化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡

學(xué)習(xí)指南第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率第二節(jié)影響反應(yīng)速率的因素第三節(jié)活化能第四節(jié)化學(xué)平衡第五節(jié)化學(xué)平衡的移動第六節(jié)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的綜合應(yīng)用習(xí)題習(xí)題參考答案本章重點

1.影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素及其應(yīng)用2.化學(xué)平衡常數(shù)3.化學(xué)平衡的移動本章難點1.活化能理論2.影響化學(xué)平衡移動的因素及其化學(xué)平衡移動的應(yīng)用第一節(jié)

化學(xué)反應(yīng)速率

各種化學(xué)反應(yīng)進行的快慢程度往往不相同。例如，酸堿中和反應(yīng)、溶液中的某些離子反應(yīng)瞬間即可完成。反應(yīng)釜中乙烯的聚合過程則需幾小時或幾天。煤的形成更是一個緩慢的過程。表示方法：以單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生物濃度變化的正值來表示。若反應(yīng)A+B→Y+Z則反應(yīng)速率的表示方法為△t表示時間間隔；△ci表示在△t時間間隔內(nèi)i物質(zhì)濃度的變化以i物質(zhì)的濃度變化來表示的反應(yīng)速度。單位：mol.L-1(s-1、min-1、h-1)平均速度例：在給定條件下，合成氨反應(yīng)N2+3H2→2NH3起始濃度mol.L-1：1.03.002s后濃度mol.L-1：0.82.4

0.4請用不同物質(zhì)的濃度變化表示該反應(yīng)的速率。解：Mol.L-1.s-1Mol.L-1.s-1Mol.L-1.s-1瞬時速率平均速率的極限值即為在某時刻的瞬時速率lim△t→0N2O5在CCl4溶液中分解2N2O5=4NO2+O2

第二節(jié)影響反應(yīng)速率的因素

化學(xué)反應(yīng)速率的大小首先決定于反應(yīng)物的本性。此外，還受濃度、溫度、催化劑等外界條件的影響。

一、濃度對反應(yīng)速率的影響經(jīng)驗速率方程1.元反應(yīng)和非元反應(yīng)一步就能完成的反應(yīng)稱為元反應(yīng)2.經(jīng)驗速率方程式（質(zhì)量作用定律）對于元反應(yīng)，其反應(yīng)速率與各反應(yīng)物濃度冪的乘積成正比。濃度指數(shù)在數(shù)值上等于元反應(yīng)中各反應(yīng)物前面的化學(xué)計量數(shù)。這種定量關(guān)系可用一經(jīng)驗速率方程(亦稱質(zhì)量作用定律)來表示。例：aA+bB→yY+zZ(元反應(yīng)）或其中：k:為用濃度表示的反應(yīng)速率常數(shù)。k/:為用分壓表示的反應(yīng)速率常數(shù)。注意：1、不同反應(yīng)有不同的反應(yīng)速率常數(shù)；（k與k/）2、k、k/是化學(xué)反應(yīng)在一定溫度下的特征常數(shù)；3、對于確定反應(yīng)，k值只與溫度、催化劑有關(guān)，而與反應(yīng)物濃度無關(guān)。二、溫度對反應(yīng)速率的影響T↑V↑；T↓V↓。

