反應速率和平衡

反應速率和平衡第1頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月教學進程安排（8課時）序號課時教學內容12化學反應速率反應速率理論簡介

22影響反應速率的主要因素

32可逆反應與化學平衡

42化學平衡的移動反應速率與化學平衡綜合應用

第2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3.單位:mol.L-1.S-1,mol.L-1.min-1,mol.L-1.h–1。一、速度及其表示方法1.速度:化學反應速度是用單位時

間內反應物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示的.2.表達式：v=-△[反應物]/△t,

v=△[生成物]/△t第一節(jié)化學反應速率第3頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、

平均速率與瞬時速率1.平均速率某一有限時間間隔內濃度的變化量。第4頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月的單位：反應速率是隨時間變化的∴平均速率不能反映真實的情況瞬時速率反映某一時刻的真實速率第5頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月反應時間間隔無限的?。夯瘜W反應：氣相反應：2、瞬時速率第6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、化學反應速率的實驗測定1、首先用物理或化學法測定不同時刻反應物（或生成物）的濃度。2、以濃度為縱坐標，以時間為橫坐標作圖。把各點用曲線連接起來，得到反應物濃度隨時間的變化曲線（c－t）曲線。3、在曲線上任一點作切線，其斜率的絕對值等于對應時間的瞬時化學反應速率。第7頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月N2O5分解速率的實驗數(shù)據(jù)

t/sc(N2O5)ν00.2003000.1806.46×10－56000.1615.80×10－59000.1445.21×10－512000.1304.69×10－524000.0843.04×10－540000.0441.59×10－5第8頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月隨著時間的推移N2O5的濃度在減小第9頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月●反應2W+XY+Z哪種速率關系式是正確的？第10頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)反應速率理論簡介一、碰撞理論●有效碰撞：在反應物分子間發(fā)生的碰撞中，只有少數(shù)碰撞能發(fā)生化學反應，因而稱為有效碰撞反應物濃度碰撞頻率反應速率◆反應物分子的相互碰撞才能發(fā)生化學反應----碰撞是分子發(fā)生反應的必要條件

第11頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月幾何方位要適當

能量足夠大兩個基本前提有效碰撞第12頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月EmE0E*mEaΔN/NΔEEm:平均能量E0:有效碰撞的最低能量E*m:活化分子的平均能量Ea:活化能第13頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月活化能：單位物質的量的活化分子平均能量與所有分子平均能量的差值。活化分子：能發(fā)生有效碰撞的分子

簡單講活化能是普通分子變成活化分子需要吸收的能量稱為活化能。第14頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月HCl(g)+NH3(g)══NH4Cl

方位第15頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、過渡狀態(tài)理論具有足夠能量的反應物分子相互接近，相互碰撞，達到一定程度時，分子間的相互作用增強，分子中的化學鍵發(fā)生重排，動能轉化為勢能，引起分子和原子內部結構的變化，形成了不穩(wěn)定的活化配合物，活化配合物所處的狀態(tài)稱為過渡狀態(tài)第16頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月過渡狀態(tài)(活化配合物)A+B-C→[A‥·B‥·C]*→A-B+C反應物(始態(tài))活化配合物(過渡態(tài))

產(chǎn)物(終態(tài))第17頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月NO2(g)+CO(g)══NO(g)+CO2(g)

第18頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月●

反應物必須爬過一個能壘才能轉化為產(chǎn)物

E與△rHrH反應熱與活化能的關系●即使是放熱反應,外界仍必須提供最低限度的能量，這個能量就是反應的活化能

第19頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月活化配合物

反應物產(chǎn)物

Ea＜Ea’

ΔrHm?＜0放熱反應Ea＞Ea’

ΔrHm?＞0吸熱反應活化配合物

反應物產(chǎn)物

第20頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)各種因素對對反應速率的影響1、速率方程定量表示反應速率和濃度關系的方程式(2)、對于氣體參加的反應，濃度可以用分壓代替。(1)、有固體和純液體參加的反應，固體和純液體本身為標準態(tài)，即單位濃度，不必列入反應速率方程式。一、濃度（分壓）對反應速率的影響第21頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2、速率常數(shù)k

