大學(xué)基礎(chǔ)課程無機(jī)化學(xué)課件p化學(xué)反應(yīng)的方向速率和限度修改

化學(xué)反應(yīng)的方向性、速率與平衡歡迎來到無機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)課程。本課件將深入探討化學(xué)反應(yīng)的三個(gè)關(guān)鍵方面：方向性、速率和平衡。這些概念對(duì)理解化學(xué)過程至關(guān)重要。化學(xué)反應(yīng)概念回顧定義化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)組成和性質(zhì)發(fā)生改變的過程。反應(yīng)物參與反應(yīng)的初始物質(zhì)。產(chǎn)物反應(yīng)后生成的新物質(zhì)。能量變化反應(yīng)過程中可能吸收或釋放能量?；瘜W(xué)反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力：自由能的變化吉布斯自由能決定反應(yīng)自發(fā)性的關(guān)鍵熱力學(xué)函數(shù)。自由能變化ΔG=ΔH-TΔS，其中ΔH為焓變，ΔS為熵變。自發(fā)性判斷ΔG<0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；ΔG>0，反應(yīng)不自發(fā)。正自發(fā)反應(yīng)和非自發(fā)反應(yīng)正自發(fā)反應(yīng)ΔG<0，反應(yīng)自動(dòng)進(jìn)行，無需外界能量輸入。非自發(fā)反應(yīng)ΔG>0，反應(yīng)不能自動(dòng)進(jìn)行，需要外界能量輸入。自發(fā)性和溫度的關(guān)系1低溫焓變（ΔH）主導(dǎo)反應(yīng)自發(fā)性。2高溫熵變（ΔS）對(duì)反應(yīng)自發(fā)性影響增大。3轉(zhuǎn)變溫度ΔG=0時(shí)，反應(yīng)方向發(fā)生改變?；罨芎头磻?yīng)速度活化能定義反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需跨越的能量障礙。阿倫尼烏斯方程k=Ae^(-Ea/RT)，描述活化能與反應(yīng)速率常數(shù)的關(guān)系。低活化能反應(yīng)更容易進(jìn)行，速率較快。高活化能反應(yīng)較難進(jìn)行，速率較慢。碰撞理論和過渡態(tài)理論碰撞理論反應(yīng)發(fā)生需要分子有效碰撞，具備足夠能量和合適方向。過渡態(tài)理論反應(yīng)經(jīng)歷高能中間態(tài)，稱為過渡態(tài)或活化絡(luò)合物。影響反應(yīng)速率的因素溫度升高溫度通常加快反應(yīng)速率。濃度增加反應(yīng)物濃度通常加快反應(yīng)速率。催化劑降低活化能，加快反應(yīng)速率。溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響升高溫度增加分子動(dòng)能，提高有效碰撞頻率。玻爾茲曼分布描述分子能量分布，高溫時(shí)更多分子具有足夠能量。速率常數(shù)溫度升高，速率常數(shù)增大，反應(yīng)加快。濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響1碰撞頻率濃度增加，分子碰撞頻率提高。2有效碰撞反應(yīng)物濃度越高，有效碰撞概率越大。3反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的冪次關(guān)系。4速率方程描述反應(yīng)速率與濃度的定量關(guān)系。催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響1降低活化能2提供反應(yīng)新途徑3增加反應(yīng)速率4不改變反應(yīng)平衡5不消耗在反應(yīng)中反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定濃度測(cè)定法定期測(cè)量反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度變化。壓力測(cè)定法適用于氣體反應(yīng)，測(cè)量壓力變化。光譜法利用物質(zhì)的光譜特性跟蹤反應(yīng)進(jìn)程。電導(dǎo)率法測(cè)量溶液電導(dǎo)率變化，適用于離子反應(yīng)。反應(yīng)級(jí)數(shù)的確定1零級(jí)反應(yīng)速率與濃度無關(guān)，呈直線變化。2一級(jí)反應(yīng)速率與濃度成正比，呈指數(shù)衰減。3二級(jí)反應(yīng)速率與濃度的平方成正比。反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定初速率法測(cè)定不同初始濃度下的反應(yīng)初速率。積分法根據(jù)濃度-時(shí)間關(guān)系曲線確定速率常數(shù)。半衰期法測(cè)定反應(yīng)物濃度減半所需時(shí)間?