化学反应速率 化学平衡.docx
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化学反应速率化学平衡
绪言
思考:
为什么下列反应的难易程度、反应速率不同,与什么有关?
2H2+O2
2H2O
H2+CuO
H2O+Cu
3H2+N2
2NH3
一、影响化学反应速率的原因
1、反应物本身的性质
内因---根本
2、外界条件改变化学反应的速率
外因---条件
思考:
化学反应如何发生?
分子间的碰撞是发生化学反应的必要条件
二、有效碰撞
1、定义
能够导致化学键断裂,引起分子间化学反应的碰撞
2、条件
(1)反应物分子具有较高的能量
(2)发生碰撞的分子有适合的取向
推论:
单位时间内某一化学反应有效碰撞的次数越多,此反应的速率
越快
3、活化分子
具有较高能量,能够发生有效碰撞的分子
4、活化能
活化分子高出物质分子平均能量的那部分能量
图像讲解:
P3/图1-1
思考:
反应热与活化能是否有关?
无关
活化能的测定:
实验---加热、光照、核辐射、摩擦、外加磁场
思考:
有没有活化能为0的反应?
有。
H+和OH-的中和反应,Cl-和Ag+的沉淀反应。
还有原子间的
反应,这些反应的活化能几乎为零
三、催化剂
改变活化能的大小,是活化分子数增多,改变反应速率,
与反应热无关
思考:
还有那些办法可以改变反应的速率?
温度---活化分子数增多
浓度
压强(气体)
化学反应速率化学平衡
一、化学反应速率
普通分子---活化分子---有效碰撞---反应速率
思考:
物理上的速度如何来表示?
1、定义:
单位时间内反应物浓度的减小;或生成物浓度的增加
2、表达式:
v=
3、单位:
mol/(L·s)mol/(L·min)mol/(L·h)
(1)反应物△C=C(始)-C(末)
生成物△C=C(末)-C(始)
(2)平均速率,大小取正值
(3)有固体和纯液体参与的反应,其速率为常数
例题:
一定条件下,N2与H2在密闭容器中合成NH3。
起始时加入浓度分别为1mol/L和1mol/L的N2和H2,2min后,N2的浓度为0.8mol/L,H2的浓度为0.4mol/L,NH3的浓度为0.4mol/L。
分别用N2、H2和NH3的浓度变化表示的2min内的化学反应速率是多少?
解法1
3H2+N2
2NH3
初始量1mol/L1mol/L0
变化量0.6mol/L0.2mol/L0.4mol/L
t=2min0.4mol/L0.8mol/L0.4mol/L
v(H2)=0.3mol/L·min
v(N2)=0.1mol/L·min
v(NH3)=0.2mol/L·min
v(H2):
v(N2):
v(NH3)=3:
1:
2
v(H2)/3=v(N2)/1=v(NH3)/2=1
解法2
v(NH3)=0.2mol/L·min
v(N2)=v(NH3)/2=0.1mol/L·min
v(H2)=3/2v(NH3)=0.2mol/L·min
4、意义
(1)同一反应中,不同物质表示速率的数值可能不同,但意义相
同
(2)化学计量数之比=变化的量之比=速率之比
mA+nB=pY+qZ
v(A):
v(B):
v(Y):
v(Z)=m:
n:
p:
q
=△CA:
△CB:
△CY:
△CZ
=△nA:
△nB:
△nY:
△nZ
v(A)/m=v(B)/n=v(Y)/p=v(Z)/q=1
练习:
反应A+B=2C在三种不同条件下的反应速率为:
(1)v(A)=2mol/L·min
(2)v(B)=1mol/L·min
(3)v(C)=3mol/L·min
则反应速率的快慢为:
(1)>(3)>
(2)
解法1统一标准法
当v(B)=1mol/L·min时,v(A)=1mol/L·min
当v(C)=3mol/L·min时,v(A)=1.5mol/L·min
解法2比值比较法
v(A)/1>v(C)/2>v(B)/1
二、影响化学反应速率的因素
思考:
影响化学反应速率的因素有哪些?
(1)内因:
反应物本身的性质(根本)
(2)外因:
浓度、压强、温度、催化剂
1、浓度对反应速率的影响
P20/实验2-2
实验现象:
加入浓草酸溶液的试管中高锰酸钾褪色快
实验结论:
增大反应物浓度,反应速率加快
减小反应物浓度,反应速率减慢
微观解释:
分子总数增多,活化分子百分数不变(与温度、活化
能有关),单位体积内活化分子数增多,有效碰撞次数
增多,反应速率加快
思考:
对于3H2+N2
2NH3的反应,当改变氨气的浓度时,反应速
率怎么变化?
