第四章 化學反應速率和化學平衡

1、2第一節(jié)第一節(jié) 化學反應速率化學反應速率 一、化學反應速率的定義一、化學反應速率的定義u是指在一定條件下，反應物轉化為生成物的速率；u用單位時間內某物質濃度變化的絕對值來表示；s)mol/(Lmin)mol/(Lu符號“v”，單位“ 、 ”。3第一節(jié)第一節(jié) 化學反應速率化學反應速率 二、化學反應速率的表示方法二、化學反應速率的表示方法結論：結論： 1. 1.隨著時間的推移，各物質隨著時間的推移，各物質濃度變化的趨勢逐漸減弱。濃度變化的趨勢逐漸減弱。 2. 2.各物質在相同的時間段內，各物質在相同的時間段內，濃度的變化是不一樣的。濃度的變化是不一樣的。濃度隨時間變化（濃度隨時間變化（c-t曲線曲

2、線）：2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)4第一節(jié)第一節(jié) 化學反應速率化學反應速率平均速率：平均速率：1. 同一反應，物質不同，表示該反應速率的數(shù)值也不相同；同一反應，物質不同，表示該反應速率的數(shù)值也不相同；2. 通常選用容易測定的那一種物質濃度的變化來表示；通常選用容易測定的那一種物質濃度的變化來表示；3. 同一反應的各物質的反應速率表達式之間存在著一定關系。同一反應的各物質的反應速率表達式之間存在著一定關系。 任意一個反應任意一個反應： mA + nB = pC + qD DCBA1111vqvPvnvmtcv5第一節(jié)第一節(jié) 化學反應速率化學反應速率3.3.常用作圖法來求取，如右圖

3、：常用作圖法來求取，如右圖： 瞬時速率瞬時速率1.1.當當 趨于趨于零時，反應物濃度零時，反應物濃度的減少或生成物濃度的增加。的減少或生成物濃度的增加。 tdtdcvt0lim2.2.表達式：表達式：6第二節(jié)第二節(jié) 反應速率理論簡介反應速率理論簡介 一、碰撞理論一、碰撞理論理論要點：理論要點： 1. 1.反應物分子相互碰撞是化學反應發(fā)生的前提；反應物分子相互碰撞是化學反應發(fā)生的前提； 反應速率與單位時間、單位體積內反應物分子反應速率與單位時間、單位體積內反應物分子的碰撞次數(shù)成正比；的碰撞次數(shù)成正比； 2. 2.碰撞是分子間發(fā)生反應的必要條件但不充分條件。碰撞是分子間發(fā)生反應的必要條件但不充分條

4、件。 能發(fā)生反應的碰撞稱為有效碰撞；能發(fā)生反應的碰撞稱為有效碰撞； 不能發(fā)生反應的碰撞則為無效碰撞。不能發(fā)生反應的碰撞則為無效碰撞。7第二節(jié)第二節(jié) 反應速率理論簡介反應速率理論簡介3.反應速率要同時考慮分子的有效碰撞和分子碰撞時的取向。反應速率要同時考慮分子的有效碰撞和分子碰撞時的取向。 無效碰撞無效碰撞 有效碰撞有效碰撞相互碰撞的取向相互碰撞的取向8第二節(jié)第二節(jié) 反應速率理論簡介反應速率理論簡介活化分子與活化能：活化分子與活化能： 能發(fā)生有效碰撞的分子能發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子。稱為活化分子。 相互碰撞的分子必需具相互碰撞的分子必需具有足夠的能量。有足夠的能量。9第三節(jié)第三節(jié) 影響化學

5、反應速率的因素影響化學反應速率的因素 一、速率方程一、速率方程濃度對反應速率的影響濃度對反應速率的影響 基元反應和復雜反應基元反應和復雜反應 1. 1.基元反應：基元反應：一步就能完成的反應。一步就能完成的反應。 2. 2.復雜反應：復雜反應：由兩個或兩個以上基元反應構成的反應。由兩個或兩個以上基元反應構成的反應。 3.3.化學反應經(jīng)歷的途徑叫做反應機理（或反應歷程）?；瘜W反應經(jīng)歷的途徑叫做反應機理（或反應歷程）。 4. 4.限速步驟：決定反應速率的那一步基元反應。限速步驟：決定反應速率的那一步基元反應。說明：說明：基元反應的判定必須要通過實驗才能證實?；磻呐卸ū仨氁ㄟ^實驗才能證實。

