化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡教案

1、化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡教案教學(xué)目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)使學(xué)生不但要掌握化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢，而且還要掌握化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的完全程度，以便能更好的為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。知識技能：理解勒沙特列原理的含義，掌握濃度、溫度、壓強(qiáng)等條件對化學(xué)平衡移動的影響；掌握化學(xué)反應(yīng)速率改變與化學(xué)平衡移動的關(guān)系。能力培養(yǎng)：通過對化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡知識的運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生將化學(xué)信息，按題設(shè)情境抽象歸納，邏輯地統(tǒng)攝成規(guī)律，并能運(yùn)用此規(guī)律，進(jìn)行推理的創(chuàng)造能力。重點(diǎn)、難點(diǎn)  化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡知識間的聯(lián)系；化學(xué)知識及相關(guān)能力在實(shí)際中的運(yùn)用。2.1 化學(xué)反應(yīng)速率一、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法化學(xué)反應(yīng)速率是指在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物

2、轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锏乃俾?，往往用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度變化的正值（絕對值）表示，單位：mol.L-1.時間。時間可以為s、min或其他時間單位。反應(yīng)速率 = 即通過上式計算得出的實(shí)際上是平均速率，當(dāng)時間間隔趨于0時，平均速率即轉(zhuǎn)化為瞬時速率。如圖在濃度隨時間變化的圖上，某時刻的速率即該時刻切線的斜率。以后提到的速率均指瞬時速率。顯然，反應(yīng)剛開始，速率大，然后不斷減小，體現(xiàn)了反應(yīng)速率變化的實(shí)際情況。2.2 化學(xué)反應(yīng)速率理論簡介1、化學(xué)反應(yīng)歷程（機(jī)理）一個化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下，反應(yīng)物變成生成物實(shí)際經(jīng)過的途徑?；磻?yīng)：在反應(yīng)中反應(yīng)物分子直接轉(zhuǎn)化成生成物的反應(yīng)簡單反應(yīng)。復(fù)雜反應(yīng)：在反應(yīng)中反應(yīng)物分子

3、經(jīng)過多步才轉(zhuǎn)化成生成物的反應(yīng)-非基元反應(yīng)?；磻?yīng)CO(g) + NO2(g) = CO2(g) + NO(g)非基元反應(yīng)H2(g) + I2(g) = 2HI(gI2(g) =2 I(g) 快H2(g) + 2I(g) = 2HI(g) 慢2、化學(xué)反應(yīng)速率理論（1）有效碰撞理論化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的必要條件是反應(yīng)物分子（或原子、離子）間的碰撞。只有極少數(shù)活化分子的碰撞才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，稱“有效碰撞”；活化分子是反應(yīng)物分子中能量較高的分子，其比例很??；理論要點(diǎn)： 有效碰撞：能發(fā)生反應(yīng)的碰撞； 活化分子：具有較大的動能并且能發(fā)生有效碰撞的分子； 活化能：活化分子所具有的最低能量與反應(yīng)物分子的平均能量之差

4、； 其他條件相同時，活化能越低的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速率越高?；罨埽‥a）是化學(xué)反應(yīng)的“能壘”，Ea越高，反應(yīng)越慢；Ea越低，反應(yīng)越快。Ea可以通過實(shí)驗測定。一般化學(xué)反應(yīng)的活化能約在40400 kj.mol-1之間；多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的活化能約在60250 kj.mol-1之間；反應(yīng)的活化能小于 40 kj.mol-1時，反應(yīng)速度很快；反應(yīng)的活化能大于 400 kj.mol-1時，反應(yīng)速度很慢；中和化學(xué)反應(yīng)的活化能約在1325 kj.mol-1之間。（2）過渡狀態(tài)理論化學(xué)反應(yīng)并不是通過反應(yīng)物分子的簡單 碰撞完成的，在反應(yīng)物到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變過程中，先形成一種過渡狀態(tài)，即反應(yīng)物分子活化形成配合物的中間狀態(tài)。如