(1)当其他条件不变时,反应物的浓度越大,反应速率越快
(2)对于可逆反应,增大物质的浓度,正逆反应速率同时增大,
但程度不同
(3)只适用于气体或溶液中的反应
思考:
对于有固体参与的反应,应怎样改变其反应速率?
增大接触面积
2、压强对反应速率的影响
在一定条件下,一定量的气体所占的体积与压强成正比
等效于浓度的影响
(1)只适用于有气体参与的反应
(2)当其他条件不变时,压强越大,反应速率越快
(3)对于可逆反应,增大压强,正逆反应速率同时增大,但程度
可能相同,可能不同
练习:
P24/1
(4)充入气体对反应速率的影响
恒温恒容时,充入反应物气体
浓度变大,速率加快
恒温恒容时,充入“不参与反应的气体”
浓度不变,速率不变
恒温恒压时,充入反应物气体
浓度不变,速率不变
恒温恒压时,充入“不参与反应的气体”
浓度变小,速率减慢
3、温度对反应速率的影响
(1)当其他条件不变时,温度越高,反应速率越快
(2)对于可逆反应,升高温度,正逆反应速率同时增大,但程度不
同
4、催化剂对反应速率的影响
(1)只改变反应速率,不能使反应发生
(2)对于可逆反应,同等程度改变正逆反应速率
小结:
外因对速率的影响程度:
催化剂>温度>浓度,压强
5、其他条件
反应物颗粒的大小
溶剂的性质
某些反应也会受光、超声波、磁场等影响
形成电池
三、化学平衡
思考:
何为平衡?
(相等的点)
力平衡、生态平衡、心理平衡、溶解平衡、化学平衡…
1、溶解平衡
(1)温度一定时,溶液达到饱和状态
(2)v(溶解)=v(结晶)≠0
动态平衡
(3)晶体的质量不再变化,溶液浓度不再变化
2、可逆反应
相同条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进
行的反应
不能进行到底,反应物与生成物共存
不可逆是相对的,可逆是绝对的
3、化学平衡
(1)定义
一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率相等,且
反应体系中各物质的浓度保持不变的状态。
(2)特征:
逆,等、动、定、变
(3)图像
反应从正反应开始v(正)>v(逆)→v(正)=v(逆)
反应从逆反应开始v(逆)>v(正)→v(正)=v(逆)
反应从正、逆反应同时开始
(4)平衡标志:
本质标志:
v(正)=v(逆)≠0
同种物质,正逆反应速率相等
不同种物质,正逆反应速率之比等于系数比
思考:
还有那些量可以证明可逆反应已达平衡状态?
本身不随反应进行而变化的量不能作为平衡的标志,随反应进行
而不断变化的量不在变化时,说明反应体系已达平衡状态
等价标志:
各组分含量保持不变
反应体系内有色物质的颜色不再发生改变
体系的温度保持不变
反应前后气体的计量数之和不等的可逆反应,在恒温恒容时,n总,P总,M(平均)不变
反应前后气体的计量数之和不等的可逆反应,恒温恒压时,混
合气体的体积,密度,总物质的量,平均相对分子质量不变
思考:
对于反应前后气体计量数之和相等的反应,可以用哪些量来判
断反应已达平衡状态?
四、化学平衡的移动
v(正)=v(逆)≠0→v(正)≠v(逆)→V(正)=V(逆)≠0
旧平衡新平衡
定义:
可逆反应中,旧化学平衡被破坏,新化学平衡建立的过程
1、浓度对化学平衡的影响
P26/实验2-5
实验结论:
增大生成物的浓度,平衡向逆反应方向移动
减小生成物的浓度,平衡向正反应方向移动
P27/实验2-6
实验结论:
增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动
减小反应物的浓度,平衡向逆反应方向移动
图像分析:
有连接点
在其他条件不变的情况下
增大反应物浓度,速率加快,v(正)>v(逆),平衡向正向移动
增大生成物浓度,速率加快,v(正) 减小反应物浓度,速率减小,v(正) 减小生成物浓度,速率减小,v(正)>v(逆),平衡向正向移动 2、温度对化学平衡的影响 P27/实验2-7 实验结论: 在其他条件不变的情况下 升高温度,平衡向吸热的方向移动 降低温度,平衡向放热的方向移动 图像分析: 无连接点 升高温度,速率加快,v(吸)>v(放),向吸热(△H>0)的方向移动 降低温度,速率减小,v(吸) 3、压强对化学平衡的影响 3H2+N2 2NH3 压强(MPa) 1 5 10 30 60 100 NH3% 2.0 9.2 16.4 35.5 53.6 69.4 实验数据 实验结论: 加压,平衡向正反应方向移动 v(正),v(逆)均增大,v(正)>v(逆) 思考: 对于反应H2O+CO H2+CO2,如果增大压强,反应速 率是否改变,平衡是否移动? 