大学化学考研第二章化学反应速率和化学平衡1PPt课件.ppt

1,第二章 化学反应速率和化学平衡2.1 化学反应速率2.2 浓度对反应速率的影响2.3 反应速率理论简介2.4 温度对反应速率的影响2.5 催化剂2.6 化学平衡2.7 化学平衡的移动,章总目录,2,研究化学反应，最重要的三大问题是：（1）化学反应是否能够发生，即化学反应进行的方向（2）化学反应进行的快慢，即化学反应速率的大小（3）化学反应进行的限度，即化学平衡问题,章总目录,3,化学反应速率 不同的化学反应其反应速率极不相同，有些反应进行的很快，如酸碱中和反应可在10-15s的时间内完成。有些反应则进行的很慢，如常温下氢气和氧气混合可以几十年都不会生成一滴水；某些放射性元素的衰变需要亿万年的时间。为了比较反应的快慢，引入了反应速率的概念。,4,1.平均速率,5,【例】N2+3H2=2NH3初始 t1 1.0 3.0 0.0 molL-12秒后 t 2 0.8 2.4 0.4 molL-1,6,一般的化学反应：a A+dD=gG+h H,2.瞬时速率 时间间隔t 趋于无限小(t 0)时的平均速率的极限。,t0,7,它的几何意义是c-t曲线上某点的斜率。,8,反应速率和浓度的关系 不同反应的反应速率不同（取决于反应物本身的性质，与物质的分子结构、化学键等 有关）同一反应 1.浓度；2.气体反应：压力；3.温度；4.使用催化剂。,9,一、基元反应和质量作用定律 许多化学反应是经过一系列的步骤才实现。一步完成的的反应称为基元反应。如：CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)该反应是基元反应（一步进行的反应）。基元反应的速率方程符合质量作用定律：基元反应的反应速率与反应物浓度的幂的乘积成正比.所以,10,速率方程式 v=k(CO)(NO2)上式称为该反应的速率方程式，k称 为“反应速率常数”，又称“比速常数”，意义是速率方程式中各种浓度均为1 mol.L-1时的反应速率；其量纲由速率方程确定；k大小取决于反应物的本质，而与浓度无关，当其他条件相同时，k，则v；通常，T，则k。,11,例：基元反应 NO2+CO=NO+CO2,任一基元反应：a A+d D=g G+h H,12,k 的物理意义：在一定的条件下(温度、催化剂)，反应物浓度均为1mol/L时的反应速率。,1.反应不同，k值不同。2.同一反应，温度不同k值不同。3.同一反应，温度一定时，有无催化剂k也是不同的。,13,注意:：1.质量作用定律只适用于基元反应，复杂反应的速率方程由实验确定。,2.已知反应机理的复杂反应，速率方程根据最慢的基元反应来写。,3.均匀体系中，纯固体、纯液体的浓度视为常数，不写入速率方程。,14,对于基元反应：,则：,且可能有,，而m、n值只能由实验确定。,即：质量作用定律不能直接应用于非基元反应，但能应用于构成该非基元反应的每一个具体步骤（基元反应）。,对于“非基元反应”：,则：,15,例如：,非基元反应,实验测得：,而不是,16,例：2N2O5=4 NO2+O2 N2O5=N2O3+O2（慢）N2O3=NO2+NO（快）2NO+O2=2NO2（快）,例：C(s)+O2(g)=CO2(g),17,反应速率和温度的关系 温度与化学反应速率密切关系。大多数的反应速率随温度的升高而加快。一般情况下，温度每升高100C，反应速率大约增加24倍。瑞典科学家阿累尼乌斯根据大量实验数据，得出反应速率常数k与温度的关系：,18,阿仑尼乌斯(Arrhenius)经验公式,A：反应的特征常数，称为指前因子e：自然对数的底数，2.718R：气体常数，为 8.314 Jmol-1K-1,T：热力学温度(K)Ea：活化能(kJ mol-1),19,活化分子百分数,温度升高，活化分子的百分数(f)增大是反应速率加快的主要原因。,20,催化剂对反应速率的影响 催化剂与催化作用 能够改变化学反应速率，而其本身的质量和化学性质在反应前后保持不变的物质称为催化剂。催化剂能改变化学反应速率的作用称为催化作用。,21,催化剂之所以能加快化学反应速率，是由于催化剂参与了化学反应，生成了中间化合物，改变了反应途径，降低了反应的活化能，从而使更多的反应物分子成为活化分子。在反应过程中，催化剂又可以从中间化合物再生出来，导致反应速率显著增大。,22,活化能：活化分子具有的最低能量与分子的平均能量之差，称为该反应的活化能,符号Ea。单位：kJmol-1,相同条件下，Ea越大，活化分子百分数（f）越小，反应越慢。反之，Ea越小，f 越大，反应越快。,Ea的大小与反应本性(物质的分子结构、化学键)有关。,23,碰撞理论（基本要点）1.分子必须经过碰撞才可能发生反应。,2.能量高于某个定值的分子称为活化分子，活化分子间碰撞才可能发生反应。,3.活化分子间方向合适的碰撞才能发生反应，能发生反应的碰撞称为有效碰撞。