6、一個化學反應方程式并不代表是基元反應。一個化學反應方程式并不代表是基元反應。速率方程：速率方程： 對于基元反應對于基元反應: : mA + nB = pC + qD1.1.質量作用定律質量作用定律: :一定溫度，化學反應速率與各反應物濃度冪一定溫度，化學反應速率與各反應物濃度冪的乘積成正比，其中各濃度的冪指數(shù)分別為反應方程式中的乘積成正比，其中各濃度的冪指數(shù)分別為反應方程式中的化學計量數(shù)。的化學計量數(shù)。10第三節(jié)第三節(jié) 影響化學反應速率的因素影響化學反應速率的因素nmccckvBA2.2.速率方程速率方程: :kk3. 3. 為反應速率常數(shù)，為反應速率常數(shù)， 值的大小與反應物的本性有關。值的大

7、小與反應物的本性有關。 物理意義：反應物濃度為單位濃度時的反應速率。物理意義：反應物濃度為單位濃度時的反應速率。 其大小反映了在給定條件下化學反應速率的快慢。其大小反映了在給定條件下化學反應速率的快慢。11反應速率常數(shù)反應速率常數(shù)第三節(jié)第三節(jié) 影響化學反應速率的因素影響化學反應速率的因素k 其值，與反應物濃度無關，但受溫度、溶劑、催化劑等其值，與反應物濃度無關，但受溫度、溶劑、催化劑等條件的影響。條件的影響。 k 越大，反應速率越快；反之，越大，反應速率越快；反之， 越小，反應速率越慢。越小，反應速率越慢。k12第三節(jié)第三節(jié) 影響化學反應速率的因素影響化學反應速率的因素如何書寫化學反應速率方程

8、式如何書寫化學反應速率方程式u稀溶液中的溶劑參與反應時，其濃度視為不變量。稀溶液中的溶劑參與反應時，其濃度視為不變量。u反應物為固態(tài)物質時，其濃度視為常數(shù)。反應物為固態(tài)物質時，其濃度視為常數(shù)。u氣體反應，可用氣態(tài)物質的分壓來代替其濃度。氣體反應，可用氣態(tài)物質的分壓來代替其濃度。u溫度對化學反應速率的影響特別顯著；溫度對化學反應速率的影響特別顯著；u溫度對溫度對 的影響，實質是溫度對的影響，實質是溫度對 的影響；的影響；u18891889年，阿侖尼烏斯指出年，阿侖尼烏斯指出 與溫度熱力學與溫度熱力學 之間存在定量關系。之間存在定量關系。13第三節(jié)第三節(jié) 影響化學反應速率的因素影響化學反應速率的因

9、素 二、阿侖尼烏斯方程二、阿侖尼烏斯方程 溫度對反應速率的影響溫度對反應速率的影響Tvkk14第三節(jié)第三節(jié) 影響化學反應速率的因素影響化學反應速率的因素 反應速率常數(shù)與絕對溫度反應速率常數(shù)與絕對溫度T T成指數(shù)關系，溫度的成指數(shù)關系，溫度的微小變化，將導致微小變化，將導致 值的較大變化值的較大變化 。kRTaEkAeRTEkaAlnlnRT.Eka3032lgAlg 阿侖尼烏斯方程：阿侖尼烏斯方程： 1. 1.以以 對對 作圖應為一條直作圖應為一條直線，線， 直線的斜率為直線的斜率為: ,: , 截距為截距為: : 。 2. 2.直線直線斜率較小，代表活化能較斜率較小，代表活化能較小的反應，直

10、線小的反應，直線斜率較大，代表活化斜率較大，代表活化能較大的反應。能較大的反應。 3. 3.活化能較大的反應，其反應速率活化能較大的反應，其反應速率隨溫度升高增加較快。隨溫度升高增加較快。15溫度與反應速率常數(shù)的關系溫度與反應速率常數(shù)的關系 klgT1RT.Ea3032Alg第三節(jié)第三節(jié) 影響化學反應速率的因素影響化學反應速率的因素16第三節(jié)第三節(jié) 影響化學反應速率的因素影響化學反應速率的因素 催化反應歷程示意圖：催化反應歷程示意圖： 催化劑能夠加快化學反應催化劑能夠加快化學反應速率的本質原因在于：速率的本質原因在于： 本身參與了反應，改變了本身參與了反應，改變了反應歷程，降低了反應活化能，反

