氣體反應 大氣污染

氣體反應大氣污染第一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日了解大氣的主要污染物，溫室效應、臭氧層空洞、酸雨及光化學煙霧等綜合性大氣污染及其控制。(1)了解濃度、溫度與反應速率的定量關(guān)系；了解元反應和反應級數(shù)的概念；能用阿侖尼烏斯公式進行初步計算；能用活化能和活化分子的概念，說明濃度、溫度、催化劑對化學反應速率的影響。(2)掌握

的關(guān)系及有關(guān)計算，理解濃度、壓力和溫度對化學平衡的影響。

本章教學要求2第二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

3.1理想氣體

3.2化學反應速率

3.3化學平衡

3.4大氣污染與防治

本章內(nèi)容3第三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日3.1.1理想氣體狀態(tài)方程式3.1.2分壓定律3.1理想氣體4第四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日氣體的最基本特征：具有可壓縮性和擴散性。人們將符合理想氣體狀態(tài)方程的氣體，

稱為理想氣體。理想氣體分子之間沒有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對于氣體所占有體積完全可以忽略。3.1.1理想氣體狀態(tài)方程式5第五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

pV=nRT

R----摩爾氣體常數(shù)在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol時,Vm=22.414L=22.414×10-3m3

R=8.314kPaLK-1mol-1理想氣體狀態(tài)方程式6第六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日⑴計算p，V，T，n四個物理量之一⑵氣體摩爾質(zhì)量的計算M=Mrgmol-1理想氣體狀態(tài)方程式的應用用于溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。pV=nRT7第七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日=

=m/V⑶氣體密度的計算：即：8第八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日組分氣體：

理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。分壓：

組分氣體B在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體B的分壓。

3.1.2分壓定律9第九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日分壓定律

混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。

p=p1+p2+或p=

pB

其中：

n=n1+n2+

則：即：10第十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日分壓的求解：式中：xB

B的摩爾分數(shù)（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅰ）/（Ⅱ）得：即：11第十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

例：

某容器中含有NH3、O2、N2等氣體的混合物。取樣分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol；混合氣體的總壓p=133.0kPa。試計算各組分氣體的分壓。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol12第十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa13第十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日3.2化學反應速率3.2.1反應速率的表示方法3.2.2反應速率的影響因素14第十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日如果體積不變：3.2.1反應速率的表示方法注意:

是反應方程的計量數(shù)，反應物取負值，生成物取正值。

1.瞬時速率

15第十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日aA+bByY+zZ對于一般的化學反應：例:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)16第十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日2.平均速率某一有限時間間隔內(nèi)濃度的變化量。即為瞬時速率。17第十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日例：在給定條件下，H2與N2在密閉容器中合成NH3的反應，各物質(zhì)濃度變化如下：

起始濃度c0/mol·L-11.03.002s后濃度c/mol·L-10.82.40.4濃度的改變量△c/mol·L-1-0.2-0.6+0.4N2(g)+3H2(g)2NH3(g)解：18第十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

由該題可知：同一反應，在相同時間段內(nèi)，無論用反應物還是生成物所求的反應速率結(jié)果相同。19第十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

1.濃度的影響

3.2.2反應速率的影響因素對于一般的化學反應：該式被稱為反應速率方程式。20第二十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

α,β—反應級數(shù)：

對反應物A反應級數(shù)為α；對反應物B反應級數(shù)為β；總反應級數(shù)為α+β。注意：α，β必須通過實驗確定其值。通常α≠a，β≠b。

k—稱為速率常數(shù)：其數(shù)值不受濃度（或壓強）的影響，但受溫度的影響。其量綱由反應級數(shù)確定。21第二十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日元反應（基元反應）：

由反應物直接生成產(chǎn)物的反應（反應過程無中間產(chǎn)物生成）

復合反應（復雜反應）：

由兩個或兩個以上的反應組合而成的總反應。（在復合反應中,可用實驗檢測到中間產(chǎn)物的存在,但它被后面的一步或幾步反應消耗掉,因而不出現(xiàn)在總反應方程式中。）22第二十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日對于通式：aA+bB=gG+dDυ=k{c(A)}a

.

