第三章化學(xué)平衡與化學(xué)反應(yīng)速率課件

第三章.第三章.1化學(xué)反應(yīng)問題：1、化學(xué)反應(yīng)在給定條件下能否進(jìn)行？如果不能進(jìn)行，其能進(jìn)行的條件是什么？2、可以自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，其進(jìn)行程度如何？3、可以進(jìn)行的反應(yīng)，其反應(yīng)速率如何？化學(xué)熱力學(xué)－→△G判斷－→化學(xué)平衡化學(xué)動(dòng)力學(xué)－→化學(xué)反應(yīng)速率.化學(xué)反應(yīng)問題：1、化學(xué)反應(yīng)在給定條件下能否進(jìn)行？如果不能進(jìn)行2第一節(jié)化學(xué)平衡化學(xué)平衡平衡常數(shù)表達(dá)式平衡常數(shù)與吉布斯自由能變.第一節(jié)化學(xué)平衡化學(xué)平衡.3一、可逆反應(yīng)化學(xué)平衡1、可逆反應(yīng)同一條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。一般化學(xué)反應(yīng)都具有一定的可逆性。例：裝密N2O4氣體的閉容器內(nèi)氣體顏色。P106.一、可逆反應(yīng)化學(xué)平衡1、可逆反應(yīng)同一條件下4

00.01000.010007.60×10－6020000.003970.003970.01211.20×10－62.04×10－7

48500.002130.002130.01573.45×10－73.43×10－7

t/s反應(yīng)開始:c(H2),c(I2)最大,c(HI)=0，較大，為0；反應(yīng)進(jìn)行:c(H2),c(I2)減小,減小,c(HI)增大，增大；某一時(shí)刻:系統(tǒng)組成不變，達(dá)到平衡狀態(tài)。＝.00.01000.0152、化學(xué)平衡在一定條件下，可逆反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)：特征：（1）系統(tǒng)的組成不再隨時(shí)間而變。（2）化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡。（3）化學(xué)平衡狀態(tài)隨外界條件而變化。（4）平衡組成與達(dá)到平衡的途徑無關(guān)。.2、化學(xué)平衡在一定條件下，可逆反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)：特征：.6二、化學(xué)平衡常數(shù)一定條件下，當(dāng)系統(tǒng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)各組成不再隨時(shí)間變化，各相關(guān)物質(zhì)濃度也不隨時(shí)間變化。它們之間是否存在一定的關(guān)系呢？實(shí)驗(yàn)表明，不論各物質(zhì)的初始濃度如何，體系達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)濃度之間存在這某種特定關(guān)系?？赡娣磻?yīng)：一定溫度下的平衡狀態(tài)，各濃度存在下列關(guān)系：－－－Kc稱為化學(xué)實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)，或經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù).二、化學(xué)平衡常數(shù)一定條件下，當(dāng)系統(tǒng)處于化學(xué)平衡7化學(xué)平衡定律：一定溫度下，某可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)物濃度系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次方的乘積之比是一個(gè)常數(shù)。明確兩點(diǎn)：1、化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，而與相關(guān)物質(zhì)的濃度無關(guān)。2、利用化學(xué)平衡常數(shù)可以計(jì)算某平衡狀態(tài)各物的濃度。例題：P108.化學(xué)平衡定律：明確兩點(diǎn)：例題：P108.8書寫化學(xué)平衡常數(shù)的規(guī)則：1、反應(yīng)中若有固體和純液體參加，其濃度不寫在平衡關(guān)系式中。平衡關(guān)系式只包括氣態(tài)物質(zhì)和溶液中各溶質(zhì)的濃度。例題：P1092、稀的水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，水的濃度不寫在平衡關(guān)系式中。若是非水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)有水參加或生成，則必須表示在平衡關(guān)系式中。例題：P1093、同一化學(xué)反應(yīng)采用不同的化學(xué)反應(yīng)方程式時(shí)，其平衡常數(shù)關(guān)系式及相應(yīng)的平衡常數(shù)有不同值。例題：P110.書寫化學(xué)平衡常數(shù)的規(guī)則：1、反應(yīng)中若有固體和純液體參加，其濃9..10對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)在平衡態(tài)時(shí)，其平衡常數(shù)關(guān)系式除用濃度表示外，還可用平衡時(shí)各氣體的分壓來表示。對(duì)一般的氣體反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)：平衡常數(shù)為：對(duì)于理想氣體：.對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)在平衡態(tài)時(shí)，其平衡常數(shù)關(guān)系11..12標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)將實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)表達(dá)式中各物質(zhì)的濃度或分壓分別用相對(duì)濃度或分壓代替，即得到標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（熱力學(xué)平衡常數(shù)）。其單位為1，表達(dá)式如下：其中，cΘ是熱力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)濃度，其值為1.0moL.L-1。

