《第三章-化学平衡和化学反应速率》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章-化学平衡和化学反应速率（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 化学反应速度和化学平衡教学要求：1 了解化学平衡的特征；掌握标准平衡常数和标准吉布斯自由能变之间的关系2 能写出不同类型反应的标准平衡常数表达式，并能利用标准平衡常数进行有关化学平衡的计算。3 能运用多重平衡规则求标准平衡常数，了解温度对标准平衡常数的影响。4 掌握化学平衡移动的定性判断以及移动程度的定量计算。5 了解化学反应速度的概念及其实验测定方法6 掌握质量作用定律，知道应如何确定非基元反应的速率方程。7 掌握温度对反应速率影响的阿累尼乌斯经验式8 能用活化分子、活化能等概念解释外界因素对反应速率的影响。教学重点：1 化学平衡常数的概念及相关计算2 影响化学反应速率的因素、速率方
2、程教学难点：1. 利用标准平衡常数进行的关于化学平衡的计算、多重平衡规则2. 化学平衡的定性判断以及移动程度的定量计算3. 温度、浓度、时间、催化剂等因素是如何影响化学反应速率的 3-1 化学平衡一、化学平衡的特征：当可逆反应进行到V正=V逆时，或从化学热力学的角度当可逆反应进行到它的自由能变化G0时，称为化学平衡状态。特征：1、化学平衡是G0时的状态 2、化学平衡是一种动态平衡 3、化学平衡是有条件的平衡二、标准平衡常数及其有关计算Vant Hoff恒温方程式： G=G+RTnQ 平衡时， G=0 G= -RTn(Q)平该式将反应的标准自由能变与平衡时各物质的组成关系联系起来了。 式中，R,
3、T,G均为常数， (Q)平必为常数。写为K1、平衡常数质量作用定律 一定温度下，反应达到平衡，产物浓度以反应方程式计量系数为乘幂的乘积与反应物浓度以计量系数为 乘幂的乘积之比为常数。 一定温度下，每个平衡反应都有它自己特征的平衡常数，这是化学平衡的定量特征。2、K的性质、意义：性质：它仅为温度的函数，与浓度无关，不随平衡组成而变，与达到平衡的途径无关。意义：反应了平衡混合物中产物所占的相对比例，它很好的反映出反应进行的程度。 它表明了一定温度下反应平衡的条件： Q = K 平衡 Q K 反应自右向左自发进行 Q K 反应自左向右自发进行3、K与 Q异同： 都对应相同的反应式，但Q为任意态下的值
4、，k为平衡时的值。 4、平衡常数的意义： 表示在一定条件下，可逆反应所能进行的极限，平衡常数 K 越大，说明正反应进行的越彻底。通常：K 107 ，正反应单向； K 10-7 ，逆反应单向；K = 10-7 107 ，可逆反应5、书写平衡常数表达式的要求（1）同一化学反应，由于反应方程式书写不同，是的表达式亦不同，K值亦不同。所以要注意K的表达式与方程式相一致。例如N2O4的分解反应， 可有下列四种形式的方程式表示，相应的Kc有四个，其值各不相同。N2O42NO2 Kc=NO22/N2O41/2N2O4 NO2 Kc/= NO2 / N2O41/2=2NO2 N2O4 Kc/= N2O4 /
5、NO2 2 =1/KcNO2 1/2N2O4 Kc/= N2O4 1/2 / NO2 =1/Kc/=1/（2）.反应中有固体或纯液体参加，它们的浓度看作是常数，不标在平衡常数表达式中。例如：HgO（s）Hg（l）+1/2O2（g）Kp=P（O2）1/26、转化率三、多重平衡规则一定温度下，若反应可表示为多个分反应之和或差，则该反应平衡常数等于各分反应平衡常数之积或商。即平衡常数与达到平衡的途径无关。例如：下列可逆反应 3-2 化学平衡的移动一、化学平衡移动方向的判断1、化学平衡移动：是指可逆反应从一种条件下的平衡状态转变到另一种条件下的平衡状态的过程2、夏特列原理夏特列原理是涉及平衡问题中最重
6、要的一个原理。几乎所有的平衡移动的问题都可以用勒沙特列原理来解释和判断。正确应用的前提是熟练地掌握原理的本质和内涵，以及熟知各种情况。一.原理：夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件(如浓度,压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。二.内涵： 1）浓度：增加某一反应物的浓度，则反应向着减少此反应物浓度的方向进行，即反应向正方向进行。减少某一生成物的浓度，则反应向着增加此生成物浓度的方向进行，即反应向正方向进行。反之亦然。 2）压强：增加某一气态反应物的压强，则反应向着减少此反应物压强的方向进行，即反应向正方向进行。减少某一气态生成物的压强，则反应向着增加此生成物压强的方向进行，即反
7、应向正方向进行。反之亦然。3）温度：升高反应温度，则反应向着减少热量的方向进行，即放热反应逆向进行，吸热反应正向进行；降低温度，则反应向着生成热量的方向的进行，即放热反应正向进行，吸热反应逆向进行。4）催化剂：仅改变反应进行的速度，不影响平衡的改变，即对正逆反应的影响程度是一样的。改变浓度和压力能使平衡移动，但不能改变平衡常数K，只有改变温度，平衡常数K才改变。正、负催化剂对正、逆反应有同样的加速作用或减速作用，它只能缩短或延长达到平衡所需的时间，并不影响化学平衡与平衡常数K。二、化学平衡移动程度的计算温度与平衡常数的关系为： 3.3 化学反应速率及其表示法化学动力学就是解决化学反应进行的速度