k大，反應速率快與溫度（T，k）、反應物本性、溶劑、催化劑等有關與濃度無關第22頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3、反應級數(shù)cA和cB的指數(shù)x、y稱為A、B的分級數(shù)x+y稱為反應的總級數(shù)，簡稱反應級數(shù)(1)、一般來講x和y不是化學計量數(shù)a和b。反應級數(shù)可以是整數(shù)，也可以是0、負數(shù)和分數(shù)。(2)、x+y＝0，1，2，3，分別叫做零級、一級、二級、三級反應。第23頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月研究一個化學反應具體經(jīng)歷了哪些步驟，這些真實步驟的集合即反應機理。分三步完成：（快）（快）（慢，速控步驟）總包反應，非基元反應基元反應：每一步代表真實的反應步驟，也即反應物分子在碰撞后一步直接轉化為生成物分子的反應。4、基元和非基元反應第24頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月5、基元反應和質量作用定律質量作用定律：基元反應的反應速率與反應物濃度以方程式中化學計量數(shù)的絕對值為乘冪的乘積成正比。（1）（3）（2）質量作用定律只適用于基元反應，對于基元反應可直接用反應方程式求得該反應的速率方程。第25頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例如：保持[A]不變[B]增加一倍，v也增加一倍：y=1[B]增加一倍，v增加四倍：y=2保持[B]不變[A]增加一倍，v也增加一倍：x=1[A]增加一倍，v增加四倍：x=26、非基元反應的速率方程建立通過實驗獲得數(shù)據(jù)，計算出反應級數(shù)，從而確定速率方程式。第26頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、溫度對反應速率的影響1884年，范德霍夫：溫度升高10度，一般反應速率增加2-4倍。2、阿累尼烏斯方程（了解）Ea:活化能，A:指前因子，e:自然對數(shù)的底與溫度有關(Arrhenius公式)兩邊取對數(shù)1、范德霍夫規(guī)則第27頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月k和T的關系是一個指數(shù)關系。溫度的微小改變將會導致k值發(fā)生很大的變化。已知k1，k2求Ea或k3第28頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2、催化劑特性催化劑同時同速加速正逆反應,所以催化劑只能加速化學平衡的到達，不能改變化學平衡的位置催化劑不改變不能改變反應的方向，不能使不能進行的反應進行催化劑通過改變反應途徑，改變速度決定步驟的活化能使反應速度改變1、催化劑定義：能改變化學反應速率本身質量和組成保持不變，有正催化劑和負催化劑兩種。三、催化劑對反應速率的影響第29頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月ACBB’活化配合物DHE’acE’aDE第30頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

化學平衡一、可逆反應與化學平衡可逆反應：既能向正方向進行又能向逆方向進行的反應不可逆反應：逆反應較正反應相比很弱可忽略不計1.可逆反應第31頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月化學平衡：正逆反應的速率相等，各物質的量保持不變開始中間平衡2.化學平衡第32頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例如H2(g)+I2(g)=2HI(g)

●反應開始：c(H2),c(I2)大,c(HI)=0,υ正大,υ逆為0

●反應進行：υ正減小,υ逆增大

●某一時刻：υ正=υ逆，系統(tǒng)組成不變，達到平衡狀態(tài)第33頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月特征：（1）系統(tǒng)的組成不再隨時間而變。（2）化學平衡是動態(tài)平衡。（3）平衡組成與達到平衡的途徑無關。在一定條件下，可逆反應處于化學平衡狀態(tài)：第34頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、經(jīng)驗平衡常數(shù)氣體反應：濃度以分壓代替經(jīng)驗平衡常數(shù)H2(g)+I2(g)=2HI(g)第35頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：KC或Kp在一定溫度下為常數(shù)a，b，c，d為化學計量數(shù)KC越大，產(chǎn)物的量越大，反應進行越完全書寫平衡常數(shù)時，不要把純固體純液體和稀溶液中的水的濃度寫進去經(jīng)驗平衡常數(shù)，通常有量綱，分壓單位取kPa,濃度的單位取mol·L-1時，R的數(shù)值為8.314kPa·L·mol-1·K-1第36頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三．標準平衡常數(shù)

溶液反應aA(aq)+bB(aq)=gG(aq)+hH(aq)3.復相反應

CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)

K稱為標準平衡常數(shù)

2.氣相反應aA(g)+bB(g)=gG(g)+hH(g)第37頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月解:例題2.1反應A(g)=2B(g)在某溫度達到平衡時，各組分的分壓均為1.0105

Pa，求其經(jīng)驗平衡常數(shù)Kp和標準平衡常數(shù)K

。

▲標準平衡常數(shù)沒有量綱第39頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

無單位，和一般有單位只有在

時，和才沒有單位

與在數(shù)值上一般不等，都與方程式的寫法有關4、標準平衡常數(shù)與經(jīng)驗平衡常數(shù)的關系第40頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月四、平衡常數(shù)的意義

1.Kp,Kc,Kθ僅是溫度的函數(shù)。K值大小可判斷反應進行的程度，估計反應的可能性?！?/p>

N2+O2=2NOKc=1×10-30(298K)

基本不能進行，但在高溫(雷電)條件下平衡常數(shù)增大●

2Cl(g)=Cl2(g)Kc=1×1038(298K)

非常徹底

●

2SO2+O2=2SO3

Kc=3.6×1024(298K)