,24,催化剂降低反应活化能的示意图,O,25,催化剂具有以下几个基本特征：1、催化剂对反应速率的影响，是通过改变反应历程实现的。2、催化剂不能改变反应的标准平衡常数和平衡状态。3、催化剂能同等程度地加快正反应速率和逆反应速率，缩短反应到达化学平衡所需的时间。,26,4、催化剂具有选择性，一种催化剂在一定条件下只对某一种反应或某一类化学反应具有催化作用，而对其他反应没有催化作用。5、催化剂不能改变化学反应的方向。,27,1-1 气体 1、理想气体定律 理想气体:我们把分子本身不占体积，分子间没有相互作用力的气体称为理想气体。一种假想的气体。（1）理想气体状态方程 PV=nRT 真实气体，特别是非极性分子或极性小的分子，在压力不太高，温度不太低的情况下，若能较好地服从理想气体状态方程，则可视为理想气体。,28,（2）道尔顿（Dalton）分压定律（1801）某一气体在气体混合物中产生的分压等于在相同温度下它单独占有整个容器时所产生的压力；而气体混合物的总压强等于其中各气体分压之和，这就是气体分压定律 注：只有理想气体的混合物才严格遵守此定律，在高温、低压下的真实气体近似服从。,29,推论：,30,2.6 化学平衡 可逆反应与化学平衡,1、可逆反应 在同样的条件下，既可向一方向进行 又可向相反方向进行的反应称为可逆反应。,初始：v正 v逆 平衡：v正=v逆,31,为了表示反应的可逆性，在化学方程式中用“”代替“”或“”。在可逆反应中，把从左向右进行的反应称为正反应，从右向左进行的反应称为逆反应。,32,2.化学平衡定义：可逆反应在一定条件下，正反应速率等于逆反应速率时，反应体系所处的状态，称为“化学平衡”。平衡态的特点：1.v正=v逆（动态）2.反应物和产物的浓度不再改变。平衡态是反应达到的最大程度。3.化学平衡是有条件的平衡。,33,3、平衡常数 实验证明：化学反应达平衡时，反 应物、产物浓度的比值是一常数。,可逆基元反应：aA+dD gG+hH,平衡时：v正=v逆,34,Kc称为浓度平衡常数，上式称为平衡常数表达式。,35,气体反应：aA+dD gG+hH,KP称为压力平衡常数,3、正确书写平衡常数表达式 1.平衡常数与反应式的写法有关,N2O4(g)2NO2(g),36,2NO2(g)N2O4(g),1/2 N2O4(g)NO2(g),Kp=1/Kp=(Kp)2,纯固体、纯液体的浓度或分压不写入平 衡常数的表 达式。例：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),37,3.在稀水溶液中进行的反应，水的浓度视为常数，不写入平衡常数表达式。例：NH4+H2O NH3H2O+H+,4.反应相加,平衡常数相乘。例：H2S H+HS-,38,HS-H+S2-,39,气体反应：a A+d D gG+h H,40,Qp 称为相对压力商Kp 称为标准压力平衡常数,41,、是 A、D、G、H物质在任意状态下的的浓度。,在稀溶液中进行的反应，则：,42,43,解：CO+H2O CO2+H2,初:2 3 0 0 molL-1平:2-x 3-x x x,44,CO 的转化率=(1.2/2)100%=60%,x=1.2(mol/L),=2-1.2=0.8 mol/L,=3-1.2=1.8 mol/L,=,45,2.7 化学平衡的移动,1、浓度对平衡移动的影响 a A+d D g G+h H,影响平衡的因素有浓度、压力、温度。,46,1.若增大反应物的浓度或减少产物的浓度.,2.若增大产物的浓度或减少反应物的浓度.,47,例：已知反应CO+H2O CO2+H2 平衡时各物质的浓度分别为cCO=0.8mol/L,1.8mol/L,1.2mol/L,CO的起始浓度为2mol/L,如果温度不变，使水蒸气的浓度增至6mol/L，求CO的转化率。,解：CO+H2O=CO2+H2 平：0.8 1.8 1.2 1.2 加入水蒸气：0.8 6.0 1.2 1.2建立新平衡：0.8-y 6.0-y 1.2+y 1.2+y,48,y=0.37 mol/L,CO的转化率=100%=78.5%,2、压力对平衡的影响 1.有气体参加的反应。2.总压力对平衡的影响。,49,例：合成氨的反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g),若体系的总压力增大到原来的2倍,50,反之，总压力减小为原来的二分之一，则,51,例：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),无论增大总压力还是减小总压力：,增大体系的总压力，平衡向气体分子数减小的方向移动，反之，减小体系的总压力，平衡向气体分子数增大的方向移动.,52,3、温度对化学平衡的影响,结论：在其它条件不变时，升温平衡向吸热反应方向移动，降温平衡向放热反应方向移动。,53,催化剂与化学平衡 催化剂使正逆反应速度增大的倍数相同，因此它只能缩短到达平衡的时间，而不能使平衡发生移动。,