5、A + BC ABC ABC2.3 影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素內(nèi)因：反應(yīng)的活化能外因：濃度、溫度、催化劑一、濃度或分壓對反應(yīng)速率的影響1.基元反應(yīng)： 對于簡單反應(yīng)，反應(yīng)物分子在有效碰撞中經(jīng)過一次化學(xué)變化就能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng)。2.基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率方程式：可由質(zhì)量作用定律描述。 在一定溫度下,對某一基元反應(yīng), 反應(yīng)速率與各反應(yīng)物濃度(以化學(xué)方程式中該物質(zhì)的計量數(shù)為指數(shù))的乘積成正比如：aA + bB = gG + dD 為基元反應(yīng)，則:稱作質(zhì)量作用定律數(shù)學(xué)表達(dá)式。而對于非基元反應(yīng)，有：稱作反應(yīng)速率方程式。其中m、n要通過實(shí)驗來確定。（a+b）或（m+n）稱為反應(yīng)級數(shù)。例1 S2O8 2- +

6、 3I- = 2SO42- + I3- 非基元反應(yīng)該反應(yīng)為2級反應(yīng)。k 稱為反應(yīng)速率常數(shù), 可用來表征反應(yīng)的速率。k與溫度、催化劑有關(guān)，而與濃度無關(guān)。對于n級反應(yīng)其單位是(moldm-3)(n-1)s-1反應(yīng)級數(shù)的意義： 表示了反應(yīng)速率與物質(zhì)的量濃度的關(guān)系； 零級反應(yīng)表示了反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無關(guān)速率常數(shù)的單位零級反應(yīng): u = k(cA)0 k的量綱為mol·dm-3·s-1一級反應(yīng):u = kcA； k的量綱為s-1二級反應(yīng):u = k(cA)2 k的量綱為mol3·dm-1·s-1氣體反應(yīng)可用氣體分壓表示 2NO2 2NO + O2； v = kc

7、 c(NO2 )2 ；或 v = kpp(NO2 )2； kc ¹ kP二、溫度對反應(yīng)速率的影響范特霍夫規(guī)則 一般情況下：在一定溫度范圍內(nèi)，對化學(xué)反應(yīng)溫度每升高10度反應(yīng)速率大約增加到原來的24倍。溫度升高使反應(yīng)速率顯著提高的原因是：升溫是反應(yīng)物分子的能量增加，大量的非活化分子獲得能量后變成活化分子，單位體積內(nèi)活化分子的百分?jǐn)?shù)大大增加，由小碰撞次數(shù)增多，從而反應(yīng)速率明顯增大。三、催化劑對反應(yīng)速率的影響催化劑能改變反應(yīng)速率的作用叫催化作用。正催化：加速反應(yīng)速率 負(fù)催化：減慢反應(yīng)速率1.催化劑影響反應(yīng)速率的原因催化作用的實(shí)質(zhì)是改變了反應(yīng)的機(jī)理，降低了反應(yīng)的活化能，因而提高了反應(yīng)速率。不改

8、變反應(yīng)前后物質(zhì)的組成和質(zhì)量，也不改變平衡常數(shù)K；縮短平衡到達(dá)的時間，加快平衡的到來。2特點(diǎn)： 高效性（用量少，作用大） 選擇性一種催化劑只能催化一種或幾種反應(yīng)；同一反應(yīng)用不同催化劑得到不同產(chǎn)物。 反應(yīng)前后組成和質(zhì)量不變 酶的活性要在一定溫度、一定pH范圍時才最大。2.4 化學(xué)平衡一、化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡1. 化學(xué)平衡及特征在一定條件下，既能向正方向進(jìn)行又能向逆方向進(jìn)行的反應(yīng)稱可逆反應(yīng)。如反應(yīng)：CO（g）+H2O（g） H2（g）+CO2（g） 在高溫下CO與H2O能反應(yīng)生成H2和CO2，同時H2與CO2也能反應(yīng)生成CO和H2O。對這樣的反應(yīng)，為強(qiáng)調(diào)可逆性，在反應(yīng)式中常用 代替等號。 化學(xué)

9、平衡及特征：達(dá)到平衡的時間（平衡線）t幾乎所有反應(yīng)都是可逆的，只是有些反應(yīng)在已知的條件下逆反應(yīng)進(jìn)行的程度極為微小，以致可以忽略，這樣的反應(yīng)通常稱之為不可逆。如KClO3加熱分解便是不可逆反應(yīng)的例子?？赡娣磻?yīng)在進(jìn)行到一定程度，便會建立起平衡。例如，一定溫度下，將一定量的CO和H2O加入到一個密閉容器中。反應(yīng)開始時，CO和H2O的濃度較大，正反應(yīng)速率較大。一旦有CO2和H2生成，就產(chǎn)生逆反應(yīng)。開始時逆反應(yīng)速率較小，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度減少，生成物的濃度逐漸增大。正反應(yīng)速率逐漸減少，逆反應(yīng)速率逐漸增大。當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時，即達(dá)到平衡狀態(tài)。正、逆反應(yīng)速率相等時的狀態(tài)叫做化學(xué)平衡。化學(xué)平衡有兩