對多數(shù)反應(yīng)，溫度升高10℃，反應(yīng)速率增大2-4倍。

夏天的草莓腐敗的快對于每升高10℃，反應(yīng)速度增大1倍的反應(yīng)，100℃時的反應(yīng)速率約為0℃時的210倍，即在0℃需要7天多才能完成的反應(yīng)，在100℃只需10min左右。三、催化劑與反應(yīng)速度1、催化劑：能顯著改變化學(xué)反應(yīng)速度，而本身的組成、性質(zhì)和質(zhì)量在反應(yīng)前后都不發(fā)生變化的物質(zhì)。正催化劑：能加快化學(xué)反應(yīng)速度的催化劑。負催化劑：能減慢化學(xué)反應(yīng)速度的催化劑。2、催化劑的三大性能活性、選擇性、穩(wěn)定性選擇性：催化劑只能改變某特定反應(yīng)速率，而抑制其它反應(yīng)速率的性能C2H5OHAgAl2O3H2SO4550℃350℃140℃2CH3CHO+2H2CH2=CH2+H2OCH3CH2OCH2CH3例：由此可知：根據(jù)催化劑的選擇性，同一種原料可以選擇不同催化劑來生產(chǎn)多種產(chǎn)品。3、催化劑的中毒定義：由于少量雜質(zhì)的影響，而使催化劑的活性、選擇性、穩(wěn)定性顯著降低的現(xiàn)象。分類：暫時性中毒（可逆中毒）永久性中毒（不可逆中毒）活性使用時間活性使用時間四、其它因素的影響接觸的面積、顆粒大小、攪拌速度、超聲波、紫外線、激光和高能射線等第三節(jié)活化能以上是在實驗基礎(chǔ)上歸納出的化學(xué)反應(yīng)速率的宏觀規(guī)律。下面簡單介紹關(guān)于反應(yīng)速率的理論，從物質(zhì)分子的性質(zhì)來解釋化學(xué)反應(yīng)速率的變化規(guī)律。

一、碰撞理論活化能

分子運動論認為：分子、原子或離子之間要發(fā)生反應(yīng)，必須相互碰撞。1、有效碰撞能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞。發(fā)生有效碰撞的兩個條件碰撞時反應(yīng)物分子必須有恰當(dāng)?shù)娜∠?。反?yīng)物分子必須具有足夠的能量。登山動畫例：NO2（g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g)2、活化分子具有足夠能量，能夠發(fā)生有效碰撞的的分子。3、活化能△N：能量在E-E+△E之間的分子數(shù)N：為分子總數(shù)：具有能量在E-E+△E的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分數(shù)。Ea=E活化平均-E平均或：Ea=E活化-E平均討論1：活化能與反應(yīng)速度的關(guān)系Ea↓：Ea↑：E活化↓，活化分子↑，有效碰撞↑V↑E活化↑

，活化分子↓，有效碰撞↓V↓結(jié)論：活化能越小，反應(yīng)速率越大；活化能越大，反應(yīng)速率越小。討論2：濃度、壓力、溫度是如何改變反應(yīng)速率的？1、對于指定反應(yīng)，在一定溫度下，反應(yīng)物中活化分子的百分數(shù)一定；反應(yīng)物濃度增大，活化分子數(shù)增加，有效碰撞數(shù)增加，反應(yīng)速率增大。2、溫度升高，一方面是分子運動加快，碰撞次數(shù)增加，有效碰撞次數(shù)也隨之增加，進而反應(yīng)速率增大。另一方面是反應(yīng)物分子得到能量，使大量非活化分子得到能量后變成活化分子，增加有效碰撞次數(shù)，因而增大了反應(yīng)速率。提問：壓力是如何改變反應(yīng)速率的？二、過渡狀態(tài)理論

（活化配合物理論）

要點：以反應(yīng)A+BC=AB+C為例EⅠ：反應(yīng)物具有的勢能。EⅡ：生成物分子具有的勢能。Eac:活化配合物具有的勢能。Ea1=Eac–E(Ⅰ)Ea2=Eac–E(Ⅱ)△H=E(Ⅱ)–E(Ⅰ)討論3：催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率的原因改變反應(yīng)途徑，降低活化能。第四節(jié)化學(xué)平衡一、可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡1、可逆反應(yīng)在一定條件下，能同時向正、逆兩個方向進行的反應(yīng)。2、化學(xué)平衡※化學(xué)平衡的特點（1）化學(xué)平衡是動態(tài)平衡；（2）化學(xué)平衡是有條件的，當(dāng)外界條件不變時，平衡會一直維持下去；（3）化學(xué)平衡可雙向達到。二、實驗平衡常數(shù)（經(jīng)驗平衡常數(shù)）定義：可逆反應(yīng)在一定溫度下達到平衡時，各生成物平衡濃度冪的乘積與反應(yīng)物濃度冪的乘積之比為一常數(shù)。此常數(shù)為平衡常數(shù)。例aA+bBgG+hHKc:為濃度常數(shù)Kp:壓力常數(shù)課堂練習(xí)：證明已知：△V=g+h-(a+b)注意:1、當(dāng)反應(yīng)物為純液體或純固體時，其濃度均可看成“1”。2、當(dāng)反應(yīng)物為氣體時可用分壓表示。例：MnO2(S)+4HClMnCl2+Cl2(g)+H2O

