普化培训3(2020年整理).ppt

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1、第四节化学反应方程式化学反应速率与化学平衡 一 化学反应方程式1 化学反应方程的书写 把参加化学反应的反应物的分子式或离子式写在左边 生成物的分子式或离子式写在右边 根据反应物和产物原子总数和电荷总数均相等的原则配平反应方程式 2 化学反应中的有关计算 aA bB gG dD 二 化学反应热效应1 反应热效应 化学反应时所放出或吸收的热叫做反应的热效应 简称反应热 以符号q表示 q 0放热 q 0吸热 单位 kJmol 1 2 热化学反应方程式的书写 标明温度和压力 T 298 15k P 100kPa可省略 右下角标明物质聚集状态 气态 g液态 固态 s溶液 aq 配平反应方程式 物质前面的

2、计量系数代表物质的量 可为分数 标明反应热 q0 吸热例 C s O2 g CO2 g q 393 5kJmol 1 3 等容反应热 qV 等容 不做非体积功的条件下的反应热 U qV 即反应中系统内能的变化量 u 在数值上等于等容热效应qV 4 焓 H 热力学系统的状态函数 定义式 H U pV 5 等压反应热 qp 等压 不做非体积功的条件下的反应热 H qp 即反应的焓变 H在数值上等于其等压热效应 因此 若反应在等压条件下 可用反应的焓变 H表示反应热效应 通常都是在常压条件下讨论反应的热效应 因此可用焓变表示反应热 H 0放热 H 0吸热 6 反应热效应的理论计算 1 盖斯定律 在恒

3、容或恒压条件下 化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关 而与变化的途径无关 推论 热化学方程式相加减 相应的反应热随之相加减反应 3 反应 1 反应 2 则 H3 H1 H2 例 1 C s O2 g CO2 g H1 393 5kJmol 1 2 CO g 1 2O2 g CO2 g H2 283 0kJmol 1 3 C s 1 2O2 g CO g 反应 1 反应 2 反应 3 故 H3 H1 H2 393 5 283 0 110 5kJmol 1 注意 1 方程式乘以系数 相应反应热也应乘以该系数 如反应 3 2反应 1 3反应 2 则 Hm3 2 Hm1 3 HmC s O2 g

4、CO2 g H 393 5kJmol 12C s 2O2 g 2CO2 g H 787kJmol 12 正逆反应的反应热绝对值相等 符号相反 如 CO2 g C s O2 g H 393 5kJmol 1 136 在温度为298 15K 压力为101 325kPa下 乙炔 乙烷 氢气和氧气反应的热化学方程式为 2C2H2 g 5O2 g 4CO2 g 2H2O l rHm 2598kJ mol 12C2H6 g 7O2 g 4CO2 g 6H2O 2 rHm 3118kJ mol 1H2 g 1 2O2 g H2O 3 rHm 285 8kJ mol 1根据以上热化学方程式 计算下列反应的标准

5、摩尔焓变 rHm kJ mol 1 C2H2 g 2H2 g C2H6 g 4 A 311 6 B 311 6 C 623 2 D 623 2答案 4 1 2 1 2 2 3 rH4 1 2 rH1 rH2 2 rH3 2 反应的标准摩尔焓变 rHm 的计算1 标准条件对于不同状态的物质 其标准的含义不同 气态物质 指气体混合物中 各气态物质的分压均为标准压力P P 100kPa溶液中水合离子或水合分子 指水合离子或水合分子的有效浓度为标准浓度C C 1mol dm 3液体或固体 指在标准压力下的纯液体或纯固体 2 标准状态 反应中的各物质均处于标准条件下称该反应处于标准状态 以 表示 3 物

6、质的标准摩尔生成焓 在标准状态下由指定单质生成单位物质量 1mol 的纯物质时反应的焓变称该物质标准摩尔生成焓 以 fHm 298 15K 表示 单位kJmol 1规定 指定单质标准摩尔生成焓为零 fHm 单质 298 15K 0 如 fHm H2 g 298 15K 0 fHm Zn s 298 15K 0 例3 48 已知反应2H2 g O2 g 2H2O rHm 580kJmol 1 则液态水的标准摩尔生成焓为 kJmol 1A 570B 280C 570D 280 13 rHm 298 15K g fHm G 298 15K d fHm D 298 15K a fHm A 298 15