{c(B)}b若為元反應，則反應速率方程為質(zhì)量作用定律：對于元反應(即一步完成的反應)，反應速率與反應物濃度（以計量數(shù)為指數(shù)）的乘積成正比。23第二十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日故：由質(zhì)量作用定律可以直接寫出一個元反應的反應速率方程，并確定出其反應級數(shù)

2NO+O2→2NO2

υ=k{c(NO)}2.

c(O2)三級反應例如：C2H5Cl→C2H4+HCl

υ=kc(C2H5Cl)

一級反應

NO2+CO→NO+CO2

υ=kc(NO2).

c(CO)二級反應24第二十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日對于復雜反應：2NO+2H2→N2+2H2O反應機理：又稱反應歷程，即組成復合反應的一系列元反應的步驟。研究認為：這個反應按照下列兩個連續(xù)的過程進行的2NO+H2→N2+H2O2

（慢）

H2+H2O2→2H2O（快）

其中該過程中的每一步反應都是元反應，可以根據(jù)質(zhì)量作用定律寫出每一步的速率方程。25第二十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日又如反應：H2+I2→

2HI，其速率方程為：

υ=kc(H2).c(I2)，該反應也不是元反應。從速率方程上看似乎是元反應，但它的反應機理：a.I22Ib.H2+2I2HI26第二十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日結(jié)論：（１）對于一個具體的反應，究竟是不是元反應，應以實驗結(jié)果為準，切不可望文生義。（２）一般情況下：增大反應物質(zhì)的濃度，反應速率增加。27第二十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日2.溫度的影響阿侖尼烏斯[S.A.Arrhenius(1859-1927)]，瑞典物理化學家，根據(jù)大量實驗和理論驗證，提出反應速率與溫度的定量關(guān)系式：若以對數(shù)關(guān)系表示：注意：并非所有的反應都符合阿累尼烏斯公式。（3.1）(3.2)28第二十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日式中:A

為指前因子，與速率常數(shù)k

有相同的量綱；

Ea叫做反應的活化能(也稱阿侖尼烏斯活化能)，常用單位為kJ.

mol-1；

A與Ea都是反應的特性常數(shù)，基本與溫度無關(guān)，均由實驗求得。(b)(1/

T)K-1O圖3-1常見反應的速率常數(shù)k與T的關(guān)系圖(a)OT/Kk29第二十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日(1)求Ea：至今仍是動力學中求Ea的主要方法。(2)由Ea計算給定T反應速率常數(shù)k。計算常用公式如下：（3.3）阿侖尼烏斯公式的應用30第三十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日（1）溫度升高，反應速率常數(shù)增大，反應速率加快。

（2）速率常數(shù)不僅與溫度有關(guān)還與活化能有關(guān)。

結(jié)論：

31第三十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日以氣體分子運動論為基礎(chǔ)，主要用于氣相雙分子反應。例如：反應發(fā)生反應的兩個基本前提：發(fā)生碰撞的分子應有足夠高的能量碰撞的幾何方位要適當（1）碰撞理論3.活化能的影響32第三十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日（2）活化絡(luò)合物理論(過渡態(tài)理論)具有足夠能量的分子彼此以適當?shù)目臻g取向相互靠近到一定程度時，會引起分子或原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連續(xù)性變化，使原來以化學鍵結(jié)合的原子間的距離變長，而沒有結(jié)合的原子間的距離變短，形成了過渡態(tài)的構(gòu)型，稱為活化絡(luò)合物。33第三十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日例如：活化絡(luò)合物(過渡態(tài))反應物(始態(tài))生成物(終態(tài))34第三十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日能量II圖3-2反應系統(tǒng)中活化能示意圖Ea(正)=E

-EIEa(逆)=E-EII終態(tài)反應過程EIEIIEa(正)Ea(逆)ΔEΔrHm始態(tài)(過渡態(tài))IE

35第三十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日圖3-3化學反應過程中能量變化曲線Ea(逆)(正)(正)Ea(逆)EacEac36第三十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日（3）活化能與反應速率一般化學反應的活化能在60～440kJ·mol-1之間，活化能的大小對反應速率影響非常大。由阿侖尼烏斯公式：由公式可知：活化能越小，反應速率越大。37第三十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

催化劑：又稱觸媒,是一種能顯著加快反應速率,但在反應前后自身的組成,質(zhì)量和化學性質(zhì)不發(fā)生變化的物質(zhì)。4.催化劑的影響38第三十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日催化作用的特點：①只能對熱力學上可能發(fā)生的反應起作用。②通過改變反應途徑以縮短達到平衡的時間。④只有在特定的條件下催化劑才能表現(xiàn)活性。③催化劑有選擇性，選擇不同的催化劑會有利于不同種產(chǎn)物的生成。39第三十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日（1）均相催化：催化劑與反應物種在同一相中的催化反應。沒有催化劑存在時，過氧化氫的分解反應為：加入催化劑Br2，可以加快H2O2分解，分解反應的機理是：第一步總反應：第二步40第四十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日催化劑對反應活化能的影響41第四十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