三、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)也稱熱力學(xué)平衡常數(shù)，以K一表示。1.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達式

對于既有固相A，又有B和D的水溶液，以及氣體E和H2O參與的一般反應(yīng)。提問：1）C一、P一分別等于多少？2）K一有無單位？2、書寫各應(yīng)用平衡常數(shù)應(yīng)注意的幾個問題1）平衡常數(shù)中的濃度或分壓必須是系統(tǒng)達到平衡時各物質(zhì)的濃度和分壓。2）平衡常數(shù)與方程式的書寫方式有關(guān)，故必須指明是哪一反應(yīng)的平衡常數(shù)。例：2SO2+O22SO3K1SO2+1/2O2SO3K23)反應(yīng)式中若有固體，純液體、其濃度在平衡常數(shù)表達式中不必列出。4）K一是溫度的函數(shù)，使用時必須指明相應(yīng)的反應(yīng)溫度。3、平衡常數(shù)的意義

（1）衡量反應(yīng)進行的程度；K一越大，說明反應(yīng)越徹底。（2）判斷反應(yīng)進行的方向；反應(yīng)商反應(yīng)在任一狀態(tài)下，生成物濃度冪的乘積與反應(yīng)物濃度冪的乘積之比。用“Q”表示若反應(yīng)為：aA+bBgG+hH討論：當(dāng)Q>K一時，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行；當(dāng)Q<K一時，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行；當(dāng)Q=K一時，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)例：確定NH3分解反應(yīng)2NH3=N2+3H2在下列條件下的反應(yīng)方向。（1）T=298.15KK一=1.6X10-6PNH3=PN2=101kPaPH2=1.01kPa(2)同（1）的總壓及溫度，nNH3=1.00mol,nN2=nH2=100mol解：（1）=9.9X10-7∵QP<K一∴反應(yīng)正向進行(2)∵P=PNH3+PN2+PH2=101+101+1.01=203.01kPn=nNH3+nN2+nH2=100+100+1.00=201.00mol∴根據(jù)得QP>K一反應(yīng)逆向進行課堂練習(xí)：已知①2NO+O22NO2的平衡常數(shù)為N2O4的平衡常數(shù)為②2NO2求③2NO+O2N2O4的平衡常數(shù)為解：=而③=①+②=ab5、多重平衡規(guī)則當(dāng)幾個反應(yīng)相加（減）得到總反應(yīng)時，總反應(yīng)的平衡常數(shù)為各反應(yīng)的平衡常數(shù)的積（商）。在一個化學(xué)過程中若有多個平衡同時存在。并且一種物質(zhì)同時參與幾種平衡，這種現(xiàn)象叫多重量平衡。4、多重平衡四平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率例：AgNO3和Fe（NO3）2兩種溶液會發(fā)生下列反應(yīng)：Fe2++Ag+Fe3++Ag在25℃時，將AgNO3和Fe（NO3)2溶液混合，開始時溶液中Ag+和Fe2+離子濃度各為0.100mol·L－1達到平衡時Ag＋的轉(zhuǎn)化率為19.4％。求：（1）平衡時Fe2＋，Ag+和Fe3+各離子的濃度；（2）該溫度下的平衡常數(shù)。解：Fe2＋+Ag＋

Fe3++Ag起始濃度C0/mol·L-1

0.1000.1000變化濃度C變/mol·L-1-0.1×19.4％=-0.0194-0.1×19.4％=-0.01940.1×19.4％=0.0194平衡濃度C/mol·L-10.1-0.01940.1-0.01940.0194返回0.08060.0806結(jié)果：0.0194KΘ=2.99課堂練習(xí)反應(yīng)NO2（g）+CO（g)CO2（g)+NO(g)在某溫度時，KΘ=9.0，若反應(yīng)開始時，CO、NO2的濃度為3.0×10-2molL-1。求：（1）達到平衡時，各物質(zhì)的濃度及轉(zhuǎn)化率；（2）反應(yīng)開始時，四種物質(zhì)的濃度均為3.0×10-2molL-1。平衡時各物質(zhì)的濃度及轉(zhuǎn)化率。分析NO2（g）+CO（g)CO2（g)+NO(g)起始C0/mol·L-1轉(zhuǎn)化C變/mol·L-1平衡C/mol·L-1設(shè)達到平衡時有xmol·L-1的NO2轉(zhuǎn)化為NO3.0×10-23.0×10-200xxxx3.0×10-2-x3.0×10-2-xxx結(jié)果：（1）x=2.25×10-2mol·L-1