pΘ是熱力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)壓力，其值為100kPa。.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)將實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)表達(dá)式中各物質(zhì)的濃度13對(duì)于氣相反應(yīng)：對(duì)于溶液中的反應(yīng)：Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq).對(duì)于氣相反應(yīng)：對(duì)于溶液中的反應(yīng)：.14對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng):（1）K

是溫度的函數(shù)，與濃度、分壓無關(guān)。（2）單位與書寫的公式有關(guān)（3）生成的水不用寫出（4）要注意溫度條件，一般默認(rèn)時(shí)298K（5）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式必須與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式相對(duì)應(yīng)。.對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng):（1）K是溫度的函數(shù)，與濃度、分壓無關(guān)15例反應(yīng)A(g) 2B(g)在某溫度達(dá)到平衡時(shí)，各組分的分壓均為1.013105Pa，求其經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)Kp和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K

。

解：.例反應(yīng)A(g) 216平衡常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定：例題：恒溫恒容條件下，GeO(g)與W2O6(g)反應(yīng)生成GeWO4(g)：2GeO(g)+W2O6(g)→2

GeWO4(g)若反應(yīng)開始時(shí)，GeO和W2O6的分壓均為100.0kPa，平衡時(shí)

GeWO4(g)的分壓為98.0kPa。求平衡時(shí)GeO和W2O6的分壓以及反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。.平衡常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定：例題：恒溫恒容條件下，GeO(g)與W17解：2GeO(g)+W2O6(g)→

2

GeWO4(g)開始pB/kPa：100.0100.00變化pB/kPa：-98.0-98.0/298.0平衡pB/kPa：100.0-98.0100.0-98.0/298.0

p(GeO)=100.0kPa-98.0kPa=2.0kPa

p(W2O6)=100.0kPa-98.0/2kPa=51.0kPa.解：2GeO(g)18化學(xué)平衡常數(shù)的意義：1、平衡常數(shù)的數(shù)值大小可以判斷反應(yīng)可能進(jìn)行的程度。

Kc很小的平衡體系，其平衡產(chǎn)物的濃度很小，說明反應(yīng)進(jìn)行的程度較小。Kc很大的平衡體系，產(chǎn)物濃度大，反應(yīng)程度較大。Kc不大也不小時(shí)，反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度都不可忽略，是典型的可逆反應(yīng)。.化學(xué)平衡常數(shù)的意義：1、平衡常數(shù)的數(shù)值大小可以判斷反應(yīng)可能進(jìn)192、利用體系中有關(guān)物質(zhì)的濃度商與Kc比較可判斷反應(yīng)方向。濃度商（Qc）：反應(yīng)中產(chǎn)物濃度系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次方的乘積之比。如果Qc＝Kc，說明反應(yīng)達(dá)到平衡；如果Qc>Kc，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，正在逆向進(jìn)行；如果Qc<Kc，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，正在正向進(jìn)行。.2、利用體系中有關(guān)物質(zhì)的濃度商與Kc比較可判斷反應(yīng)方向。濃度20平衡轉(zhuǎn)化率：指平衡時(shí)已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量與轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量之比。3、利用Kc可以計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率。練習(xí)題：P140習(xí)題1、2、3.平衡轉(zhuǎn)化率：指平衡時(shí)已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量與轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的21例題：已知25℃時(shí)反應(yīng)（1）2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)的=0.45（2）I2(g)+Br2(g)2IBr(g)的=0.051計(jì)算反應(yīng)（3）2BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的。P141習(xí)題6多重平衡原理解：反應(yīng)（1）+（2）得：2BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g).例題：已知25℃時(shí)反應(yīng)P141習(xí)題6多重平衡原22三、平衡常數(shù)與吉布斯自由能變－－－化學(xué)等溫方程式。用該式可以求出任意狀態(tài)下體系的rGm，做為非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)。