實驗結(jié)果表明，催化劑參與的分解反應，改變了反應機理，降低了反應活化能，增大了活化分子分數(shù)，反應速率顯著增大。活化能降低使活化分子數(shù)增加42第四十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日（2）多相催化：催化劑與反應物種不屬于同一物相的催化反應。汽車尾氣(NO和CO)的催化轉(zhuǎn)化：反應在固相催化劑表面的活性中心上進行，催化劑分散在陶瓷載體上，其表面積很大，活性中心足夠多，尾氣可與催化劑充分接觸。43第四十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日酶催化：以酶為催化劑的反應。特點：①高效②高選擇性③條件溫和（3）酶催化44第四十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

（1）濃度影響：當溫度一定，某反應的活化能也一定時，濃度增大，分子總數(shù)增加，活化分子數(shù)隨之增多，即單位體積內(nèi)活化分數(shù)增多,反應速率增大。反應速率的影響因素結(jié)論：（2）溫度影響：當濃度一定，溫度升高，即單位體積內(nèi)活化分數(shù)增多,反應速率增大。45第四十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日（3）加入催化劑：降低了活化能，使更多的分子成為活化分子，即單位體積內(nèi)活化分數(shù)增多，有效碰撞大大增加，反應速率顯著加快?？傊簾o論那種因素對反應速率的影響，最終看單位體積內(nèi)活化分子數(shù)是否發(fā)生變化。若單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增加，則反應數(shù)率加快；相反，則反應速率減小。46第四十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日3.3化學平衡3.3.2化學平衡的移動3.3.1平衡常數(shù)表達式47第四十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日對于恒溫恒壓下不做非體積功的化學反應，當ΔrG<0時，系統(tǒng)在ΔrG的推動下，使反應沿著確定的方向自發(fā)進行。隨著反應的不斷進行，ΔrG

值越來越大，當ΔrG

=0時，反應因失去推動力而在宏觀上不再進行了，即反應達到了平衡狀態(tài)。ΔrG=0就是化學平衡的熱力學標志或稱反應限度的判據(jù)。平衡系統(tǒng)的性質(zhì)不隨時間而變化。48第四十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日3.3.1平衡常數(shù)表達式對于溶液中的反應：對于氣相反應：Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)49第四十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日對于一般的化學反應：

*

是溫度的函數(shù)，與濃度、分壓無關(guān)。*

值越大，表明正反應進行得越完全。*

是量綱為1的量。KKK50第五十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日（2）標準平衡常數(shù)表達式必須與化學反應計量式相對應。書寫平衡常數(shù)表達式時應注意以下幾點：（1）各反應物相對分壓（或相對濃度）以計量數(shù)為指數(shù)寫在表達式的分母上；各生成物的則在分子上。51第五十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日例題：已知25℃時反應（3）當一個反應為n個反應之和時，該反應的平衡常數(shù)為這n個反應的平衡常數(shù)之積。即：多重平衡原理③2BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的①2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)=0.45②I2(g)+Br2(g)2IBr(g)=0.051計算反應：K1K2K352第五十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日解：反應①+②得：=·=0.45×0.051=0.0232BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)K3K1K253第五十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日例題：恒溫恒容下，GeO(g)與W2O6(g)反應生成GeWO4(g)：若反應開始時，GeO和W2O6的分壓均為100.0kPa，平衡時

GeWO4(g)的分壓為98.0kPa。2GeO(g)+W2O6(g)2

GeWO4(g)求：（1）反應的標準平衡常數(shù)。

（2）平衡時GeO和W2O6的平衡轉(zhuǎn)化率。54第五十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

p(W2O6)=100.0kPa-kPa=51.0kPap(GeO)=100.0kPa-98.0kPa=2.0kPa解：2GeO(g)+W2O6(g)2

GeWO4(g)平衡pB/kPa100.0-98.0100.0-98.0開始pB/kPa100.0100.00變化pB/kPa-98.0

-98.055第五十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日56第五十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日平衡轉(zhuǎn)化率：57第五十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日3.3.2化學平衡的移動1．濃度（或分壓）的影響定義：在溫度T時，反應aA（g）+bB（l）=gG（aq）+dD（s）

J在任意狀態(tài)下的反應商J的表達式為：因條件的改變使化學反應從原來的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到新的平衡狀態(tài)的過程叫化學平衡的移動。58第五十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日改變反應物或產(chǎn)物的濃度（或分壓），會引起J

發(fā)生變化。

時，平衡向著逆反應方向進行；

J>當時，平衡不發(fā)生移動；

J=

時，平衡向著正反應方向進行。

J<

59第五十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

例題(重點/考點)：某容器中充有N2O4(g)和NO2(g)混合物，n(N2O4):n(NO2)=10:1。在308K，0.1MPa條件下，發(fā)生反應：(2)使該反應系統(tǒng)體積減小到原來的1/2，反應在308K，0.2MPa條件下進行，平衡向何方移動？N2O4(g)NO2(g)；K

