1、第四章 化学反应速率和化学平衡,2,第一节 化学反应速率第二节 反应速率理论简介 1.碰撞理论 2.过渡状态理论第三节 影响化学反应速率的因素 1.速率方程：浓度对反应速率的影响 2.阿仑尼乌斯方程：温度对反应速率的影响 3.催化剂对反应速率的影响,内容提要,3,第四节 化学平衡和平衡常数 1.可逆反应 2.化学平衡 3.标准平衡常数 4.多重平衡规则第五节 影响化学平衡移动的因素 1.浓度对化学平衡的影响 2.压力对化学平衡的影响 3.温度对化学平衡的影响,第四,内容提要,4,知识要求 1.掌握浓度、温度、压强、催化剂等对反应速率的影响； 2.掌握化学平衡的概念和特点、平衡常数的意义及计算；
2、 3.掌握化学平衡移动的原理； 4.熟悉化学反应速率的概念及表示方法； 5.了解化学反应机理及相关的反应速率理论。,教学基本要求,5,能力要求 1.能熟练运用速率方程和阿仑尼乌斯方程进行相关计算； 2.能运用化学平衡的相关知识，进行转化率等的计算。 3.能掌握运用化学平衡移动原理解决相关问题的技能；,教学基本要求,6,第一节 化学反应速率,一、化学反应速率的定义是指在一定条件下，反应物转化为生成物的速率；用单位时间内某物质浓度变化的绝对值来表示；,符号“v”，单位“ 、 ”。,7,第一节 化学反应速率,二、化学反应速率的表示方法,结论： 1.随着时间的推移，各物质浓度变化的趋势逐渐减弱。 2.
3、各物质在相同的时间段内，浓度的变化是不一样的。,浓度随时间变化（c-t曲线）：2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),8,第一节 化学反应速率,平均速率：同一反应，物质不同，表示该反应速率的数值也不相同；通常选用容易测定的那一种物质浓度的变化来表示；同一反应的各物质的反应速率表达式之间存在着一定关系。,任意一个反应： mA + nB = pC + qD,9,第一节 化学反应速率,3.常用作图法来求取，如右图：,瞬时速率,1.当 趋于零时，反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。,2.表达式：,10,第二节 反应速率理论简介,一、碰撞理论理论要点： 1.反应物分子相互碰撞是化学反应发生的前提；
4、 反应速率与单位时间、单位体积内反应物分子的碰撞次数成正比； 2.碰撞是分子间发生反应的必要条件但不充分条件。 能发生反应的碰撞称为有效碰撞； 不能发生反应的碰撞则为无效碰撞。,11,第二节 反应速率理论简介,3.反应速率要同时考虑分子的有效碰撞和分子碰撞时的取向。,无效碰撞 有效碰撞相互碰撞的取向,12,第二节 反应速率理论简介,活化分子与活化能：,能发生有效碰撞的分子称为活化分子。,相互碰撞的分子必需具有足够的能量。,13,不同的反应，其反应的活化能各不相同。每一反应都有其特定的活化能，一般在60250kJ/mol之间。化学反应的活化能越小，化学反应速率就越大,第二节 反应速率理论简介,活
5、化能（ ）：活化分子所具有的最低能量（ ）与反应物分子的平均能量（ ）之差。 即：,14,第二节 反应速率理论简介,二、过渡状态理论,活化配合物 ： 反应过程中，反应物分 子先成活化配合 物，然 后再转化为产物。反应历程势能图：,15,第三节 影响化学反应速率的因素,一、速率方程浓度对反应速率的影响基元反应和复杂反应 1.基元反应：一步就能完成的反应。 2.复杂反应：由两个或两个以上基元反应构成的反应。 3.化学反应经历的途径叫做反应机理（或反应历程）。 4.限速步骤：决定反应速率的那一步基元反应。说明：基元反应的判定必须要通过实验才能证实。 一个化学反应方程式并不代表是基元反应。,速率方程：
6、 对于基元反应: mA + nB = pC + qD1.质量作用定律:一定温度，化学反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比，其中各浓度的幂指数分别为反应方程式中的化学计量数。,16,第三节 影响化学反应速率的因素,2.速率方程:,3. 为反应速率常数， 值的大小与反应物的本性有关。,物理意义：反应物浓度为单位浓度时的反应速率。其大小反映了在给定条件下化学反应速率的快慢。,17,反应速率常数,第三节 影响化学反应速率的因素,其值，与反应物浓度无关，但受温度、溶剂、催化剂等条件的影响。,越大，反应速率越快；反之， 越小，反应速率越慢。,18,第三节 影响化学反应速率的因素,如何书写化学反应速率方程式