7、K b fHm B 298 15K 单位 kJmol 1 任一反应 aA bB gG dD 4 反应的标准摩尔焓变的计算 例3 49 已知在标准压力和298 15K时CO g 和H2O g 的标准摩尔生成焓分别为 110 4KJmol 1和 241 7KJmol 1 求生产水煤气反应的C s H2O g CO g H2 g 的标准摩尔焓变为 KJmol 1A 352 1B 131 3C 131 3D 352 1答 B 三 化学反应方向判断 1 熵及反应的熵变 1 熵 是系统内物质微观粒子的混乱度 或无序度 的量度 符号S 熵是状态函数 熵值越大 系统混乱度越大 2 热力学第三定律 在绝对零度时

8、 一切纯物质的完美晶体的熵值为零 即S 0K 0 3 物质的标准摩尔熵 单位物质量的纯物质在标准状态下的规定熵叫做该物质的标准摩尔熵 以S m表示 单位J mol 1 K 1 4 物质的标准熵值规律 1 对于同一种物质 Sg Sl Ss 3 对于不同种物质 S复杂分子 S简单分子 4 对于混合物和纯净物 S混合物 S纯物质 2 同一物质在相同的聚集状态时 其熵值随温度的升高而增大 S高温 S低温 6 反应标准摩尔熵变 rS m的计算 任一反应 aA bB gG dD 2 吉布斯函数变及反应方向 自发性 的判断 1 吉布斯函数 G H TS 为一复合状态函数 2 吉布斯函数变 G H T S 3

9、 反应方向 自发性 的判断 G 0反应正向自发 G 0平衡状态 G 0反应逆向自发 正向非自发 考虑 H和 S两个因素的影响 分为四种情况 1 H 0 S 0 G 0正向自发2 H 0 S 0 G 0正向非自发3 H 0 S 0 升高至某温度时 G由正值变为负值 高温有利于正向自发4 H 0 S 0 降低至某温度时 G由正值变为负值 低温有利于正向自发 4 反应自发进行的临界温度为 3 rG m 298 15K 的计算 标准摩尔生成吉布斯函数 在标准状态时 由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的吉布斯函数变 叫做该物质的标准摩尔生成吉布斯函数 1 利用物质的标准摩尔生成吉布斯函数计算 符号

10、 fG m 物质 298 15K 单位 kJ mol 1 规定 fG m 单质 298 15K 0 反应的标准摩尔吉布斯函数变 rG m计算公式为 任一反应 aA bB gG dD 2 利用 rHm 298 15K 和 rSm 298 15K 的数据求算 rGm 298 15K rHm 298 15K 298 15 rSm 298 15K 41 暴露在常温空气中的碳并不燃烧 只是由于反应C s O2 g CO2 g 已知CO2 g 的 fGm 298 15K 394 36kJ mol A fGm 0 不能自发 B fGm 0 但反应速率缓慢 C 逆反应速率大于正反应速率 D 上述原因均不正确

11、二化学反应速率1 化学反应速率的表示 B B物质的化学计量数 反应物取负值 生成物取正值单位 moldm 3s 1对于反应 aA bB gG dD 例 N2 3H2 2NH3103 反应2H2 O2 2H2O的反应速率可表示为 D A B C D 全部正确 化学反应速率 与 反应物浓度 压力 温度 催化剂等因素有关 2 浓度的影响和反应级数浓度对反应速率的影响 增加反应物或减少生成物的浓度 反应速率加大 1 质量作用定律 在一定温度下 对于元反应 即一步完成的反应 又称基元反应或简单反应 反应速率与反应物浓度 以反应方程式中相应物质的化学计量数为指数 的乘积成正比 2 速率方程式元反应 aA