(308)=0.315(3)在新的平衡條件下，系統(tǒng)內(nèi)各組分的分壓改變了多少？(1)計算平衡時各物質(zhì)的分壓；60第六十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日2.溫度的影響是溫度的函數(shù)。溫度變化引起的變化，導致化學平衡的移動。(1)對于吸熱反應，升高溫度,反應向著正反應方向移動，到達新平衡時，新的平衡常數(shù)增大。即＞(2)對于放熱反應，升高溫度，反應向著逆反應方向移動，到達新平衡時，新的平衡常數(shù)減小。即

＜61第六十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日將1.2molSO2和2.0molO2的混合氣體，在800K和101.325kPa的總壓力下，緩慢通過V2O5催化劑使生成SO3，在恒溫恒壓下達到平衡后，測得混合物中生成的SO3為1.1mol。例題(重點/考點)：(3)討論溫度、總壓力的高低對SO2

轉(zhuǎn)化率的影響。(2)SO2的轉(zhuǎn)化率。(1)試利用上述實驗數(shù)據(jù)求該溫度下反應2SO2+O2=2SO3的。62第六十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

此反應為氣體分子數(shù)減小的反應，又是放熱反應。根據(jù)平衡移動原理，高壓低溫有利于提高SO2的轉(zhuǎn)化率。(3)討論：注：在接觸法制硫酸的生產(chǎn)實踐中，為了充分利用SO2，采用比本題更為過量的氧氣，在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率可高達96%-

98%，所以實際上無需采取高壓。63第六十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日呂?查德里（A.L.LeChatelier）原理：假如改變平衡系統(tǒng)的條件之一，如濃度、壓力或溫度，平衡就向能減弱這個改變的方向移動?；瘜W平衡的移動或化學反應的方向是考慮反應的自發(fā)性，決定于rGm是否小于零；而化學平衡則是考慮反應的限度，即平衡常數(shù)，它取決于

rGm

(注意不是rGm)數(shù)值的大小。特別注意：64第六十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日3.4大氣污染與防治3.4.1大氣污染及其危害3.4.2大氣污染的防治65第六十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日

氮氧化物：NO、NO2等NOx是形成硝酸酸雨的主要氣體，其毒性比CO高10倍左右。

硫氧化物：SO2、SO3(SOx)硫氧化物主要來自于燃煤，是形成硫酸酸雨的主要氣體。

顆粒物：大氣顆粒物包括塵（飄塵、落塵）、煙、霧等。

烴類CxHy(或簡寫為HC)主要來源有煉油廠排放氣、油品的不完全燃燒。CO和CO2人類排放量最大的污染物，主要來自于燃料的不完全燃燒。其毒害是使血液失去輸氧能力。3.4.1.大氣的主要污染物及危害66第六十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日小高爐煉鋼土法煉鋅貴州威寧彝族回族苗族

自治縣二塘鎮(zhèn)67第六十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日1.環(huán)境污染物的來源

工業(yè)：三廢，量大、成分復雜、毒性強。

農(nóng)業(yè)：農(nóng)藥、化肥、農(nóng)業(yè)廢棄物等。

交通運輸：噪音、燃料燃燒的排放物等。

生活：生活中的“三廢”等。68第六十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日主要污染物為顆粒物、SO2等黃色煙霧。12月10日大霧散去，4000人死亡，其中大部分是老人，感染支氣管炎和有關(guān)肺部疾病的患者達數(shù)千人.倫敦煙霧1952.12.5-92.重要的大氣污染事件69第六十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日主要污染物是O3、PAN、醛類、NOx等藍色煙霧，死亡400人。這類污染容易在夏秋季、氣溫較高的氣象條件下形成。洛杉磯煙霧1952.1270第七十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日(1)固定源排放的廢氣比例較高、污染嚴重。(2)燃煤大國，屬煤煙型污染。(3)機動車污染日益嚴重。3.我國空氣污染的主要特征主要原因：煤為主要能源，廢氣一般雖經(jīng)除塵但未脫硫。民用煤比例過高。燃煤設(shè)備熱效率低。發(fā)展中國家。71第七十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日(1)消除煙塵(2)二氧化硫的控制石灰乳法：主要技術(shù)措施：*改進產(chǎn)生污染源的生產(chǎn)工藝和設(shè)備。*更換燃料或使用清潔能源。*凈化排出的廢氣。3.4.2.大氣污染的防治2Ca(HSO3)2+O2+2H2O2CaSO4·2H2O+2H2SO4

72第七十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日(3)汽車廢氣治理六環(huán)牌HX-OEM-3C-I型三元催化劑當前Pt、Pd、Ru催化劑(CeO2為助催化劑、耐高溫陶瓷為載體)可使尾氣中有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化率超過90%。73第七十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期日全球性大氣污染(1)酸雨酸雨、全球氣候變