；罨艿那蠼獍惸釣跛构絣nk=lnA-Ea/RT，其中k為速率常數(shù)，A為指前因子。實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定不同溫度下的速率常數(shù)，繪制lnk對(duì)1/T的圖像?；瘜W(xué)反應(yīng)平衡的概念動(dòng)態(tài)平衡正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率?？赡嫘苑磻?yīng)可以雙向進(jìn)行。平衡組成反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度保持恒定。微觀可逆性分子水平上正逆反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。影響平衡狀態(tài)的因素溫度改變平衡常數(shù)和平衡組成。壓力影響氣相反應(yīng)的平衡。濃度改變平衡組成但不影響平衡常數(shù)。平衡常數(shù)的定義和測(cè)定定義Kc=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b，反應(yīng)aA+bB?cC+dD。濃度測(cè)定法測(cè)量平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度。部分壓力法對(duì)氣相反應(yīng)，測(cè)量平衡時(shí)各氣體的分壓。電導(dǎo)率法適用于離子反應(yīng)，測(cè)量溶液電導(dǎo)率。勒夏特列原理原理陳述平衡系統(tǒng)受到外界干擾時(shí)，系統(tǒng)會(huì)移動(dòng)以減弱這種干擾。應(yīng)用范圍適用于溫度、壓力、濃度等因素的變化。平衡移動(dòng)系統(tǒng)通過調(diào)整組成來抵消外界變化的影響。溫度對(duì)平衡狀態(tài)的影響吸熱反應(yīng)升高溫度使平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)，有利于產(chǎn)物生成。放熱反應(yīng)升高溫度使平衡向反應(yīng)物方向移動(dòng)，不利于產(chǎn)物生成。壓力對(duì)平衡狀態(tài)的影響1增加壓力平衡向分子數(shù)減少的方向移動(dòng)。2減小壓力平衡向分子數(shù)增加的方向移動(dòng)。3分子數(shù)不變壓力變化對(duì)平衡無影響。濃度對(duì)平衡狀態(tài)的影響1增加反應(yīng)物濃度平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)。2減少反應(yīng)物濃度平衡向反應(yīng)物方向移動(dòng)。3增加產(chǎn)物濃度平衡向反應(yīng)物方向移動(dòng)。4減少產(chǎn)物濃度平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)。催化劑對(duì)平衡狀態(tài)的影響平衡組成催化劑不改變平衡組成。平衡常數(shù)催化劑不影響平衡常數(shù)。達(dá)平衡速度催化劑加快正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率，加速達(dá)到平衡。選擇性某些催化劑可提高特定產(chǎn)物的選擇性?；瘜W(xué)反應(yīng)的方向性分析反應(yīng)商QQ=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b，與平衡常數(shù)K比較。Q<K反應(yīng)向正方向進(jìn)行，生成更多產(chǎn)物。Q>K反應(yīng)向逆方向進(jìn)行，生成更多反應(yīng)物。Q=K系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，不發(fā)生凈反應(yīng)。自發(fā)性與熱力學(xué)穩(wěn)定性自發(fā)過程系統(tǒng)自發(fā)向更穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，總自由能降低。熱力學(xué)穩(wěn)定性系統(tǒng)達(dá)到最低自由能狀態(tài)時(shí)最穩(wěn)定，不再發(fā)生自發(fā)變化。平衡常數(shù)與自發(fā)性的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)自由能變?chǔ)°=-RTlnKK>1ΔG°<0，正向反應(yīng)自發(fā)。K<1ΔG°>0，逆向反應(yīng)自發(fā)。K=1ΔG°=0，系統(tǒng)處于平衡。反應(yīng)歷程中的自發(fā)性變化1初始狀態(tài)系統(tǒng)偏離平衡，ΔG<0。2反應(yīng)進(jìn)行自由能持續(xù)降低，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。3平衡狀態(tài)達(dá)到最低自由能點(diǎn)，ΔG=0。實(shí)例分析：氨的合成溫度400-450°C，平衡收率降低但反應(yīng)速率提高。壓力20