11、應歷程，降低了反應活化能，從而大大加快了反應速率。從而大大加快了反應速率。三、催化劑與酶三、催化劑與酶17 催化劑基本特點：催化劑基本特點： (1) (1)只改變化學反應速率，而不影響化學反應的始態(tài)和終態(tài)；只改變化學反應速率，而不影響化學反應的始態(tài)和終態(tài)； (2)(2)對一些可逆反應，可以同等程度地加快正逆反應的速率。對一些可逆反應，可以同等程度地加快正逆反應的速率。 (3) (3)催化劑具有專一的選擇性。催化劑具有專一的選擇性。 酶不同于一般的催化劑：酶不同于一般的催化劑： (1)(1)酶具有極高的催化效率。酶具有極高的催化效率。 (2)(2)酶催化的反應所需條件非常溫和。酶催化的反應所需條

12、件非常溫和。 (3)(3)酶具有極高的專一性。酶具有極高的專一性。第三節(jié)第三節(jié) 影響化學反應速率的因素影響化學反應速率的因素 一、可逆反應一、可逆反應425時氫氣和碘蒸氣：時氫氣和碘蒸氣： H2(g) + I2(g) 2HI(g) 正反應：從左到右進行的反應；正反應：從左到右進行的反應； 逆反應：從右到左進行的反應。逆反應：從右到左進行的反應。不可逆反應：不可逆反應：一定條件下，只能向一個方向進行的反應。一定條件下，只能向一個方向進行的反應。18第四節(jié)第四節(jié) 化學平衡和標準平衡常數(shù)化學平衡和標準平衡常數(shù)可逆反應：可逆反應：同一條件下，既能向正反應方向進行又能向同一條件下，既能向正反應方向進行又

13、能向逆反應方向進行的反應，常用符號逆反應方向進行的反應，常用符號“ ”“ ”表示可逆。表示可逆。19第四節(jié)第四節(jié) 化學平衡和標準平衡常數(shù)化學平衡和標準平衡常數(shù)u可逆反應的反應速率變化示意圖：可逆反應的反應速率變化示意圖：u化學平衡：化學平衡：在一定條件下，在一定條件下，可逆反應的正逆反應速率相可逆反應的正逆反應速率相等時，各物質的濃度不再隨等時，各物質的濃度不再隨時間而改變，此時反應體系時間而改變，此時反應體系所處的狀態(tài)稱為化學平衡狀所處的狀態(tài)稱為化學平衡狀態(tài)。態(tài)。二、化學平衡二、化學平衡20可逆反應達到化學平衡時應具有以下特征：可逆反應達到化學平衡時應具有以下特征： 動：動：化學平衡是動態(tài)平

14、衡，化學平衡是動態(tài)平衡， ； 靜：靜：反應處于相對靜止狀態(tài)，體系中各物質的濃度保持一定；反應處于相對靜止狀態(tài)，體系中各物質的濃度保持一定； 定：定：平衡狀態(tài)只與反應條件（如溫度）有關，與反應途徑無關；平衡狀態(tài)只與反應條件（如溫度）有關，與反應途徑無關； 變：變：外界條件一旦改變，原來的平衡狀態(tài)即被破壞。外界條件一旦改變，原來的平衡狀態(tài)即被破壞。第四節(jié)第四節(jié) 化學平衡和標準平衡常數(shù)化學平衡和標準平衡常數(shù)思考思考：外界條件的改變，會使處于平衡狀態(tài)的可逆反應發(fā)生哪些變化？外界條件的改變，會使處于平衡狀態(tài)的可逆反應發(fā)生哪些變化？逆正vv 三、標準平衡常數(shù)三、標準平衡常數(shù) 化學平衡常數(shù)：化學平衡常數(shù)：生