rGm(T)=rG

m(T)+RTlnQ化學(xué)熱力學(xué)認(rèn)為：化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行到任意時(shí)刻時(shí)，體系的rGm、標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能rG

m、和反應(yīng)商Q之間存在下列關(guān)系：前面討論了體系在等溫等壓條件下的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能可以用來判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下化學(xué)反應(yīng)的方向。但在實(shí)際反應(yīng)中，各物質(zhì)不會(huì)總是處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，更多地處于非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。這種情況下的吉布斯自由能與標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能存在怎樣的關(guān)系呢？

<0

自發(fā)反應(yīng)

rGm

=0 可逆途徑，平衡態(tài) >0 非自發(fā).三、平衡常數(shù)與吉布斯自由能變－－－化學(xué)等溫方23反應(yīng)商Q與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K

的異同：同：兩者的書寫形式和注意事項(xiàng)是一致的；異：Q代表反應(yīng)在任意時(shí)刻時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)各物質(zhì)數(shù)量間的關(guān)系；K

僅代表反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)各物質(zhì)數(shù)量間的關(guān)系。當(dāng)體系處于平衡時(shí)：

rGm(T)=0， 同時(shí) Q=K

故化學(xué)反應(yīng)等溫式

rGm(T)=rG

m(T)+RTlnQ

變?yōu)椋?/p>

0=rG

m(T)+RTlnK

即:

rG

m(T)=－RTlnK

.反應(yīng)商Q與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的異同：當(dāng)體系處于平衡時(shí)：rG24這一公式極為重要，它將兩個(gè)重要的熱力學(xué)數(shù)據(jù)rG

m和K

聯(lián)系起來。將rG

m=－RTlnK

代入化學(xué)等溫式，得:

rGm=－RTlnK

+RTlnQ即這個(gè)式子將非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的兩種判據(jù)聯(lián)系起來：Q<K

時(shí)，

rGm(T)<0，反應(yīng)正向進(jìn)行；Q>K

時(shí)，

rGm(T)>0，反應(yīng)逆向進(jìn)行；Q=K

時(shí)，

rGm(T)=0，反應(yīng)達(dá)到平衡。.這一公式極為重要，它將兩個(gè)重要的熱力學(xué)數(shù)據(jù)25例題：P115－116例1、例2練習(xí)題：P142習(xí)題10、11、12.例題：P115－116例1、例2練習(xí)題：P142習(xí)題10、126第二節(jié)化學(xué)平衡的移動(dòng)及影響因素化學(xué)平衡的移動(dòng)：當(dāng)外界條件改變時(shí)，化學(xué)平衡被破壞，化學(xué)反應(yīng)從一種平衡狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變到另一種平衡狀態(tài)，平衡發(fā)生了移動(dòng)?；瘜W(xué)平衡的特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)性、相對(duì)性、有條件性、暫時(shí)性平衡移動(dòng)的影響因素是多方面的，包括濃度、溫度、壓力等。.第二節(jié)化學(xué)平衡的移動(dòng)及影響因素化學(xué)平衡的移動(dòng)：化學(xué)平衡的27根據(jù)化學(xué)等溫方程式：體系達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),反應(yīng)商Q=Kθ

當(dāng)c(反應(yīng)物)增大，或c(生成物)減小時(shí),

Q<Kθ，

平衡向正向移動(dòng)。當(dāng)c(反應(yīng)物)減小或c(生成物)增大時(shí),

Q>Kθ，

平衡向逆向移動(dòng)。一、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響.根據(jù)化學(xué)等溫方程式：體系達(dá)到平衡狀28在其它條件不變的情況下，增加反應(yīng)物的濃度或減少生成物的濃度，化學(xué)平衡向著正反應(yīng)方向移動(dòng)；增加生成物的濃度或減少反應(yīng)物的濃度，化學(xué)平衡向著逆反應(yīng)的方向移動(dòng)。在可逆反應(yīng)中，為了盡可能利用某一反應(yīng)物，經(jīng)常用過量的另一種物質(zhì)和它作用。不斷將生成物從反應(yīng)體系中分離出來，則平衡將不斷向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)。.在其它條件不變的情況下，增加反應(yīng)物的濃度或減少生成物的濃29例題：25oC時(shí)，反應(yīng)Fe2+(aq)+Ag+(aq)

