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的反应。(1)一定条件指的是一定温度和一定压强，外界帮助可以是如通电光照等。(2)自发反应在恰当条件下才能实现。说明：2.焓变与反应方向化学反应方向的能量判据：(1)对于化学反应而言，绝大多数的放热反应能自发进行，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全。(2)焓变（H）

12、是决定反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。体系趋向于从高能状态转变为低能状态（H 0）。说明：第23页，本讲稿共61页二、化学反应进行的方向3、熵变与反应方向 研究表明，除热效应外，决定反应能否自发进行的另一因素体系的混乱度（熵S）。熵：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。对于同一物质：S(g)S(l)S(s)熵变：反应前后体系的熵的变化叫做反应的熵变.用S表示。（S 反应物总熵生成物总熵）说明：S 0 说明反应的混乱度增大。反应的 S越大,越有利于反应自发进行，这个判据叫熵判据。第24页，本讲稿共61页二、化学反应进行的方向4、化学反应能否自发进行的判据 体系能量降低和混

13、乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。所以要正确判断一个反应是否能自发进行，必须综合考虑反应的焓变H 即能量判据和熵变S 即熵判据。HS一定能自发进行例：Mg(s)+2HCl(aq)MgCl2(aq)+H2(g)一定不能自发进行例：CO2(g)+H2O(l)+CaCl2(l)CaCO3(s)+2HCl(l)高温下能自发进行低温下能自发进行例：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)例：NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)第25页，本讲稿共61页二、化学反应进行的方向4、化学反应能否自发进行的判据G=H-T S0 不自发小结：反应自发性与焓变、熵变的关系H S自发性 示例0 0 低温下自

14、发 氢气、氧气燃烧0 0 所有温度下都自发 镁条与酸反应0 0 所有温度下都不自发 CO分解成碳和氧气0 0 高温下自发 CaCO3 分解反应的自发性与反应条件的关系(1)自发反应也需要一定的条件;(2)放热反应也不一定自发;(3)吸热反应一定条件下也可以自发.第26页，本讲稿共61页习题讨论1.下列过程是非自发的是（）A.水由高处向低处流 B.天然气的燃烧 C.铁在潮湿空气中生锈 D.室温下水结成冰D2.下列说法正确的是（）A.放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的 B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变 C.自发反应在恰当条件下才能实现 D.自发反应在任何条件下都能实现C

15、第27页，本讲稿共61页习题讨论3.25和1.01105Pa时，反应:2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)H=+56.76 kJmol-1，能自发进行的原因是（）A.是吸热反应 B.是放热反应C.是熵减少的反应D.熵增大效应大于能量效应D第28页，本讲稿共61页三、化学平衡的概念1.化学平衡状态的定义 指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。注意对象条件状态 结果可逆反应可逆反应一定 一定v正=v逆C C(B)(B)不变不变第29页，本讲稿共61页化学平衡是动态平衡2.化学平衡状态的特征动动态平衡：v(正)0；v(逆)0等定变v(正

16、)v(逆)0c(B)或 n(B)或(B)一定条件改变平衡改变逆化学平衡的研究对象是可逆反应第30页，本讲稿共61页3.化学平衡状态的判断依据一、从 V正=V逆进行判断（1）用同一种物质来表示反应速率时，该物质的生成速率与消耗速率相等（即“V正=V逆”）。（2）用不同种物质来表示反应速率时速率不一定相等但必须符合两方面（i）表示两个不同的方向（即“正和逆”）。（ii）速率之比=化学计量数之比。关键：反应进行时变量不变第31页，本讲稿共61页二百分含量不变标志 正因为v正v逆0，所以同一瞬间同一物质的生成量等于消耗量，总的结果是混合体系中各组成成分的物质的量物质的量、质量、物质的量浓度、各成分的百

17、分含量、转化率等不随时间变化而改变。第32页，本讲稿共61页 各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度均保持不变。各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。若反应前后的物质都是气体，且总体积不等，则气体的总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变。反应物的转化率、产物的产率保持不变。第33页，本讲稿共61页三有气体参加的反应，根据混合气体的平均相对分子质量、密度、压强、温度、颜色是否不再改变来判断反应是否达到平衡。第34页，本讲稿共61页化学平衡状态的一些“等价标志”（1）对于反应前后气体体积不等的反应，当恒