（速度極慢）V2O5可做催化劑-----加快速度一般常數(shù)在10-7～107之間屬于典型的可逆反應

第41頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.平衡常數(shù)數(shù)值的大小，不能預示反應達到平衡所需要的時間

3.用Jc（反應商）和Kc的相對大小，判斷反應是否平衡及反應進行的方向

第42頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月pA+qB=dD+eE

Jc>KcJp>Kp

J>Kθ

逆向反應自發(fā)進行Jc<KcJp<Kp

J<Kθ

正向反應自發(fā)進行Jc=KcJp=Kp

J=Kθ

體系處于平衡狀態(tài)濃度商

分壓商

活度商

第43頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2.2：我國合成氨一般采用中壓（2.03×104

Pa)中溫(500℃），現(xiàn)有在該條件下的反應N2（g）+3H2(g)=2NH3(g)其Kθ=1.57×10-5。若反應進行到一定的程度取樣分析得到數(shù)據(jù)是：11.6%NH3，22.1%N2

，66.3%H2（體積分數(shù)）試判斷該反應進行的方向。解：體積分數(shù)等于物質的量分數(shù)，總壓2.03×104

Pa各分壓是:p(NH3)=2.03×104×11.6%=2.35×103kPap(N2)=2.03×104×22.1%=4.49×103kPap(H2)=2.03×104×66.3%=1.35×104kPa第44頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月反應未平衡，向右進行第45頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月體系中幾個反應同時發(fā)生，某種物質常同時參加幾個反應。體系達到平衡時，幾個反應同時建立平衡，這種現(xiàn)象稱為多重平衡。

反應(3)=

反應(1)+

反應(2)如：CO(g)+1/2O2(g)→CO2(g)(1)

C(s)+1/2O2(g)→CO(g)(2)C(s)+O2(g)→CO2(g)(3)五、多重平衡規(guī)則第46頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月●反應3=反應2+反應1,則K3=K2?K1●反應3=反應2–反應1,則K3=K2/K1

●反應2=2×(反應1),則K2=(K1)2

依次類推（如開方、乘方）●反應2=-反應1,則K2=1/K1

平衡常數(shù)與反應方程式之間的關系

第47頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月六、平衡轉化率的計算某反應物消耗掉的數(shù)量轉化率=該反應物的原始數(shù)量轉化為指定產(chǎn)物的某反應物數(shù)量產(chǎn)率=該反應物的原始數(shù)量注:若無副反應，產(chǎn)率=轉化率；若有副反應，產(chǎn)率<轉化率第48頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月平衡或理論轉化率或最高轉化率：是平衡后反應物轉化為產(chǎn)品的百分數(shù)。它與轉化率的含義不同。轉化率是指實際情況下，反應結束后反應物轉化的百分數(shù)。實際的轉化率常低于平衡轉化率，而轉化率的極限就是平衡轉化率。轉化率與反應進行的時間有關。

第49頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例2.3硝酸銀和硝酸亞鐵兩種溶液發(fā)生下列反應:Fe2++Ag+Fe3++Ag在25度時,將硝酸銀和硝酸亞鐵溶液混合,開始時溶液中銀離子和亞鐵離子濃度都為0.100mol·L-1,達到平衡時銀離子的轉化率為19.4%。求：平衡時Fe2+、Ag+、Fe3+的濃度；2.該溫度下的平衡常數(shù)。第50頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月解：1).Fe2++Ag+Fe3++Ag起始濃度(c0/mol·L-1)0.1000.1000變化濃度(c0/mol·L-1)－0.1×19.4%－0.1×19.4%0.1×19.4%=-0.0194=-0.0194=0.0194平衡濃度(c/mol·L-1)

0.100-0.01940.100-0.01940.0194=0.0806=0.0806Kθ===2.992.第51頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2.4.673K5.06625Mpa下，下列反應的Kθ＝1.64*10-4，今用三個體積的H2與一個體積的N2混合，通過從催化劑反應N2（g）+3H2(g)=2NH3(g)計算1.NH3(g)的平衡產(chǎn)率是多少？解；N2（g）+3H2(g)=NH3(g)

終了時PH2:pN2=3:1 PH2+pN2+pNH3=5.06625Mpa 開始時VH2:VN2=3:1 PH2:pN2=3:1第52頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Kθ=(PH2/)-3(pN2/)-1(pNH3/)2=1.64*10-4解上述方程得：pN2＝1.074*106pa