Fe3+(aq)+Ag(s)的Kθ=3.2。(1)當(dāng)c(Ag+)=1.00×10-2mol·L-1,c(Fe2+)=0.100mol·L-1,c(Fe3+)=1.00×10-3mol·L-1時(shí)，反應(yīng)向哪一方向進(jìn)行?(2)平衡時(shí),Ag+，F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+的濃度各為多少?(3)Ag+的轉(zhuǎn)化率為多少?(4)如果保持Ag+，F(xiàn)e3+的初始濃度不變，使c(Fe2+)增大至0.300mol·L-1，求Ag+的轉(zhuǎn)化率。.例題：25oC時(shí)，反應(yīng).30解:(1)計(jì)算反應(yīng)商，判斷反應(yīng)方向：

Q<Kθ

,反應(yīng)正向進(jìn)行..解:(1)計(jì)算反應(yīng)商，判斷反應(yīng)方向：31開始cB/(mol·L-1)：

0.1001.00×10-21.00×10-3

變化cB/(mol·L-1)：

-x-xx平衡cB/(mol·L-1)：

0.100-x1.00×10-2-x1.00×10-3+x(2)計(jì)算平衡組成：Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s).開始cB/(mol·L-1)：(2)計(jì)算平衡組成：Fe32所以平衡時(shí)各物質(zhì)濃度分別為：c(Ag+)=8.4×10-3mol·L-1c(Fe2+)=9.84×10-2

mol·L-1c(Fe3+)=2.6×10-3mol·L-1

解得：

x=1.6×10-3.所以平衡時(shí)各物質(zhì)濃度分別為：解得：x=1.6×10-3.33(3)求Ag+的轉(zhuǎn)化率：

.(3)求Ag+的轉(zhuǎn)化率：.34(4)設(shè)達(dá)到新的平衡時(shí)Ag+的轉(zhuǎn)化率為α2Fe2+(aq)+Ag+(aq)

Fe3+(aq)+Ag(s)平衡Ⅱ0.300-1.00×10-2×1.00×10-3+

cB/(mol·L-1)1.00×10-2α2(1-α2)1.00×10-2α2.(4)設(shè)達(dá)到新的平衡時(shí)Ag+的轉(zhuǎn)化率為35實(shí)際生產(chǎn)生活中常加大廉價(jià)反應(yīng)物的量或不斷取走生產(chǎn)物，使平衡朝有利方向進(jìn)行。如合成氨工業(yè)生產(chǎn)中，采取不斷取走氨的方法，促使反應(yīng)不斷進(jìn)行；而在碳燃燒過程中，常通過鼓風(fēng)提供充足的氧，促進(jìn)生成二氧化碳?xì)怏w。.實(shí)際生產(chǎn)生活中常加大廉價(jià)反應(yīng)物的量或不斷取走生36二、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響溫度變化范圍不是非常大時(shí)，ΔHθ和ΔSθ受溫度影響不大，近似看成常數(shù)。上式對(duì)溫度求導(dǎo)得：.二、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響溫度變化范圍不是非常大37升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)；降低溫度，平衡向放熱方向移動(dòng)。對(duì)于吸熱反應(yīng)，，當(dāng)溫度升高時(shí)，Kθ增大，即平衡正向移動(dòng)。顯然，Kθ(T)是溫度的函數(shù)。溫度變化將引起Kθ(T)的變化，導(dǎo)致化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。對(duì)于放熱反應(yīng)，，當(dāng)溫度升高時(shí)，Kθ減小，即平衡逆向移動(dòng)。.升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)；對(duì)于吸熱反38例題：P120－例4練習(xí)：P141習(xí)題9根據(jù)前式，可以由某溫度下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)求算另一溫度下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。公式變換后得到下列方程式：或者：.例題：P120－例4根據(jù)前式，可以由某溫度下39三、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響等溫下，增大總壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動(dòng)；減壓，則平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動(dòng)。如：673K時(shí)反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)如果氣態(tài)反應(yīng)物的總分子數(shù)和氣態(tài)生成物總分子數(shù)相等，在等溫下，增加或降低總壓強(qiáng)，對(duì)平衡沒有影響。如：773K時(shí)反應(yīng)：CO+H2O