10、個特征：（1）化學(xué)平衡是一種動態(tài)平衡。表面上看來反應(yīng)似乎已停止，實(shí)際上正逆反應(yīng)仍在進(jìn)行，只是單位時間內(nèi)，反應(yīng)物因正反應(yīng)消耗的分子數(shù)恰等于由逆反應(yīng)生成的分子數(shù)。（2）化學(xué)平衡是暫時的、有條件的平衡。當(dāng)外界條件改變時，原有的平衡即被破壞，直到在新的條件下建立新的平衡。2. 化學(xué)平衡常數(shù)(1)實(shí)驗平衡常數(shù)在一定溫度下液相達(dá)平衡時，都能建立如下的關(guān)系式aA + bB dD + eEKc為濃度平衡常數(shù)。 對氣體反應(yīng)，還可用氣體的分壓代替濃度。平衡常數(shù)表達(dá)式可寫成Kp，Kc 、Kp統(tǒng)稱為實(shí)驗平衡常數(shù)。(2)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（熱力學(xué)平衡常數(shù)）l 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式對溶液中的反應(yīng)：aA（S）+bB eE+ dD（

11、固體A不參與此式的書寫）對氣相反應(yīng)要用分壓表示(3)書寫和應(yīng)用平衡常數(shù)的幾點(diǎn)說明： 平衡常數(shù)表達(dá)式需與計量方程式相對應(yīng)，同一化學(xué)反應(yīng)用不同計量方程式表示時，平衡常數(shù)表達(dá)式不同，得到的數(shù)值也不同。 例 N2 (g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g) K1 = 1.60 ´ 10 -5 1/2N2 (g) + 3/2 H2 (g) NH3 (g) K2 = 3.87 ´ 10 -2  K1 ¹ K2 ， K1 = K22純固體與純液態(tài)及水溶液中參加反應(yīng)的水的濃度在平衡常數(shù)表達(dá)式中不出現(xiàn)；例： Ca2CO3 (s) CaO(s) + CO2 寫

12、入平衡常數(shù)表達(dá)式中各物質(zhì)的濃度或分壓，必須是在系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)時相應(yīng)的值。氣體只可用分壓表示。 溫度發(fā)生改變，化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)也隨之改變，因此，在使用時須注意相應(yīng)的溫度。平衡常數(shù)的意義平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)的特征常數(shù)。對同類反應(yīng)來說越大，反應(yīng)進(jìn)行得越完全。由平衡常數(shù)可以判斷反應(yīng)是否處于平衡態(tài)和非平衡態(tài)時反應(yīng)進(jìn)行的方向。多種平衡的平衡常數(shù)多重平衡的規(guī)則：在相同條件下，如有連個反應(yīng)方程式相加或相減得到第三個反應(yīng)方程式，則第三個反應(yīng)方程式的平衡常數(shù)為前兩個反應(yīng)方程式平衡常數(shù)之積或之商。 即 K3 = K1 × K2 或 K3 = K1/K23 .平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 ： a = 某反應(yīng)

13、物已轉(zhuǎn)化的量/某反應(yīng)物的重量×100若反應(yīng)前后體積不變，反應(yīng)的量可以用濃度表示a =（某反應(yīng)物的起始濃度 - 某反應(yīng)物的平衡濃度）/某反應(yīng)物的起始濃度×1002.5 化學(xué)平衡的移動一、濃度對化學(xué)平衡的影響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；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。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。 二、壓力對化學(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；減壓，則平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動。如：673K時反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)D2NH3(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)，對平衡沒有影響。如： 773K時反應(yīng) CO+H2OH2+CO2三、溫度對化學(xué)平衡的影響升高溫度，使平衡向吸熱方向移動；降低溫度，使平衡向放熱方向移動。體系放熱時DrH 為負(fù)值，吸熱時為正值。 四、催化劑與化學(xué)平衡催化劑不會使平衡發(fā)生移