12、bB gG dD速率方程式 c A a c B b 速率常数 表示反应物均为单位浓度时的反应速率 大小取决于反应物性质 温度及催化剂 与反应物浓度无关 n a b 称反应级数 3 非元反应 即两个或两个以上元反应构成 aA bB gG dD速率方程式 c A x c B y反应级数 n x yx y反应级数 由试验来确定 注意 在书写反应速率方程式时 反应中液态和固态纯物质的浓度作为常数 1 68 某基元反应2A g B g C g 将2mol2A g 和1molB g 放在1L容器中混合 问反应开始的反应速率是A B都消耗一半时反应速率的 倍 A 0 25B 4C 8D 1 例题 54 对于

13、反应 而言 当 的浓度保持不变 的起始浓度增加到两倍时 起始反应速率增加到两倍 当 的浓度保持不变 的起始浓度增加到两倍时 起始反应速率增加到四倍 则该反应的速率方程式为 k k B k CB 2D V k CA 2 CB 270 反应2H2 2NO 2H2O N2的速率方程为V k C H2 C NO 2 则此反应的总级数为 A 4B 3C 2D 1 2 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响体现在反应速率常数上阿仑尼乌斯公式 Z 指前因子 Ea 活化能 1 温度升高 T 速率常数升高k k正 k逆 反应速率 温度每增加10oC 或k增大2 3倍 2 活化能越低Ea 速率常数升高k 反应速

14、率越高 1 反应C s O2 g CO2 g 的 H 0 欲加快正反应速率 下列措施无用的是 A 增大O2的分压 B 升温 C 使用催化剂 D 增加C碳的浓度 6 下列关于化学反应速率常数 的说法正确的是 A 值较大的反应 其反应速率在任何条件下都大 B 通常一个反应的温度越高 其 值越大 C 一个反应的 值大小与反应物的性质无关 D 通常一个反应的浓度越大 其 值越大 3 活化能与催化剂 1 活化分子 具有足够能量 能发生反应的分子 1 活化能 活化分子的平均能量与反应物分子平均能量之差 即反应发生所必须的最低能量 Ea 正 Ea 逆 H 2 催化剂 改变反应历程 降低反应活化能 加快反应速

15、率 而本身组成 质量及化学性质在反应前后保持不变 反应过程 能量 EI EII Ea 正 Ea 逆 E rHm 终态 始态 过渡态 I II 图2 4反应系统中活化能示意图 4 从活化分子 活化能的观点解释加快反应速率的方法 从活化分子 活化能的观点来看 增加活化分子总数可加快反应速率 活化分子总数 分子总数 活化分子数 1 增大浓度 活化分子 一定 浓度增大 增加单位体积内分子总数 增加活化分子总数 从而加快反应速率 2 升高温度 分子总数不变 升高温度 一方面 分子运动速率加快 分子碰撞几率增加 反应速率增加 另一方面 升高温度使更多分子获得能量而成为活化分子 活化分子 显著增加 增加活化

16、分子总数 从而加快反应速率 3 催化剂 降低反应的活化能 使更多分子成为活化分子 活化分子 显著增加 增加活化分子总数 从而加快反应速率 正 逆 催化剂不能使平衡发生移动 66 催化剂加快反应进行的原因在于它 提高反应活化能 降低反应活化能 使平衡发生移动 提高反应分子总数 67 升高温度可以增加反应速率 主要是因为 增加了分子总数 增加了活化分子百分数 降低了反应的活化能 使平衡向吸热方向移动 四 化学平衡1 化学平衡的特征 1 正 逆即正 逆两方向反应速率相等时 系统达到平衡状态 2 生成物和反应物的浓度 或压力 不再发生变化 恒定 3 化学平衡是有条件的 相对的 暂时的动态平衡 条件改变 平衡会发生移动 61 在指定条件下 可逆反应达到平衡时 各反应物和生成物的浓度相等 各反应物浓度的乘积小于各生成物浓度的乘积 各生成物浓度的乘积小于各反应物浓度的乘积 各反应物和生成物浓度均为定值 2 标准平衡常数k 1 试验证明 生成物相对浓度 或相对压力 以计量系数为指数的的乘积与反应物相对浓度 或相对压力 以计量系数为指数的的乘积的比值为一常数 此常数称为该反应在该温度下的标准平衡常数 以