大专无机化学化学反应速率与化学平衡.ppt
化学综合,第三课 化学反应速率和化学平衡,化学反应速率,化学反应速率：一定条件下单位时间内 某化学反应的反应物或生成物浓度的变化反应 A+B Y+Z,t：时间间隔，单位s（秒）、min（分）或h（小时）c(A)：在t时间间隔内A物质浓度的变化，molL-1c(Y)：在t时间间隔内Y物质浓度的变化，molL-1习惯上，反应速率为正值,化学反应速率,例如，在给定条件下，合成氨反应：N2+3H2 2NH3起始浓度/molL-1 2.0 3.0 02s末浓度/mo1L-1 1.8 2.4 0.4该反应平均速率若根据不同物质的浓度变化可分别表示为：,化学反应速率,N2+3H2 2NH3,对于配平的反应 aA+bB yY+zZ,a、b、y、z：化学计量数在表示反应速率时必须指明具体物质,平均速率与瞬时速率,t取无限小，则平均速率的极限值即为在某时刻反应的瞬时速率瞬时速率是不断变化的以后提到的反应速率都是瞬时速率,例题,对于合成氨反应N2+3H2 2NH3，在三个时刻测得的瞬时反应速率分别为：问：哪个时刻反应进行的最快？,影响反应速率的因素,首先是反应物的本性浓度温度催化剂其他,元反应和非元反应,元反应：一步就能完成的反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)非元反应：分几步进行的反应2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)第一步 2NO+H2N2+H2O2第二步 H2O2+H22H2O,经验速率方程,对于元反应 aA+bByY+zZ反应速率对于体积恒定的气体反应,c(A)和c(B)分别为反应物A和B的浓度k为用浓度表示的反应速率常数,p(A)和p(B)分别为反应物A和B的分压k为用浓度表示的反应速率常数,经验速率方程,k和k由化学反应本身决定，是化学反应在一定温度时的特征常数；浓度（或分压）相同条件下，k或k值越大，反应速率越大k值与温度、催化剂等因素有关，对于给定的反应k值与反应物的浓度无关对于非基元反应，不能只根据反应式写出其反应速率方程，必须由实验测定,温度对反应速率的影响,温度升高加速反应进行，温度降低减慢反应进行夏天食物易变质，高压锅煮饭易熟等等温度对反应速率的影响见课本表格温度是实际生产中比较容易控制的因素,催化剂与反应速率,催化剂：能显著影响化学反应速率而本身的组成、质量和化学性质在反应前后不变的物质正催化：加速反应速率负催化：减慢反应速率催化剂具有选择性，往往只对某些特定的反应有催化作用相同的反应物在不同的条件下使用不同的催化剂可能得到不同的产物酶作为催化剂的特点高选择性条件温和成本高、易失活,影响反应速率的其他因素,增大接触机会破碎固体（固固、固液）喷淋（气液）搅拌（固液，液液）让生成物及时离开反应界面其他形式的能量超声波紫外光激光、高能射线等,反应速率小结,化学反应速率的定义影响反应速率的因素元反应和非元反应经验速率方程和反应速率常数温度催化剂其他,可逆反应,不可逆反应：一定条件下，反应物几乎能完全转变为生成物，而生成物几乎不能再变为反应物可逆反应：一定条件下，反应既能向正方向进行又能向逆方向进行,化学平衡,化学平衡是一种状态单位时间内正反应使反应物减少的量等于逆反应使反应物增加的量宏观：各种物质的浓度或分压不再改变微观：反应并未停止，正、逆反应仍在进行，二者速率相等，即v正=v逆 0化学平衡是有条件的、相对的、可以改变的温度，压力，反应物、生成物浓度，等等,化学平衡,化学平衡的研究对象是可逆反应平衡时正反应速率与逆反应速率相等，正=逆化学平衡是动态平衡正逆0平衡时各组分含量保持恒定当外界条件改变时，平衡一般要发生改变,逆、等、动、定、变,例题,对于可逆反应MN Q达到平衡时，下列说法正确的是（）,A.M、N、Q三种物质的浓度一定相等B.M、N全部变成了QC.M、N、Q的浓度都保持不变D.