H2+CO2.三、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響等溫下，增大總壓強(qiáng)，平衡向氣體分401.部分物種分壓的變化如果保持溫度、體積不變，增大反應(yīng)物的分壓或減小生成物的分壓，使Q減小，導(dǎo)致Q

<K

，平衡向正向移動(dòng)。反之，減小反應(yīng)物的分壓或增大生成物的分壓，使Q增大，導(dǎo)致Q

>K

，平衡向逆向移動(dòng)。.1.部分物種分壓的變化.412.體積改變引起壓力的變化對(duì)于氣體參與的化學(xué)反應(yīng)：

aA(g)+bB(g)

yY(g)+zZ(g)顯然，壓力對(duì)平衡移動(dòng)的影響與反應(yīng)前后分子數(shù)有關(guān)。.2.體積改變引起壓力的變化顯然，壓力對(duì)平衡移動(dòng)的影響與反應(yīng)前42對(duì)于氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，Σ

B>0，x

Σ

B

>1，Q>Kθ

，平衡向逆向移動(dòng)，即向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)。對(duì)于氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，Σ

B<0，x

Σ

B

<1，Q<Kθ

，平衡向正向移動(dòng)，即向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)。對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，Σ

B=0，x

Σ

B

=1，Q=Kθ

，平衡不移動(dòng)。.對(duì)于氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，ΣB>0，xΣB>433．惰性氣體的影響(1)在惰性氣體存在下達(dá)到平衡后,再恒溫壓縮,Σ

B≠0，平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng),Σ

B=0，平衡不移動(dòng)。(2)對(duì)恒溫恒容下已達(dá)到平衡的反應(yīng)，引入惰性氣體，反應(yīng)物和生成物pB不變，Q=Kθ，平衡不移動(dòng)。(3)對(duì)恒溫恒壓下已達(dá)到平衡的反應(yīng)，引入惰性氣體，總壓不變，體積增大，反應(yīng)物和生成物分壓減小，如果Σ

B≠0，平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)。.3．惰性氣體的影響.44例題：某容器中充有N2O4(g)和NO2(g)混合物，n(N2O4)：n(NO2)=10.0：1.0。在308K，0.100MPa條件下，發(fā)生反應(yīng)：N2O4(g)2NO2(g)；K

(308)=0.315計(jì)算：(1)平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓；(2)使該反應(yīng)系統(tǒng)體積減小到原來的1/2，反應(yīng)在308K，0.200MPa條件下進(jìn)行，平衡向何方移動(dòng)？(3)在新的平衡條件下，系統(tǒng)內(nèi)各組分的分壓改變了多少？.例題：某容器中充有N2O4(g)和NO245解：(1)反應(yīng)在恒溫恒壓條件下進(jìn)行。以1molN2O4為計(jì)算基準(zhǔn)。N2O4(g)2NO2(g)開始時(shí)nB/mol1.000.100平衡時(shí)nB/mol1.00-x0.10+2xn總=1.10+x平衡時(shí)pB/kPa.解：(1)反應(yīng)在恒溫恒壓條件下進(jìn)行。.46..47..48(3)N2O4(g)2NO2(g)開始時(shí)nB/mol1.000.100平衡(Ⅱ)時(shí)nB/mol1.00-y0.10+2y平衡(Ⅱ)時(shí)pB/kPa