PH2=3.22*106papNH3=0.77025*106pa第53頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月取平衡之后的氣體體積1m3，則pNH3*1m3＝nNH3RTnNH3=137.66mol同理nN2=191.95molnH2=575.84mol按計量反應應得NH3(g)的量521.56mol最大（平衡）產(chǎn)率＝137.66mol/521.56mol*100％ ＝26.39％第54頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例2.5.水煤氣的轉化反應為:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在850時,平衡常數(shù)KΘ=1.0，在該溫度下于5.0升密閉容器中加入0.040molCO和0.040mol的水,求該條件下CO的轉化率和達到平衡時的各組分的分壓。解：設CO的轉化率為αCO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始物質的量

n0/mol0.0400.04000平衡時物質的量n/mol0.040-0.040α0.040-0.040α0.040α0.040α第55頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月p(CO)=n(CO)RT/V；p(H2O)=n(H2O)RT/V；p(CO2)=n(CO2)RT/V；p(H2)=n(H2)RT/V；第56頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月p(CO)=p(H2O)=n(CO)RT/V=[0.040(1-0.50)×8.314×1123]÷(5.0×10-3)=37.3kPa;p(CO2)=p(H2)=n(CO)RT/V=[(0.040×0.50)×8.314×1123]÷(5.0×10-3)=37.3kPa.第57頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)化學平衡的移動平衡：一定條件下的平衡壓力濃度溫度等平衡移動：條件改變舊平衡打破，新平衡建立，各物質的濃度改變第58頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、濃度對化學平衡的影響

一定溫度下，Kc為一常數(shù)

●改變Jc，使Jc≠Kc，反應自發(fā)向某方向進行，平衡就要移動Ac-+H2O=HAc+OH-

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)

◆增加反應物濃度◆減少生成物濃度平衡正向移動

◆增加生成物濃度◆減少反應物濃度平衡逆向移動

第59頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2.6在例2.3討論的平衡體系中，在恒溫下將Fe2+濃度增至0.181mol·L-1時,問:1）平衡向哪個方向移動?2）求新平衡后各物質濃度3)Ag+的轉化率?解:1）因為在原有的平衡體系中僅增加了反應物濃度，所以平衡向正向移動；設達到新平衡時將有xmol·L-1的亞鐵離子被銀離子氧化，則第60頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Fe2++Ag+Fe3++Ag起始濃度

c0/mol·L-10.1810.08060.0194平衡濃度c/mol·L-10.181-x0.0806-x0.0194+xx=0.0139c(Fe2+)=(0.181–0.0139)mol·L-1=0.167mol·L-1;c(Ag+)=(0.0806–0.0139)mol·L-1=0.0667mol·L-1;c(Fe3+)=(0.0194+0.0139)mol·L-1=0.0333mol·L-1;第61頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、壓力對化學平衡的影響

一定溫度下，Kp為一常數(shù)

1．某些氣體組分的分壓變化

pV=nRT

p=cRT

改變氣體分壓,相當于改變濃度對平衡的影響和濃度是一致的●改變氣態(tài)反應物的分壓，若能使Jp≠Kp，則能使平衡移動第63頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2．體系總壓的改變（壓縮或膨脹）-----情況復雜，分別進行討論

◆

反應前后氣體分子數(shù)不等的反應

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)平衡Jp=Kp

p總增到兩倍Jp=(1/4)Kp朝生成NH3的方向移動p總減到一半

Jp=4Kp朝NH3分解的方向移動等溫條件下，增大總壓力，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動；減壓，平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動

第64頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月◆反應前后氣體分子數(shù)相等

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)平衡Jp=Kp

反應前后氣態(tài)總分子數(shù)相等，等溫下增加或降低總壓力，對平衡沒有影響p總增大p總減小

Jp=Kp

平衡不移動！平衡移動就是在新的條件下達到新的動態(tài)平衡

第65頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例2.7.在1000℃及總壓力為3000kPa下，反應:CO2(g)+C(s)2CO(g)達到平衡時，CO2的摩爾分數(shù)為0.17。求：1）該溫度下此反應的平衡常數(shù)；壓力減至2000kPa時，CO2的摩爾分數(shù)為多少?3）由此可得出什么結論?解：1）先求平衡常數(shù)，在原有的平衡時：p（CO2）=3000kPa×0.17=510kPa;

p（CO）=3000kPa×(1-0.17)=2490kPa;第66頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2）在2000kPa總壓下的新平衡中，設CO2的摩爾分數(shù)為x，則CO的摩爾分數(shù)為(1-x):p（CO2）=2000kPa·x；

p（CO）=2000kPa×(1-x)；

20(1-x)2=122x，10x2

–20x+10–61x=0，10x2

–81x+10=0，x2

–8.1x+1=0，x=(8.1–7.85)/2=0.13第67頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3）可見，當總壓減小時，平衡向著CO2減少的方向(向右)移動，或者說向著體積增大的方向移動。第68頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3．惰性氣體的影響

●

溫度和總壓力不變----引入惰性氣體

體積增大，各組分氣體的分壓降低