反应已经停止,C,化学平衡与反应速率,标准平衡常数,也称为热力学平衡常数，以符号K表示K是被定义的K的值与特定的反应方程式相对应，与反应方程式的化学计量数有关，而与起始时的物质浓度（或分压）无关不再区分压力平衡常数和浓度平衡常数,标准平衡常数的表达式,对于一般反应系统达平衡时，K表达式为c：标准浓度，1molL-1p：标准压力，100kPa气体只可用分压表示，不可用浓度表示K是一个无量纲的量,书写标准平衡常数的注意事项,必须与计量方程式相对应反应式中的纯固态，纯液态，其浓度不必列入表达式稀溶液中的反应，若有水被消耗或生成，不必出现在标准平衡常数表达式中。其他情况下则必须列出水的浓度注意对应的温度,平衡常数的意义,可以用于判断一个可逆反应在特定条件下向正反应方向进行的程度K越大，反应向正方向进行的越完全K越小，反应向逆方向进行的越完全10-3 K103时，反应物部分转化为生成物可以用于判断一个可逆反应在特定条件下是否已经达到平衡状态、将向何方向进行,反应商与平衡常数,反应商Q：一定温度下，表达任一可逆反应中系统状态的表达式对于一般反应K表达式为 Q的表达式为c：标准浓度，1molL-1；p：标准压力，100kPa,反应商与平衡常数,QK时，反应将逆向进行Q=K时，反应达到平衡状态,化学方程式的相加和相减,相加相减,（1）（2）,（3）=（1）+（2）,（1）（2）,-（1）,（3）=（2）-（1）,多重平衡的平衡常数,（1）（2）,（3）=（1）+（2）,多重平衡的平衡常数规则,在相同条件下，如有两个反应方程式相加（或相减）得到第三个反应方程式，则第三个反应方程式的平衡常数为前两个反应方程式平衡常数之积（或商）同样适用于n个方程式相互加减的情况可用于间接测定特定反应的化学平衡常数,平衡转化率,反应达到平衡时，反应物转化为生成物的百分率若反应前后体积不变，可用浓度表示转化率越大，表示反应向右进行的程度越大,平衡转化率,由转化率可以计算平衡常数，由平衡常数也可以计算转化率转化率除与温度有关外，还与系统起始状态有关，并需指明是哪种反应物的转化率,化学平衡的移动,逆、等、动、定、变化学平衡的移动：因外界条件改变，使可逆反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程可改变的外部条件浓度压力温度催化剂,浓度对化学平衡的影响,对于可逆反应 在一定温度下，当反应达到平衡后，若增加反应物A或B的浓度，则 _反应速率增大，使v正_v逆，平衡向_反应方向移动。,正,正,在其它条件不变时:,减小反应物的浓度，平衡向 反应方向移动。(_反应速率减小，使v正 v逆),增大生成物的浓度，平衡向 反应方向移动。(_反应速率增大，使v正 v逆),减小生成物的浓度，平衡向 反应方向移动。(_反应速率减小，使v正 v逆),逆,正,逆,逆,正,逆,浓度对化学平衡的影响,FeCl3溶液,KSCN溶液,混合,Fe3+3SCN-Fe(SCN)3,血红色Fe(SCN)3,稀释后分成四份,FeCl3溶液,KSCN溶液,NaOH溶液,橙红色,红色加深,红色加深,有红褐色沉淀，溶液颜色变浅,增大反应物浓度，平衡正向移动,减小反应物浓度，平衡逆向移动,Fe3+3OH-=Fe(OH)3,浓度对化学平衡的影响,可用反应商来判断QK时，反应将逆向进行Q=K时，反应达到平衡状态反应物、生成物浓度同时减小的情况？