（2）x=1.5×10-2mol·L-1

第五節(jié)化學(xué)平衡的移動

因外界條件的改變而使可逆反應(yīng)從一種平衡狀態(tài)向另一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程叫做化學(xué)平衡的移動。外界條件濃度、溫度、壓力：一、濃度對化學(xué)平衡所影響T一定，C反反物↑或C生成物↓平衡向正反應(yīng)方向移動結(jié)論：分析：在一定的溫度下，當(dāng)可逆反應(yīng)aA+bByY+zZ達到平衡時：①當(dāng)增加反應(yīng)物A或B的濃度時：<平衡向正反應(yīng)方向移動隨著反應(yīng)的不斷進行，CA、CB不斷減少，CY、CZ的不斷增加，到達一定時間，QC=建立了新的平衡。②當(dāng)減少反應(yīng)物A、B的濃度時：（減少生成物濃度呢？）>平衡向逆反應(yīng)方向移動（增加生成物濃度呢？）例：在例2的平衡系統(tǒng)中，如再加入一定量的Fe2+，使加入后Fe2+濃度達到0.181mol·L-1，維持溫度不變。問（1）平衡將向什么方向移動？（2）再次建立平衡時各物質(zhì)的濃度為多少？（3）Ag+總的轉(zhuǎn)化率為多少？解：（1）∵溫度不變，∴KΘ不變?yōu)?.99當(dāng)加入Fe2+時；各離子的濃度為：由于Qc<KΘ故：平衡向右移動。Fe2＋+Ag＋

Fe3++Ag（2）起始濃度C0/mol·L-1

平衡濃度C/mol·L-10.1810.08060.0194設(shè)平衡時消耗的Fe2+濃度為xmolL-1

0.181-X0.0806-X0.0194+X解得：x=0.0139則：=0.181-0.0139=0.167molL-1=0.0806-0.0139=0.0667molL-1=0.0194+0.0139=0.0353molL-1（3）與例2比較：由此可知：增大反應(yīng)物濃度，平衡向右移動，從而增大了某反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。二、壓力對化學(xué)平衡的影響壓力的變化對液態(tài)或固態(tài)反應(yīng)的平衡影響甚微，但對有氣體參加的反應(yīng)影響較大。例：下列反應(yīng)在一密閉容器中達到平衡，維持溫度恒定aA(g)+bB(g)則：yY(g)+zZ(g)若將系統(tǒng)的體積縮小至原來的1/x(x＞1)則系統(tǒng)的總壓為原來的x倍各組分氣體的分壓也分別增至原來的x倍。==y+z-(a+b)=討論：1、當(dāng)Δν>0時=y+z-(a+b)>即生成物的所體分子數(shù)大于反應(yīng)物的氣休分子數(shù)平衡向逆反應(yīng)方向進行（即向氣體分子數(shù)減少的方向移動）2、當(dāng)Δν<0時即生成物的所體分子數(shù)小于反應(yīng)物的氣休分子數(shù)<平衡向正反應(yīng)方向進行（即向氣體分子數(shù)減少的方向移動）3、當(dāng)Δν=0時即生成物的所體分子數(shù)等于反應(yīng)物的氣休分子數(shù)=平衡不移動結(jié)論：(1)壓力變化只對反應(yīng)前后氣體分子數(shù)有變化的反應(yīng)平衡系統(tǒng)有影響；

(2)在恒溫下增大壓力，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動；減小壓力，平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動。三、溫度對化學(xué)平衡的影響溫度對熱化學(xué)反應(yīng)有影響。溫度主要是改變化學(xué)平衡常數(shù)而引起平衡移動。例：2SO2（g）+O2（g)2S03（g）ΔH=-197.7kJmol-1t/℃400425450475500525550575600KΘ43423813680.849.631.420.413.79.29溫度升高，平衡向逆反就方向進行（吸熱反應(yīng)方向）結(jié)論：溫度