7、,稀溶液中的溶剂参与反应时，其浓度视为不变量。反应物为固态物质时，其浓度视为常数。气体反应，可用气态物质的分压来代替其浓度。,温度对化学反应速率的影响特别显著；温度对 的影响，实质是温度对 的影响；1889年，阿仑尼乌斯指出 与温度热力学 之间存在定量关系。,19,第三节 影响化学反应速率的因素,二、阿仑尼乌斯方程 温度对反应速率的影响,20,第三节 影响化学反应速率的因素,反应速率常数与绝对温度T成指数关系，温度的微小变化，将导致 值的较大变化 。,阿仑尼乌斯方程：,1.以 对 作图应为一条直线， 直线的斜率为: , 截距为: 。 2.直线斜率较小，代表活化能较小的反应，直线斜率较大，代表活
8、化能较大的反应。 3.活化能较大的反应，其反应速率随温度升高增加较快。,21,温度与反应速率常数的关系,第三节 影响化学反应速率的因素,练习： 660K时，反应 的实验数据如下： 1.确定上述反应的速率方程式； 2.计算上述反应的速率常数 。,第三节 影响化学反应速率的因素,23,第三节 影响化学反应速率的因素,24,第三节 影响化学反应速率的因素,25,第三节 影响化学反应速率的因素,催化反应历程示意图：催化剂能够加快化学反应速率的本质原因在于： 本身参与了反应，改变了反应历程，降低了反应活化能，从而大大加快了反应速率。,三、催化剂与酶,26,催化剂基本特点： (1)只改变化学反应速率，而不
9、影响化学反应的始态和终态； (2)对一些可逆反应，可以同等程度地加快正逆反应的速率。 (3)催化剂具有专一的选择性。酶不同于一般的催化剂： (1)酶具有极高的催化效率。 (2)酶催化的反应所需条件非常温和。 (3)酶具有极高的专一性。,第三节 影响化学反应速率的因素,一、可逆反应425时氢气和碘蒸气： H2(g) + I2(g) 2HI(g) 正反应：从左到右进行的反应； 逆反应：从右到左进行的反应。不可逆反应：一定条件下，只能向一个方向进行的反应。,27,第四节 化学平衡和标准平衡常数,可逆反应：同一条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应，常用符号“ ”表示可逆。,28,第四
10、节 化学平衡和标准平衡常数,可逆反应的反应速率变化示意图：化学平衡：在一定条件下，可逆反应的正逆反应速率相等时，各物质的浓度不再随时间而改变，此时反应体系所处的状态称为化学平衡状态。,二、化学平衡,29,可逆反应达到化学平衡时应具有以下特征： 动：化学平衡是动态平衡， ； 静：反应处于相对静止状态，体系中各物质的浓度保持一定； 定：平衡状态只与反应条件（如温度）有关，与反应途径无关； 变：外界条件一旦改变，原来的平衡状态即被破坏。,第四节 化学平衡和标准平衡常数,思考：外界条件的改变，会使处于平衡状态的可逆反应发生哪些变化？,三、标准平衡常数化学平衡常数：生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积
11、之比为一常数。 任一反应： aA + bB dD + eE,30,第四节 化学平衡和标准平衡常数,浓度表示： 分压表示： 、 称为经验平衡常数,标准平衡常数（ ）：对反应aA(s) + bB(l) dD(g) + eE(l),1.浓度或分压是指平衡时的浓度或分压。 2.纯固体或纯液体的“浓度”看作是常数，不写入平衡常数表达式中。 3.稀溶液中，水的浓度不必写在平衡表达式中。,31,第四节 化学平衡和标准平衡常数,标准平衡常数 表达式的书写,标准平衡常数 的意义,1.平衡常数的大小是可逆反应进行程度的标志。 2.平衡常数是可逆反应的特性常数。,习题：写出些列反应的标准平衡常数 表达式。 1.NH