.(3)49..50第三節(jié)化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)速率濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響—速率方程式溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響—Arrhenius方程式反應(yīng)速率理論和反應(yīng)機(jī)理簡介催化劑和催化作用.第三節(jié)化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)速率.51利用化學(xué)熱力學(xué)的方法，能方便地判斷化學(xué)反應(yīng)的方向和反應(yīng)進(jìn)行的限度。但在實(shí)際過程中，熱力學(xué)可行的反應(yīng)能否實(shí)現(xiàn)，還必須涉及到化學(xué)反應(yīng)速率。反應(yīng)速率太慢，則反應(yīng)實(shí)際上無法進(jìn)行。而有些反應(yīng)過快，以至于無法控制。如何改變條件使慢反應(yīng)能較快進(jìn)行，或使過快的反應(yīng)速度降低到可以控制的程度，這就是化學(xué)動(dòng)力學(xué)所要解決的問題。.利用化學(xué)熱力學(xué)的方法，能方便地判斷化學(xué)反應(yīng)的方521、反應(yīng)進(jìn)度的單位是mol一、化學(xué)反應(yīng)速率.1、反應(yīng)進(jìn)度的單位是mol一、化學(xué)反應(yīng)速率.53

3.010.00

2.07.02.0

1.55.53.0顯然，對(duì)于同一反應(yīng)的不同物質(zhì)來說，其反應(yīng)進(jìn)度具有相同的值?？梢杂萌魏我环N物質(zhì)來表示反應(yīng)的進(jìn)度。.3.010.054反應(yīng)進(jìn)度必須對(duì)應(yīng)具體的反應(yīng)方程式。2.07.02.0(mol)3.010.00(mol)同樣條件下改變反應(yīng)方程式的寫法后求反應(yīng)進(jìn)度：.反應(yīng)進(jìn)度必須對(duì)應(yīng)具體的反應(yīng)方程式。2.07.552、化學(xué)反應(yīng)速率表示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行快慢的物理量，是單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度的改變量的正值。對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：

aA+bB→

yY+zZ對(duì)于定容的氣相反應(yīng).2、化學(xué)反應(yīng)速率對(duì)于定容的氣相反應(yīng).563、平均速率與瞬時(shí)速率1）平均速率某一有限時(shí)間間隔內(nèi)濃度的變化量。.3、平均速率與瞬時(shí)速率1）平均速率某一有限時(shí)間間隔內(nèi)濃度的57例：2N2O5(CCl4)2N2O4(CCl4)+O2(g)t1=0sc1(N2O5)=0.200mol·L-1

t2=300sc2(N2O5)=0.180mol·L-12）.瞬時(shí)速率時(shí)間間隔Δt趨于無限小時(shí)的平均速率的極限。.例：2N2O5(CCl4)2N2O4(CCl4)+O258為導(dǎo)數(shù)，它的幾何意義是c-t曲線上某點(diǎn)的斜率。例如270s時(shí)的瞬時(shí)速率：P點(diǎn)的斜率=（參見教材122頁例題圖3-1）.為導(dǎo)數(shù)，它的幾何意義是c-t曲線上某點(diǎn)的斜率。例如270s時(shí)591、反應(yīng)方程式中各物的瞬時(shí)反應(yīng)速率與反應(yīng)系數(shù)有關(guān)。注意兩點(diǎn)：練習(xí)題：P143習(xí)題16、172、通常實(shí)驗(yàn)測(cè)定的反應(yīng)速率實(shí)際上是正向反應(yīng)速率和逆向反應(yīng)速率之差，即凈反應(yīng)速率。部分反應(yīng)的逆向反應(yīng)速率非常小，可以近似認(rèn)為是單相反應(yīng)。如果測(cè)得凈反應(yīng)速率為零，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。.1、反應(yīng)方程式中各物的瞬時(shí)反應(yīng)速率與反應(yīng)系數(shù)有關(guān)。注意兩點(diǎn)：60二、濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響—速率方程式反應(yīng)速率的本質(zhì)決定因素：反應(yīng)物的內(nèi)部因素。不同的反應(yīng)，反應(yīng)速率相差很大。對(duì)于同一反應(yīng)，反應(yīng)速率收到外部諸多因素的影響，如濃度、溫度等。.二、濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響—速率方程式反應(yīng)速率的61c(H2O2)(mol/L)0.40.20.1v=-dc/dt(mol/L/min)0.0140.00750.0038例：雙氧水的分解反應(yīng)中，反應(yīng)速率隨反應(yīng)物濃度的關(guān)系為：反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度成正比，關(guān)系式表示為：——反應(yīng)速率方程1、速率方程與反應(yīng)級(jí)數(shù).c(H2O2)(mol/L)0.40.20.1v=-dc/d62對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：

a,b---反應(yīng)計(jì)量數(shù)

