(2024年)大學(xué)化學(xué)第三章化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率

大學(xué)化學(xué)第三章化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率12024/3/26CATALOGUE目錄化學(xué)平衡概述化學(xué)反應(yīng)速率基本概念影響化學(xué)反應(yīng)速率因素化學(xué)平衡移動原理及應(yīng)用酸堿平衡與酸堿滴定法配位平衡與配位滴定法沉淀溶解平衡與沉淀分析法22024/3/2601化學(xué)平衡概述32024/3/26酸堿平衡常數(shù)（Ka、Kb）描述酸堿反應(yīng)的平衡常數(shù)，其中Ka表示酸的電離常數(shù)，Kb表示堿的電離常數(shù)。配位平衡常數(shù)（Kf、Kb）描述配位反應(yīng)的平衡常數(shù)，其中Kf表示配位體的形成常數(shù)，Kb表示配位體的解離常數(shù)。沉淀溶解平衡常數(shù)（Ksp）表達(dá)式中等于各離子濃度的冪次方之積，用于描述難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力。平衡常數(shù)表達(dá)式42024/3/2601當(dāng)溶液中某種離子的濃度積大于其Ksp時，會生成沉淀。沉淀的生成02當(dāng)溶液中某種離子的濃度積小于其Ksp時，沉淀會溶解。沉淀的溶解03在難溶電解質(zhì)的飽和溶液中，加入含有與該電解質(zhì)相同離子的強電解質(zhì)，將使難溶電解質(zhì)的溶解度降低。同離子效應(yīng)沉淀溶解平衡52024/3/26酸堿質(zhì)子理論酸堿反應(yīng)的本質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，酸是質(zhì)子給予體，堿是質(zhì)子接受體。酸堿指示劑用于指示酸堿滴定終點的試劑，其變色范圍與酸堿度有關(guān)。緩沖溶液能夠抵抗外來少量強酸、強堿或稍稀釋而保持pH基本不變的溶液。酸堿平衡62024/3/26配位鍵的形成中心原子或離子提供空軌道，配體提供孤對電子，形成配位鍵。配位數(shù)的確定中心原子或離子的配位數(shù)等于其接受的配體的數(shù)目。配位平衡的移動改變條件如溫度、濃度、pH等可使配位平衡發(fā)生移動。配位平衡72024/3/2602化學(xué)反應(yīng)速率基本概念82024/3/26反應(yīng)速率定義及表示方法反應(yīng)速率定義反應(yīng)速率是描述化學(xué)反應(yīng)快慢的物理量，通常表示為單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度的變化。表示方法反應(yīng)速率可以用不同的方式表示，如平均速率、瞬時速率等。其中，瞬時速率更能真實反映反應(yīng)在某一時刻的快慢。92024/3/26微分法通過觀察反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系，利用微分法可以確定反應(yīng)級數(shù)。嘗試法通過嘗試不同的反應(yīng)級數(shù)模型，與實驗數(shù)據(jù)進行擬合，確定最合適的反應(yīng)級數(shù)。半衰期法利用反應(yīng)物或生成物的半衰期與反應(yīng)級數(shù)的關(guān)系，可以確定某些反應(yīng)的級數(shù)。反應(yīng)級數(shù)確定方法102024/3/2603鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法對于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，可以通過分析鏈的引發(fā)、傳遞和終止過程，建立相應(yīng)的速率方程。01中間產(chǎn)物法對于包含中間產(chǎn)物的復(fù)雜反應(yīng)，可以通過中間產(chǎn)物的濃度變化建立速率方程。02穩(wěn)態(tài)近似法在某些情況下，可以假設(shè)中間產(chǎn)物的濃度變化很小，從而簡化復(fù)雜反應(yīng)的速率方程。復(fù)雜反應(yīng)速率方程建立112024/3/2603影響化學(xué)反應(yīng)速率因素122024/3/26濃度對反應(yīng)速率影響反應(yīng)物濃度增加，反應(yīng)速率加快。當(dāng)反應(yīng)物濃度增大時，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，有效碰撞幾率增加，反應(yīng)速率加快。