加压,平衡不移动 v(正),v(逆)均增大,v(正)=v(逆) (1)先决条件: 反应中有气体参加且反应前后气体计量数之和发生改变 aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) a+b≠c+d (2)结论: 在其他条件不变的情况下 增大压强,平衡向气体化学计量数之和小的方向移动 减小压强,平衡向气体化学计量数之和大的方向移动 (3)对于反应前后气体的化学计量数之和相等的可逆反应,改变压 强,同等程度改变正逆反应速率,平衡不移动 图像分析: 无连接点 4、催化剂对化学平衡的影响 在其他条件不变的情况下,同等程度的改变v(正)和v(逆),平衡 不移动 图像分析: 无连接点 总结: 改变反应条件时平衡移动的方向 改变反应条件 平衡移动方向 增大反应物浓度 减小反应物浓度 向减少反应物的浓度方向移动 向增大反应物的浓度方向移动 增大压强 减小压强 向气体体积缩小的方向移动 向气体体积增大的方向移动 升高温度 降低温度 向吸热反应方向移动 向放热反应方向移动 加催化剂 平衡不移动 勒夏特列原理: 如果改变影响平衡的条件(如浓度、温度、压强)等, 平衡就向减弱这种改变的方向移动。 五、转化率 反应物α= ×100%= ×100% 1、改变T或P,使平衡向正向移动,α增大 2、催化剂,平衡不移动,α不变 3、增大反应物用量(C0改变) (1)aA=bB+cC平衡正向移动 恒温恒压,α不变 恒温恒容,等效于加压 若a>b+c,α增大 a=b+c,α不变 a (2)aA+bB=cC+dD 恒温恒容条件下 同等程度增加A和B的量(等效于加压) 若a+b>c+d,αA,αB均增大 a+b=c+d,αA,αB均不变 a+b 只增加A,B的量不变,α(A)减小,α(B)增大 六、图像 (一)1、分清“突变”和“渐变” 2、新旧平衡看趋势 3、速率大小看移动方向 (二)1、横坐标时间判断大小 2、纵坐标判断方向和趋势 (三)“定一议二” 先看曲线的高低,再看曲线的变化趋势 七、平衡常数 P28/表格 结论: 1、在一定温度下, 为常数 2、此常数与反应物或生成物的浓度无关 3、此常数与平衡建立的途径无关 1、定义: 在一定温度下,一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数 符号: K mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g) K= 2、注意事项 (1)K只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关 (2)表达式中不列入固体或纯液体 (3)K指某一具体反应 系数不同则表达式不同 同一反应的正逆反应,K互为倒数 (4)单位不统一,通常不写 3、意义 吸热反应,升温,平衡正移,K变大,α变大 放热反应,升温,平衡逆移,K变小,α变小 结论: 相同温度下,K越大,反应进行的越完全 K>105,反应基本完全 4、浓度熵(任意时刻) Qc= Qc Qc=K,反应达平衡 Qc>K,反应逆向进行 平衡常数的计算: P30/例1、例2 八、化学反应进行的方向 1、自发过程: 在一定条件下,不需要借助外力作用,就能自动进行的过程 自发反应: 在一定条件下(温度、压强),可以自发进行的反应 自发的物理过程: 自然界中水总是从高处往低处流 电流总是从高电势流向低电势 室温下冰块自动融化 墨水扩散 食盐溶解于水 火柴棒散落 自发的化学过程: P34 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H=-286kJ/mol 1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)△H=-92kJ/mol Na(s)+H2O(l)=NaOH(aq)+1/2H2(g)△H=-184kJ/mol 2Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)△H=-824kJ/mol NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)△H=-57.3kJ/mol △H=E(反应物总键能)-E(生成物总键能) =H(生成物总能量)-H(反应物总能量)<0 2、判据 (1)焓判据: 体系趋向于从高能状态转变为低能状态 (不稳定)(稳定) △H<0,具有自发进行的倾向,但不唯一 思考: 室温下,冰的融化为吸热的自发过程? (2)熵判据: 在密闭条件下,体系趋向于从有序变为无序 熵: 量度体系混乱(或无序)程度的物理量,符号S 熵的大小: 不同的物质S不同 同种物质: S(g)>S(l)>S(s) 熵变: △S=S(生)-S(反)>0,反应具有自发进行的倾向,但不唯一 思考: -10℃,H2O(l)=H2O(s)△S<0自发过程? (3)复合判据: △G=△H-T△S<0,自发进行 =0,反应达平衡 >0,非自发进行 △H<0,△S>0,反应自发进行 △H>0,△S<0,反应非自发进行 △H>0,△S>0,反应高温自发进行 △H<0,△S<0,反应低温自发进行
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