隨反應(yīng)書寫方式確定。

m,n---反應(yīng)物的反應(yīng)級(jí)數(shù)若m+n=3，則總反應(yīng)級(jí)數(shù)為3。m，n必須通過實(shí)驗(yàn)確定其值。通常物質(zhì)的反應(yīng)級(jí)數(shù)與其反應(yīng)計(jì)量數(shù)無關(guān)，即m≠a，n≠b。

k---反應(yīng)速率常數(shù)等于單位濃度時(shí)的反應(yīng)速率。單位隨反應(yīng)級(jí)數(shù)大的不同而變化：零級(jí)反應(yīng)mol·L-1·s-1；一級(jí)反應(yīng)s-1；二級(jí)反應(yīng)(mol·L-1)-1·s-1；k主要決定于反應(yīng)本身的內(nèi)部因素，不隨濃度而變，但受溫度的影響，通常溫度升高，k增大。速率方程為：.對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：a,b---反應(yīng)計(jì)量數(shù)隨反應(yīng)書63..642、反應(yīng)機(jī)理研究不同反應(yīng)具有不同的速率方程，這是由反應(yīng)機(jī)理所決定的。化學(xué)方程式能說明何種物質(zhì)參加了反應(yīng)，最終生成何種產(chǎn)物，以及反應(yīng)物和產(chǎn)物之間量的關(guān)系。但它不能說明反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑。.2、反應(yīng)機(jī)理研究不同反應(yīng)具有不同的速率方程，這65幾個(gè)重要概念：1）基元反應(yīng)由反應(yīng)物一步生成產(chǎn)物的反應(yīng)，又叫簡單反應(yīng)。2）非基元反應(yīng)由反應(yīng)物經(jīng)兩步或兩部以上完成的反應(yīng)，又叫復(fù)雜反應(yīng)。復(fù)雜反應(yīng)是由兩個(gè)或多個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的。復(fù)雜反應(yīng)的決定步驟是反應(yīng)速率最慢的基元反應(yīng)例題：P1263）反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜反應(yīng)所經(jīng)歷的若干個(gè)基元反應(yīng)，又叫反應(yīng)歷程。.幾個(gè)重要概念：1）基元反應(yīng)由反應(yīng)物一步生成產(chǎn)物的反應(yīng)，66意義：若清楚反應(yīng)是如何進(jìn)行的，則可以有效控制反應(yīng)的快慢，以獲得期望產(chǎn)物。一般的過程是：采用分子光譜等研究手段檢測(cè)反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物，據(jù)此推斷反應(yīng)歷程，再以實(shí)驗(yàn)獲得的速率方程驗(yàn)證，一個(gè)合理的反應(yīng)機(jī)理應(yīng)滿足下列兩點(diǎn)：全部基元反應(yīng)的加和應(yīng)為化學(xué)計(jì)量反應(yīng)方程式由反應(yīng)機(jī)理得出的速率方程應(yīng)與實(shí)驗(yàn)所得一致.意義：若清楚反應(yīng)是如何進(jìn)行的，則可以有效控制反應(yīng)的快慢，以獲674）反應(yīng)分子數(shù)從微觀上用來說明反應(yīng)物分子經(jīng)碰撞而發(fā)生反應(yīng)的過程中所包含的分子數(shù)。反應(yīng)分子數(shù)是基元反應(yīng)中物種的分子數(shù)目單分子反應(yīng)：主要包括一些分解反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)雙分子反應(yīng)：大多數(shù)基元反應(yīng)三分子反應(yīng)：三個(gè)分子同時(shí)相碰，極少例：分析P126的四個(gè)基元反應(yīng).4）反應(yīng)分子數(shù)從微觀上用來說明反應(yīng)物分子經(jīng)碰撞而發(fā)生反68例題:

一氧化氮被還原為氮?dú)夂退?根據(jù)光譜學(xué)研究提出的反應(yīng)機(jī)理是:試依據(jù)這一反應(yīng)機(jī)理推斷其速率方程式,并確定相關(guān)物種的反應(yīng)級(jí)數(shù)。(慢)k2(快)k1(快,平衡)k1k-1.例題:一氧化氮被還原為氮?dú)夂退?根據(jù)光譜學(xué)研究提出的69解:按照速率控制步驟(最慢的一步)：是中間產(chǎn)物，根據(jù)第一步的快速平衡，該反應(yīng)對(duì)NO是二級(jí)反應(yīng),代入對(duì)是一級(jí)反應(yīng)練習(xí)：P146－30.解:按照速率控制步驟(最慢的一步)：是中間產(chǎn)物，根據(jù)第一步的703、利用質(zhì)量作用定律求反應(yīng)速率方程若實(shí)驗(yàn)測(cè)得的速率方程中a+b≠m+n，則說明該反應(yīng)不是基元反應(yīng)，此時(shí)可用基元反應(yīng)的速率方程推算該反應(yīng)的速率方程。P129例題意義:通過實(shí)驗(yàn)一旦證實(shí)某一有確定反應(yīng)物和生成物的反應(yīng)為基元反應(yīng),就可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式直接寫出其速率方程式。

基元反應(yīng)的質(zhì)量作用定律：恒溫下基元反應(yīng)的反應(yīng)速率與各反應(yīng)物濃度系數(shù)次方的乘積成正比。例P128實(shí)驗(yàn)測(cè)得的速率方程與質(zhì)量作用定律推導(dǎo)的速率方程一致時(shí)，反應(yīng)機(jī)理不一定是正確的。還必須結(jié)合考慮能量因素。.3、利用質(zhì)量作用定律求反應(yīng)速率方程若實(shí)驗(yàn)測(cè)得的速率方程中a71影響反應(yīng)速率的因素有兩個(gè):k和cBk與溫度有關(guān)，T增大，一般k也增大，但k~T不是線性關(guān)系。反應(yīng)速率方程三、溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響—Arrhenius方程.影響反應(yīng)速率的因素有兩個(gè):k和cBk與溫度有關(guān)721、范霍夫近似規(guī)則近似規(guī)則：溫度每升高10K反應(yīng)速率約是原來的2～4倍.1、范霍夫近似規(guī)則近似規(guī)則：溫度每升高10K反應(yīng)速率約是原來73k-T關(guān)系圖

k-T圖

lnk-1/T圖顯然:為直線關(guān)系!.k-T關(guān)系圖k-T圖lnk-1/T圖顯然:742、Arrhenius公式由Arrhenius方程可定義Ea:A為指前因子，Ea為活化能，單位為為直線關(guān)系，直線的斜率為,直線的截距為。.2、Arrhenius公式由Arrhenius方程可定義E753、Arrhenius方程的應(yīng)用（1）.已知求活化能的數(shù)量級(jí)在，多數(shù)為：。兩式相減，整理得到：.3、Arrhenius方程的應(yīng)用（1）.已知求活化能的數(shù)量級(jí)76（2）.由Ea計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)例：2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g)已知：T1=298.15K,k1=0.469×10-4s-1T2=318.15K,k2=6.29×10-4s-1求：Ea及338.15K時(shí)的k3。.（2）.由Ea計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)例：2N2O5(g)2N2O4774、Arrhenius方程的進(jìn)一步分析1Ea處于方程的指數(shù)項(xiàng)中,對(duì)k有顯著影響,在室溫下,Ea每增加4kJ

mol-1，k值降低約80%；4對(duì)不同反應(yīng),升高相同溫度,Ea大的，k增大的倍數(shù)多,因此升高溫度對(duì)反應(yīng)慢的反應(yīng)有明顯的加速作用。3對(duì)同一反應(yīng),升高一定溫度,在高溫區(qū)值增加較少,因此對(duì)于原本反應(yīng)溫度不高的反應(yīng),可采用升溫的方法提高反應(yīng)速率；