生成物濃度對反應(yīng)速率的影響。在可逆反應(yīng)中，若生成物為氣體，則生成物濃度的增大會使逆反應(yīng)速率加快，而正反應(yīng)速率減慢。132024/3/26VS溫度升高，反應(yīng)速率加快。溫度升高時，分子運動速率加快，有效碰撞幾率增加，反應(yīng)速率加快。溫度對反應(yīng)速率的影響程度因反應(yīng)而異。對于放熱反應(yīng)，溫度升高會使平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)速率減慢；而對于吸熱反應(yīng)，溫度升高會使平衡向正反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)速率加快。溫度對反應(yīng)速率影響142024/3/26催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)的速率。催化劑通過改變反應(yīng)路徑，降低活化能，使更多的分子成為活化分子，從而加快反應(yīng)速率。催化劑具有選擇性。不同的催化劑對不同的反應(yīng)有不同的催化效果。因此，在選擇催化劑時需要考慮其對目標(biāo)反應(yīng)的催化效果以及可能產(chǎn)生的副反應(yīng)。催化劑對反應(yīng)速率影響152024/3/2604化學(xué)平衡移動原理及應(yīng)用162024/3/26勒夏特列原理的適用范圍勒夏特列原理不僅適用于化學(xué)平衡，也適用于其他動態(tài)平衡體系，如溶解平衡、電離平衡、水解平衡等。勒夏特列原理的實質(zhì)勒夏特列原理的實質(zhì)是平衡移動原理，即當(dāng)改變影響平衡的條件時，平衡會向著能夠減弱這種改變的方向移動。勒夏特列原理的基本內(nèi)容如果改變影響平衡的一個條件（如濃度、壓強或溫度等），平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。勒夏特列原理內(nèi)容闡述172024/3/26沉淀溶解平衡的應(yīng)用通過控制溶液中的離子濃度，可以實現(xiàn)沉淀的生成或溶解，從而分離或提純某些物質(zhì)。酸堿平衡的應(yīng)用通過控制溶液的酸堿性，可以實現(xiàn)某些化學(xué)反應(yīng)的進行或停止，從而制備或分離某些物質(zhì)。氧化還原平衡的應(yīng)用通過控制溶液的氧化還原電位，可以實現(xiàn)某些氧化還原反應(yīng)的進行或停止，從而制備或分離某些物質(zhì)。平衡移動原理在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用182024/3/26實驗探究：溫度、濃度、壓力對平衡移動影響對于有氣體參加的反應(yīng)，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動；減小壓強，平衡向氣體體積增大的方向移動。壓力對平衡移動的影響升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動；降低溫度，平衡向放熱反應(yīng)方向移動。溫度對平衡移動的影響增大反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動；減小生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動。濃度對平衡移動的影響192024/3/2605酸堿平衡與酸堿滴定法202024/3/26酸堿質(zhì)子理論的提出酸堿質(zhì)子理論是描述酸堿反應(yīng)本質(zhì)的一種理論，由Bronsted和Lowry提出。該理論認(rèn)為，凡是能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸，凡是能接受質(zhì)子的物質(zhì)都是堿。酸堿反應(yīng)的實質(zhì)酸堿反應(yīng)的實質(zhì)是質(zhì)子在酸和堿之間的轉(zhuǎn)移。這種質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程可以通過酸堿滴定實驗進行定量研究。酸堿質(zhì)子理論簡介212024/3/26酸堿滴定曲線是描述滴定過程中溶液pH值隨滴定劑體積變化而變化的曲線。通過實驗測定不同滴定劑體積下的pH值，可以繪制出完整的酸堿滴定曲線。酸堿滴定曲線的繪制在酸堿滴定實驗中，終點的判斷至關(guān)重要。常用的終點判斷方法有指示劑法、電位滴定法和光度法等。其中，指示劑法是最常用的方法之一，通過選擇合適的指示劑，可以在滴定終點時觀察到明顯的顏色變化。