15、成物濃度冪的乘積與反應物濃度冪的乘生成物濃度冪的乘積與反應物濃度冪的乘積之比為一常數(shù)。積之比為一常數(shù)。 任一反應：任一反應： aA + bB dD + eE21第四節(jié)第四節(jié) 化學平衡和標準平衡常數(shù)化學平衡和標準平衡常數(shù)濃度表示：濃度表示： 分壓表示：分壓表示： 、 稱為經(jīng)驗平衡常數(shù)稱為經(jīng)驗平衡常數(shù)baedcBAEDbaedpBAEDPPPPcp標準平衡常數(shù)標準平衡常數(shù)（ ）：）：對對反應反應aA(s) + bB(l) dD(g) + eE(l)bedD)(B/)(E/)/(ccppKK 1. 1.濃度或分壓是指平衡時的濃度或分壓。濃度或分壓是指平衡時的濃度或分壓。 2.2.純固體或純液體的純固

16、體或純液體的“濃度濃度”看作是常數(shù)，不寫入看作是常數(shù)，不寫入平衡常數(shù)表達式中。平衡常數(shù)表達式中。 3.3.稀溶液中，水的濃度不必寫在平衡表達式中。稀溶液中，水的濃度不必寫在平衡表達式中。22第四節(jié)第四節(jié) 化學平衡和標準平衡常數(shù)化學平衡和標準平衡常數(shù)標準平衡常數(shù)標準平衡常數(shù) 表達式的書寫表達式的書寫KK標準平衡常數(shù)標準平衡常數(shù) 的意義的意義 1.1.平衡常數(shù)的大小是可逆反應進行程度的標志。平衡常數(shù)的大小是可逆反應進行程度的標志。 2.2.平衡常數(shù)是可逆反應的特性常數(shù)。平衡常數(shù)是可逆反應的特性常數(shù)。習題習題：寫出些列反應的標準平衡常數(shù)寫出些列反應的標準平衡常數(shù) 表達式。表達式。 1. 1.NH4C

17、l(s) NH3(g)+HCl(g) 2. 2.3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) 3. 3.N2H4(l) N2(g)+2H2(g) 4. 4.H2O H+OH- 5. 5.Ag2S(s)+H2(g) 2Ag(s)+H2S(g)23第四節(jié)第四節(jié) 化學平衡和標準平衡常數(shù)化學平衡和標準平衡常數(shù)K有關平衡常數(shù)的計算有關平衡常數(shù)的計算第四節(jié)第四節(jié) 化學平衡和標準平衡常數(shù)化學平衡和標準平衡常數(shù)baedccccQBAED%100指指定定反反應應物物的的初初始始濃濃度度應應物物的的濃濃度度平平衡衡時時已已轉轉化化的的指指定定反反 =Kc反應處于平衡狀態(tài)反應處于平衡狀態(tài) Kc反應向正反應方向進行反應向

18、正反應方向進行 Kc反應向逆反應方向進行反應向逆反應方向進行 QQQ2.2.用平衡常數(shù)判斷可逆反應進行的方向和限度。用平衡常數(shù)判斷可逆反應進行的方向和限度。1.1.平衡轉化率，與指定反應物有關，通常以平衡轉化率，與指定反應物有關，通常以 表示。表示。多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則 某些化學反應可表示為兩個或多個反應的總和，這某些化學反應可表示為兩個或多個反應的總和，這樣的平衡體系，稱為多重平衡。樣的平衡體系，稱為多重平衡。 多重平衡中，總反應的平衡常數(shù)等于各反應平衡常多重平衡中，總反應的平衡常數(shù)等于各反應平衡常數(shù)之積，這個關系稱為多重平衡規(guī)則。數(shù)之積，這個關系稱為多重平衡規(guī)則。25第四節(jié)第四節(jié) 化學

19、平衡和標準平衡常數(shù)化學平衡和標準平衡常數(shù)若已知反應分兩步進行，有若已知反應分兩步進行，有 和和 ，則：，則： 1K2K21KKK 一、濃度對化學平衡的影響一、濃度對化學平衡的影響氯化鐵與硫氰酸鉀反應：氯化鐵與硫氰酸鉀反應： FeCl3KSCN K3(SCN)63KCl （血紅色）（血紅色）26第五節(jié)第五節(jié) 影響化學平衡移動的因素影響化學平衡移動的因素添加添加現(xiàn)象現(xiàn)象K3(SCN)6平衡移動平衡移動FeCl3KSCN+溶液顏色加深溶液顏色加深增多增多向右進行向右進行+溶液顏色加深溶液顏色加深增多增多向右進行向右進行 化學平衡的移動：由于外界條件的改變，可逆化學平衡的移動：由于外界條件的改變，可逆