具体情况具体分析,压力对化学平衡的影响,压力变化主要影响有气体参加的反应可逆反应在密闭容器中达到平衡后，保持温度恒定，通过缩小容器体积将系统的总压变为原来的x倍（x1），则各组分气体的分压也分别增至原来的x倍,压力对化学平衡的影响,求新状态下的反应商,压力对化学平衡的影响,v0，即生成物分子数大于反应物分子数时，QK，平衡向左移动，反应将逆向进行v0，即生成物分子数小于反应物分子数时，QK，平衡向右移动，反应将正向进行v=0，反应前后分子总数相等，Q=K，平衡不移动,在其它条件不变时:增大压力，平衡向 的方向移动。(v正 _，v逆_),气体总量减小,减小压力，平衡向 的方向移动。(v正 _，V逆_),增大,增大,气体总量减小,减小,减小,压力对化学平衡的影响,结论：压力变化只对反应前后气体分子数有变化的反应平衡系统有影响,压力对化学平衡的影响,压力对化学平衡的影响,特殊：恒温下向平衡系统中加入不参与反应的其他气态物质：（1）若体积不变，则平衡不移动。这是因为_（2）若总压不变，系统体积增大，则平衡的移动规律相当于系统原来的压力_时的情况,体系内原有各气体的分压不变,减小,思考：,下列反应达平衡后，增大体系压力平衡将如何移动？2SO2+O2 2SO32NH3 N2+3H2H2+I2(g)2HI2NO2 N2O4 C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)2A(g)+3B(g)2C(g)+2D(s),温度对化学平衡的影响,本质：改变平衡常数与浓度、压力等对平衡的影响有本质的区别效果：升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动,正反应是放热反应,正反应是吸热反应,催化剂对化学平衡的影响,催化剂能同等程度地改变正、逆反应的速率，因此它不会使化学平衡发生移动，但可改变达到平衡所需要的时间,吕查德里原理,如果以某种形式改变一个平衡系统的条件（如浓度、压力、温度），平衡就会向着减弱这个改变的方向移动。适用于所有的动态平衡系统只适用于已经达到平衡的系统又译为勒沙特列原理等,反应速率与化学平衡的综合应用,让一种价廉易得的原料适当过量，以提高另一种原料的转化率注意不要使另一种原料的浓度过低注意气体混合物的组成，不要进入爆炸范围对于气体反应，加大压力会使速率加快，对分子数减少的反应还能提高转化率增大压力会提高对设备的要求，增大成本升高温度能增大反应速率和吸热反应的转化率能耗增大，反应物或生成物可能不耐高温,实例：合成氨条件的选择,问题1：合成氨反应的特点？,N2+3H2 2NH3,反应速率与化学平衡的综合应用,问题2：分析工业生产主要要考虑哪些问题？,首要：经济效益与社会效益,问题3：根据化学反应速率的影响因素及下表从化学反应速率和化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。,高 温,高 压,使 用,高 压,低 温,无 影 响,归纳 既提高反应速率又增大产量的措施有：增大反应物浓度 减少生成氨的浓度 增大压强,1、从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，合成氨应采用的条件是（）A、低温 高压 催化剂 B、低温 低压 催化剂 C、高温 高压 催化剂 D、适当温度 高压 催化剂 2、合成氨中使用铁触媒的作用是（）A、降低反应温度 B、加快氢气和氮气的反应速率C、提高氨气的纯度 D、提高平衡时氨的浓度3、合成氨反应，在一定条件下于密闭容器中加入xmolN2，ymolH2，达到平衡时生成zmolNH2，则N2的转化率为（）A、Z/50 x%B、25Z/x%C、Z/25x%D、50Z/x%,D,B,D,练习题,化学平衡小结,可逆反应的定义化学平衡逆、等、动、定、变化学平衡的移动浓度、压力、温度、催化剂等条件的影响吕查德里原理,