8、及历程问题。化学动力学的基本任务是研究反应进行的条件浓度、温度、压力、催化剂等对反应速度的影响，和揭示化学反应的历程，其最终目的是为了管理和控制化学生产过程。一、转化速率：反应进度随时间的变化率二、反应速率：单位体积内的转化速率 有两种表示方法（1）平均反应速率 （2）瞬时反应速率 3-4 浓度对反应速率的影响一、基元反应和非基元反应许多化学反应不是基元反应，而是分步完成的，反应速度与浓度关系不能由上式表示，化学反应速度是由最慢一步反应的速度决定。例如2NO(g) +F2 (g) =2NOF(g) 反应分两步进行 (I) NO(g) + F2(g)NOF2(g) (慢) (II)NOF2 (g
9、) + NO(g)2NOF(g) (快)第一步基元反应是慢反应，它决定总反应的反应速度，称为定速反应。所以反应速度方程式为 v = kNOF2二、质量作用定律基元反应的反应速率与反应物浓度以方程式中化学计量数的绝对值为乘幂的乘积成正比例如 aA+bBcC+dD v = kAaBb 上式称为速度方程式，k 称为速度常数，k 与反应物的浓度无关与温度有关。三、非基元反应速率方程的确定对于一个化学反应，如果不知道反应历程，不能任意写出速度方程式，必须由实验数据决定。 3-5 反应物浓度与反应时间的关系（简介） 3-6 温度对反应速率的影响1889年，阿仑尼乌斯提出反应速度与温度关系的经验式：积分(1
10、)式，可得 式中Ea活化能； R气体常数8315J.mol-1K-1； A积分常数。以lnk为纵坐标对1/ T作图，可得一直线， 直线的斜率为-Ea/R，由此可以求出反应的活化能，除了作图法计算活化能外，更重要的是使用下面的公式直接进行计算: (3)式可由(2)式推得。该公式的应用如下：(a)使用公式(2)和(3)，可以从两个不同温度(T1，T2)下的反应速度常数(k1，k2)求活化能。(b)巳知活化能Ea及某一温度T1的k1值，就可代入(3)式求另一温度T2的k2值。(c)利用公式可求活化能大小对反应速度常数的影响。 3.7 反应速率理论简介在理论发展过程中，随着不同的历史条件，先后形成了两
11、个速度理论：碰撞理论与过渡状态理论。要点：化学反应只有分子间有效碰撞才能产生，即分子动能大于某临累值Ec，分子碰撞才能发生反应。 一、活化能： EaEcE平均 即一定温度下，活化分子具有的最低能量与分子平均能量之差称为活化能。 二、活化分子：能量大于等于活化能的分子称为活化分子。 (1)不同反应具有不同活化能，反应活化能越低，活化分子的百分数越大，反应速度越快。所以化学反应速度常数k决定于反应物本质。 (2)浓度越大，活化分子数目越多，反应速度越快。 (3)温度升高，活化分子百分数增大，反应速度增快。范待荷夫规则认为：温度每升高10，反应速度增加为原来的23倍。此规则仅适用于一定活化能范围及一
12、定温度范围。活化能越大，温度升高10，反应速度增加的倍数越大。 (4)催化剂能大大提高反应速度达几千倍或几万倍，其本质是降低反应的活化能。在均相催化剂中主要是形成中间产物，降低反应的活化能。非均相催化剂主要提供活性中心，通过吸附作用降低反应的活化能。三、活化能的实质高能分子相碰撞，克服反应中的势能。按照过渡状态理论，在反应分子之间的一次有效碰撞过程中，两种分子可以生成一种不稳定的过渡状态物质，称为活化配合物，例如反应。 A + B-CABCA-B + C在发生化学反应时，反应物A与B-C作用生成A-B与C的过程中间，要经过一个吸收能量Ea达到活化状态ABC的过程(ABC称为活化配合物)。ABC
13、很不稳定，分解生成AB和C，只有总能量比反应物分子平均能量至少高出Ea的分子，才能越过能峰变成生成物分子。Ea为正反应活化能。同样，对于逆反应来说，生成物必须吸收Ea能量，达到活化状态ABC，而后进行反应生成A-B和C。Ea为逆反应活化能。 3.8 催化剂对反应速率的影响1.改变反应途径，降低活化能。2.催化剂参加反应，生成不稳定的 中间产物，中间产物再反应生成产物和原来的催化剂。1.催化剂对反应速度的影响是改变了反应机理。2.催化剂不影响产物与反应物的相对能量，不能改变反应的始态和终态。DG=-RTlnK由上式可知，K不因有无催化剂而改变，即催化剂不改变平衡状态。催化剂的使用纯属动力学问题3.催化剂同等地加快正逆反应的速度。4.催化剂只能加速热力学上认为可以实际发生的反应对于热力学计算不能发生的反应，使用任何催化剂都是徒劳的，催化剂只能改变反应途径，而不能改变反应发生的方向。电视墙也就是电视背景装饰墙，是居室装饰特别是大户型居室的重点之一，在装修中占据相当重要的地位，电视墙通常是为了弥补客厅中电视机背景墙面的空旷，同时起到修饰客厅的作用。因为电视墙是家人目光注视最多的地方，长年累月地看也会让人厌烦，所以其装修就尤为讲究