20、反應由一種平衡狀態(tài)轉變到另一種平衡狀反應由一種平衡狀態(tài)轉變到另一種平衡狀 態(tài)的過程。態(tài)的過程。第五節(jié)第五節(jié) 影響化學平衡移動的因素影響化學平衡移動的因素結論：結論：在其它條件不變的情況下，在其它條件不變的情況下， 增大反應物的濃度，平衡向正反應方向（或向右）進行；增大反應物的濃度，平衡向正反應方向（或向右）進行；減小生成物的濃度，平衡向正反應方向（或向右）進行；減小生成物的濃度，平衡向正反應方向（或向右）進行；減小反應物的濃度，平衡向逆反應方向（或向左）進行；減小反應物的濃度，平衡向逆反應方向（或向左）進行；增大生成物的濃度。平衡向逆反應方向（或向左）進行。增大生成物的濃度。平衡向逆反應方向（

21、或向左）進行。 其他條件不變時，增大（減?。┢胶怏w系中反應物或生成其他條件不變時，增大（減小）平衡體系中反應物或生成物的濃度，平衡體系就向著減?。ㄔ龃螅┰撐镔|濃度的方向移物的濃度，平衡體系就向著減?。ㄔ龃螅┰撐镔|濃度的方向移動。動。反應前后氣體分子總數(shù)不相等反應前后氣體分子總數(shù)不相等 如：如：2NO2(g) N2O4(g) （紅棕色）（紅棕色） （無色）（無色）28第五節(jié)第五節(jié) 影響化學平衡移動的因素影響化學平衡移動的因素 增大壓強，平衡體系向著生成增大壓強，平衡體系向著生成N2O4的方向，即向著氣的方向，即向著氣體分子總數(shù)減小的方向移動，體系中氣體的顏色由深變淺。體分子總數(shù)減小的方向移動，體

22、系中氣體的顏色由深變淺。二、壓力對化學平衡的影響二、壓力對化學平衡的影響反應前后氣體分子數(shù)相等反應前后氣體分子數(shù)相等 如：如：CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)29第五節(jié)第五節(jié) 影響化學平衡移動的因素影響化學平衡移動的因素 反應物和生成物的濃度發(fā)生同等程度的變化，故增反應物和生成物的濃度發(fā)生同等程度的變化，故增大壓強，不改變化學反應的平衡狀態(tài)，化學平衡不發(fā)生大壓強，不改變化學反應的平衡狀態(tài)，化學平衡不發(fā)生移動。移動。 30 1 1中的氣體顏色變深，中的氣體顏色變深，說明說明NO2濃度增加，平衡向濃度增加，平衡向逆向（即吸熱方向）移動。逆向（即吸熱方向）移動。 2 2中的氣體顏色變淺

23、，中的氣體顏色變淺，說明說明N2O4濃度增加，平衡濃度增加，平衡向正向（即放熱方向）移動。向正向（即放熱方向）移動。 第五節(jié)第五節(jié) 影響化學平衡移動的因素影響化學平衡移動的因素實驗：實驗：2NO2(g) N2O4(g)56.9kJ/mol （紅棕色）（紅棕色） （無色）（無色）三、溫度對化學平衡的影響三、溫度對化學平衡的影響2.2.可逆反應，在一定條件下，可逆反應，在一定條件下， 升高溫度，化學平衡向著吸熱反應的方向移動；升高溫度，化學平衡向著吸熱反應的方向移動； 降低溫度，化學平衡向著放熱反應的方向移動。降低溫度，化學平衡向著放熱反應的方向移動。31第五節(jié)第五節(jié) 影響化學平衡移動的因素影響化學平衡移動的因素 兩點說明：兩點說明：1.1.溫度對化學平衡的影響與前兩種情況有著本質的區(qū)別溫度對化學平衡的影響與前兩種情況有著本質的區(qū)別 ：溫度的變化不僅引起化學平衡的移動，溫度的變化不僅引起化學平衡的移動，而且也會導致而且也會導致 值的變化。值的變化