12、4Cl(s) NH3(g)+HCl(g) 2.3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) 3.N2H4(l) N2(g)+2H2(g) 4.H2O H+OH- 5.Ag2S(s)+H2(g) 2Ag(s)+H2S(g),32,第四节 化学平衡和标准平衡常数,有关平衡常数的计算,第四节 化学平衡和标准平衡常数,=Kc反应处于平衡状态 Kc反应向正反应方向进行 Kc反应向逆反应方向进行,2.用平衡常数判断可逆反应进行的方向和限度。,1.平衡转化率，与指定反应物有关，通常以 表示。,习题 下列反应在某温度时密闭进行，若（1）当 和 的起始浓度皆为0.02mol/L时， 的转化率为多少？（2）当 的起始
13、浓度为1.0mol/L ， 起始浓度为0.02mol/L时， 的转化率为多少？（3）由上列计算结果，说明浓度对平衡的影响。,第四节 化学平衡和标准平衡常数,解：(1)起始时 0.02 0.02 0 0平衡时解得 ，即平衡时 的平衡转化率：,第四节 化学平衡和标准平衡常数,（2） 由前面得：化简得:依据解得 的平衡转化率：（3）增大反应物的浓度，平衡向右移动， 的平衡转化率最大。,第四节 化学平衡和标准平衡常数,多重平衡规则 某些化学反应可表示为两个或多个反应的总和，这样的平衡体系，称为多重平衡。 多重平衡中，总反应的平衡常数等于各反应平衡常数之积，这个关系称为多重平衡规则。,37,第四节 化学
14、平衡和标准平衡常数,若已知反应分两步进行，有 和 ，则：,一、浓度对化学平衡的影响氯化铁与硫氰酸钾反应： FeCl3KSCN K3(SCN)63KCl （血红色）,38,第五节 影响化学平衡移动的因素,化学平衡的移动：由于外界条件的改变，可逆反应由一种平衡状态转变到另一种平衡状 态的过程。,第五节 影响化学平衡移动的因素,结论：在其它条件不变的情况下， 增大反应物的浓度，平衡向正反应方向（或向右）进行；减小生成物的浓度，平衡向正反应方向（或向右）进行；减小反应物的浓度，平衡向逆反应方向（或向左）进行；增大生成物的浓度。平衡向逆反应方向（或向左）进行。,其他条件不变时，增大（减小）平衡体系中反应
15、物或生成物的浓度，平衡体系就向着减小（增大）该物质浓度的方向移动。,反应前后气体分子总数不相等 如：2NO2(g) N2O4(g) （红棕色） （无色）,40,第五节 影响化学平衡移动的因素,增大压强，平衡体系向着生成N2O4的方向，即向着气体分子总数减小的方向移动，体系中气体的颜色由深变浅。,二、压力对化学平衡的影响,反应前后气体分子数相等 如：CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g),41,第五节 影响化学平衡移动的因素,反应物和生成物的浓度发生同等程度的变化，故增大压强，不改变化学反应的平衡状态，化学平衡不发生移动。,42,1中的气体颜色变深，说明NO2浓度增加，平衡向逆向（即吸热
16、方向）移动。 2中的气体颜色变浅，说明N2O4浓度增加，平衡向正向（即放热方向）移动。,第五节 影响化学平衡移动的因素,实验：2NO2(g) N2O4(g)56.9kJ/mol （红棕色） （无色）,三、温度对化学平衡的影响,2.可逆反应，在一定条件下， 升高温度，化学平衡向着吸热反应的方向移动； 降低温度，化学平衡向着放热反应的方向移动。,43,第五节 影响化学平衡移动的因素,两点说明：,1.温度对化学平衡的影响与前两种情况有着本质的区别 ：,温度的变化不仅引起化学平衡的移动，而且也会导致 值的变化。,习题：反应：A(g)+B(g) C(g)是放热反应。当反应达到平衡后，如果改变下列反应条件
17、，C的平衡浓度如何变化？ （1）增加总压；（2）加入A(g)；（3）加入催化剂；（4）移去B(g) 。 如果改变下列条件， 又如何变化？ （5）增加总压 ；（6）加入A(g) ；（7）加入催化剂；（8）升高温度。,第五节 影响化学平衡移动的因素,分析解得如下表：,第五节 影响化学平衡移动的因素,46,第五节 影响化学平衡移动的因素,总 结,浓度和压强的改变只能引起平衡点（平衡浓度）的改变；温度的变化，则导致了平衡常数数值的改变，从而改变平衡点。,催化剂对正、逆反应速率的影响程度是相等的，故催化剂不能引起化学平衡的移动。,假如改变平衡系统的条件之一，如温度、压强或浓度，平衡就会向减弱这个改变的方向移动勒夏特列原理。,47,谢谢观看！,