終點判斷方法酸堿滴定曲線繪制及終點判斷222024/3/26酸堿滴定法在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，如酸度控制、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗等。例如，在化工生產(chǎn)中，通過酸堿滴定法可以準(zhǔn)確測定原料或產(chǎn)品的酸度，從而控制生產(chǎn)過程中的酸堿平衡，保證產(chǎn)品質(zhì)量。酸堿滴定法在環(huán)境監(jiān)測中也發(fā)揮著重要作用。例如，通過測定水體中的酸堿度可以了解水質(zhì)的污染情況；通過測定大氣中的酸堿氣體含量可以評估大氣污染程度。此外，酸堿滴定法還可以應(yīng)用于土壤、廢水等環(huán)境樣品的酸堿度測定。工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用酸堿滴定法在工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用232024/3/2606配位平衡與配位滴定法242024/3/26配位化合物組成及命名規(guī)則由中心原子（或離子）和圍繞它的配位體（或配位離子）組成。組成配位化合物的命名遵循一定的規(guī)則，包括確定中心原子、配位體的名稱、配位數(shù)和氧化態(tài)等。命名規(guī)則252024/3/26沉淀溶解平衡常數(shù)（Ksp）表達(dá)式表示，Ksp=[M^m][X^n]，M、X分別代表難溶電解質(zhì)中的陽離子和陰離子，m、n為它們的化學(xué)計量數(shù)。沉淀溶解平衡的應(yīng)用通過比較Ksp的大小，可以判斷難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力；可用于控制沉淀的生成和溶解，達(dá)到分離或除去某些離子的目的。配位平衡常數(shù)計算方法262024/3/26工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測優(yōu)點配位滴定法在工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用在冶金、電鍍等工業(yè)生產(chǎn)中，配位滴定法可用于測定金屬離子的含量，以控制產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)化生產(chǎn)流程。配位滴定法可用于測定水樣中金屬離子的含量，以評估水質(zhì)的污染程度；也可用于大氣和土壤等環(huán)境樣品中金屬離子的分析。選擇性好、靈敏度高、準(zhǔn)確度高、操作簡便、快速。272024/3/2607沉淀溶解平衡與沉淀分析法282024/3/26第二季度第一季度第四季度第三季度沉淀溶解原理溫度溶液pH值同離子效應(yīng)沉淀溶解原理及影響因素分析當(dāng)難溶電解質(zhì)的溶解速率與沉淀速率相等時，形成動態(tài)平衡狀態(tài)，稱為沉淀溶解平衡。此時，溶液中各離子的濃度保持不變。升高溫度通常會增加難溶電解質(zhì)的溶解度，因為高溫有助于離子運動，從而增加碰撞機會和溶解速率。對于某些難溶電解質(zhì)，其溶解度受溶液pH值的影響。例如，氫氧化物在酸性溶液中溶解度增加，而在堿性溶液中溶解度減小。當(dāng)溶液中存在與難溶電解質(zhì)具有相同離子的易溶鹽時，會降低難溶電解質(zhì)的溶解度。這是因為同離子會與難溶電解質(zhì)爭奪溶劑分子，從而減少其溶解機會。292024/3/26分離和提純利用沉淀反應(yīng)可以將目標(biāo)物質(zhì)從混合物中分離出來，并通過過濾、洗滌和干燥等操作得到純凈的目標(biāo)物質(zhì)。例如，在冶金工業(yè)中，利用沉淀法從礦石中提取金屬。廢水處理通過向廢水中加入適當(dāng)?shù)某恋韯?，使廢水中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為難溶沉淀物而分離出來，從而達(dá)到凈化廢水的目的。例如，在處理含重金屬離子的廢水時，可以加入硫化物或碳酸鹽等沉淀劑。材料制備利用沉淀法可以制備各種無機材料和復(fù)合材料。例如，通過控制沉淀條件可以制備出具有特定形貌和結(jié)構(gòu)的納米材料、陶瓷材料等。沉淀分析法在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用302024/3/26實驗?zāi)康模和ㄟ^觀察和記錄不同條件下沉淀生成和溶解的過程，探究影響沉淀溶解平衡的因素以及沉淀分析法在實際應(yīng)用中的可行性。實驗步驟1.準(zhǔn)備實驗試劑和儀器，包括難溶電解質(zhì)