18、温、恒容时，压强不变，气体的平均相对分子质量不变；或恒温、恒压时，体积不变，混合气体的密度不变，说明反应处于平衡状态。（2）对于有颜色物质参加的反应，体系颜色不变，说明反应处于平衡状态。（3）对于吸热或放热反应，绝热体系的温度不变，说明反应处于平衡状态。第35页，本讲稿共61页课堂练习11、下列方法中可以证明、下列方法中可以证明A(s)+2BA(s)+2B22(g)(g)2C 2C22(g)+D(g)+D22(g)(g)已经达到平衡状态的是已经达到平衡状态的是_._.、一个、一个B B B B键的断裂的同时有一个 键的断裂的同时有一个C C C C键的生成 键的生成、百分组成、百分组成 B B

19、22%=C%=C22%=D%=D2 2%、单位时间内生成了、单位时间内生成了2molC2molC的同时也生成了的同时也生成了1molA1molA、反应速率、反应速率(B(B2 2)=)=(C(C22)=1/2)=1/2(D(D22)、C(BC(B2 2):C(C):C(C22):C(D):C(D22)=2:2:1)=2:2:1、温度、体积一定时，、温度、体积一定时，BB22、CC22、DD2 2浓度不再变化浓度不再变化、温度、体积一定时，容器内的压强不再变化、温度、体积一定时，容器内的压强不再变化、条件一定时，混合气体的平均相对分子质量不再变化、条件一定时，混合气体的平均相对分子质量不再变化、

20、温度、压强一定时，混合气体的密度不再变化、温度、压强一定时，混合气体的密度不再变化、第36页，本讲稿共61页四、化学平衡常数 使用化学平衡常数K应注意的问题：1、K只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。2、反应物或生产物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可以看做是“常数”而不代入公式。3、K是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。第37页，本讲稿共61页化学平衡常数K的应用1、化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，它的正向反应进行的程度越大，既该反应进行

21、得越完全，反应物转化率越大。2、一般地，K105时，该反应就进行得基本完全了。3、可以利用K值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。第38页，本讲稿共61页QK，（Q：浓度商）反应向正反应方向进行反应处于平衡状态反应向逆反应方向进行Qcp（C）cq（D）cm（A）cn（B）4、利用K值可判断反应的热效应若温度升高，K值增大，则正反应为吸热反应；若温度升高，K值减小，则正反应为放热反应；第39页，本讲稿共61页练习1：已知：某温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1；1/2H2(g)+1/2I2(g)HI(g)的平衡常数为K2，则K1、K2的关系为

22、 AK1=2K2 BK1=K22 CK1=K2 D不能确定B第40页，本讲稿共61页平衡转化率100%=该反应物的起始浓度该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度 可逆反应在一定条件下达到平衡时，某一反应物的平衡转化率为：l 除了化学平衡常数外，还有没有其他方法能用来表示化学反应进行的限度呢？平衡转化率的意义：能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。第41页，本讲稿共61页【例1】在一密闭容器中，CO与H2O混合加热到800达到下列平衡：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K=1.00若反应开始时CO和H2O的浓度分别为0.200 molL-1 和1.00molL-1，求达到平

23、衡时CO转化为CO2转化率是多少？平衡常数和转化率的计算第42页，本讲稿共61页 c(平)/molL-1 0.200 x 1.00 x x x 解得:x=0.166解：设平衡时CO2和H2的浓度为x molL-1K=x2(0.200 x)(1.00 x)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)c(始)/molL-1 0.200 1.00 0 0c(变)/molL-1 x x x x=1.00c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)=平衡常数和转化率的计算第43页，本讲稿共61页答:平衡时CO转化为CO2转化率是83.0%。=100%=83.0%0.1660.200平衡常数和转化率的

24、计算第44页，本讲稿共61页四、化学平衡移动 对一个可逆反应，达到化学平衡状态以后，反应条件(如温度、压强、浓度等)发生改变，平衡混合物里各组分的浓度也就随着改变而达到新的平衡状态，这个过程叫做化学平衡移动。化学平衡移动的根本原因：外界条件改变，引起正、逆发生改变，且：正逆0，造成，造成化学平衡移动。化学平衡移动。五、影响化学平衡移动的因素11、浓度：、浓度：在其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度都可使化学平衡向正反应方向移动；反之化学平衡向逆反应逆反应方向移动。方向移动。第45页，本讲稿共61页第46页，本讲稿共61页22、压强：、压强：对于反应前后气体 对于反应前后气体总体积发生

25、变化总体积发生变化的可逆反应，的可逆反应，在其他条件不变时，在其他条件不变时，增大压强增大压强，化学平衡向，化学平衡向气体体气体体积缩小 积缩小的方向移动；反之，化学平衡向的方向移动；反之，化学平衡向气体体积增 气体体积增大 大的方向移动。的方向移动。其他条件不变时，压强增大，其他条件不变时，压强增大，正正、逆都提高，但气逆都提高，但气体体积之和大的反应速率增大的幅度更大。体体积之和大的反应速率增大的幅度更大。NN22(g)+3H(g)+3H22(g)(g)2NH2NH33(g)(g)第47页，本讲稿共61页 压强对平衡的影响，只考虑对参加反应的气态物质的影响。H2(g)+I2(g)2HI(g

26、)第48页，本讲稿共61页33、温度：、温度：在其他条件不变的情况下，升高温度，化学平衡向吸热反 在其他条件不变的情况下，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。应方向移动，降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。升高温度，吸热反应方向的速率增大的幅度更大。升高温度，吸热反应方向的速率增大的幅度更大。降低温度，吸热反应方向的速率降低的幅度更大。降低温度，吸热反应方向的速率降低的幅度更大。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；H0第49页，本讲稿共61页 催化剂催化剂对化学平衡移动无影响，它的使用能 对化学平衡移动无影响，它的使用能同等程度地改变正、逆反应速率

27、（即反应速率改同等程度地改变正、逆反应速率（即反应速率改变但仍然相等），可以改变化学反应达到平衡所 变但仍然相等），可以改变化学反应达到平衡所需要的时间。正催化剂可以加快反应速率，缩短 需要的时间。正催化剂可以加快反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间。反应达到平衡所需要的时间。t1t2t产物含量使用催化剂 使用催化剂第50页，本讲稿共61页勒夏特列原理：化学平衡移动原理 若改变影响平衡的一个条件(浓度、压强、温度)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。第51页，本讲稿共61页课堂练习：课堂练习：11、反应、反应 X(g)+Y(g)2Z(g)(X(g)+Y(g)2Z(g)(正反应放热正反应放热

28、)，从正反应开始经，从正反应开始经tt11时间达到平衡状态，在时间达到平衡状态，在tt2 2末由于条件变化，平衡受到破坏，末由于条件变化，平衡受到破坏，在在tt33时达到新的平衡，下图表示上述反应过程中物质的浓度与时达到新的平衡，下图表示上述反应过程中物质的浓度与反应反应时间的变化关系，试问图时间的变化关系，试问图中的曲线变化是由哪种条 中的曲线变化是由哪种条件的改变引起的？件的改变引起的？()()AA、增大、增大XX或或YY的浓度的浓度B、增大压强C、增大Z浓度D、降低温度D第52页，本讲稿共61页2、下图表示可逆反应：A(g)+B(g)C(g)，当增大压强时，平衡由a点移动到b点，正确的曲

29、线是（）。B第53页，本讲稿共61页D3、对于可逆反应：A(g)+2B(g)2C(g)；H0，下列图像中下列的是（）。第54页，本讲稿共61页4、如图曲线是在其他条件一定时，反应：2NO2NO2 N2O4 4；H(逆逆)的点是（）（A）A 或 E（B）C（C）B（DD）D DB第55页，本讲稿共61页六、等效平衡问题及解题思路1、等效平衡的含义 在一定条件(定温、定容或或定温、定压定温、定压)下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的分数(体积、物质的量)均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。2、等效平衡的解决方法、定温、定容条件下的等效平衡、定温、定容条件下的等效平衡I

30、类：对于一般可逆反应，在定T、V条件下，改变起始加入情况，只要按可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的量与原平衡起始量量相同，则两平衡等效。相同，则两平衡等效。等效平衡的判定：任何相同组分的分数 任何相同组分的分数(体积、物质的量 体积、物质的量)均相同 均相同第56页，本讲稿共61页类：类：对于一般可逆反应，在对于一般可逆反应，在定定TT、PP条件下，改变起始加入情况，只要按可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的量比与原平衡相同，则两平衡等效。、定温、定压条件下的等效平衡类：类：对于一般可逆反应，在定T、V条件下，对于反应

31、前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量的比与原平衡相同，则两平衡等效。mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)定T、V定T、Pm+np+qm+n=p+q分别相等法成比例法成比例法成比例法m+np+qm+n=p+q第57页，本讲稿共61页3.“一边倒”原则（把量转化到一边）第58页，本讲稿共61页第59页，本讲稿共61页例题：5l 在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个定容的密闭容器里，发生如下反应：l 2SO2+O2(气)=2SO3 l 当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态，现在该容器中，维持温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(mol)，如果a、b、c取不同的数值，它们成长须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的质量分数仍跟上述平衡时的完全相同。l 请填写下列空白：l（1）若a=0、b=0，则c=；l（2）若a=0.5，则b=和c=；l（3）a、b、c必须满足的一般条件是（用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）：l l 20.25 1.5a+c=2 2b+c=2第60页，本讲稿共61页l 练习1：P158对点训练5、10、11第61页，本讲稿共61页