第三章化学反应速率和化学平衡

1、第三章第三章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡主讲：潘焕玉主讲：潘焕玉 物质分子的组成或结构的变物质分子的组成或结构的变化是通过化学反应来实现的，化是通过化学反应来实现的，因此因此研究化学反应研究化学反应、掌握化、掌握化学反应的规律是化学研究的学反应的规律是化学研究的主要任务。主要任务。化学反应的速率和化学平衡化学反应的速率和化学平衡 任务一任务一 掌握化学反应速率的定义及其掌握化学反应速率的定义及其表示方法表示方法 任务二任务二 讨论影响化学反应速率的因素讨论影响化学反应速率的因素 任务三任务三 运用平衡常数计算运用平衡常数计算 任务四任务四 讨论影响化学平衡的因素讨论影响化学平

2、衡的因素 任务五任务五 化学反应速率和化学平衡在工化学反应速率和化学平衡在工业中的综合应用业中的综合应用 研究化学反应的两个组成部分化学热力学化学热力学 化学反应进行的方向和程度化学反应进行的方向和程度化学动力学化学动力学 化学反应进行的快慢和历程化学反应进行的快慢和历程化学平衡化学平衡化学反应速率化学反应速率化学反应的快慢化学反应的快慢爆炸爆炸瞬间完成反应瞬间完成反应化石能源化石能源反应非常缓慢反应非常缓慢有利反应有利反应啤酒的生产啤酒的生产不利反应不利反应金属的腐蚀金属的腐蚀不利反应不利反应橡胶的老化橡胶的老化不利反应不利反应皮肤的老化皮肤的老化课本第29页J化学反应速率衡量化学反应快慢的

3、物理量衡量化学反应快慢的物理量, 用用表示表示单位为摩尔每升每秒，单位为摩尔每升每秒，molL-1s-1或或molL-1min-1单位时间内反应物浓度的减少（生成物浓度的增加）单位时间内反应物浓度的减少（生成物浓度的增加）tCv课本第30页32223NHHN起始浓度，起始浓度，mol/L1s后的浓度后的浓度1300.9 2.7 0.21111 . 01) 19 . 0(2sLmolsLmolN1113 . 01)37 . 2(2sLmolsLmolH1112 . 01)02 . 0(3sLmolsLmolNH课本第30页在用反应物浓度变化表示的速率在用反应物浓度变化表示的速率式子前面加一个式子

4、前面加一个“-”号：号：1111 . 01) 19 . 0(2sLmolsLmolN1113 . 01)37 . 2(2sLmolsLmolH课本第18页用不同物质的浓度表示同一反应的速率，其用不同物质的浓度表示同一反应的速率，其数值是不同的数值是不同的32223NHHN111 . 02sLmolN113 . 02sLmolH112 . 03sLmolNH2:3:1:322NHHN：11mol1 . 02131322sLNHHN课本第31页影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 浓度或分压浓度或分压 扩散速率扩散速率 温度温度 催化剂催化剂课本第31页 浓度或分压浓度或分压对化学反应速率

5、的影响对化学反应速率的影响一定温度下，反应物浓度越大，反应一定温度下，反应物浓度越大，反应速率越大速率越大一定温度下，增加气体的一定温度下，增加气体的 压强，相当压强，相当于增加浓度，因此反应速率加快于增加浓度，因此反应速率加快对 于对 于 液 体液 体 反 应反 应对 于对 于 气 体气 体 反 应反 应 扩散速率扩散速率对化学反应速率的影响对化学反应速率的影响对于对于有固体有固体参加的反应参加的反应一定温度下，扩散速率越快，接触面积一定温度下，扩散速率越快，接触面积越大，反应速率越快越大，反应速率越快提高提高扩散扩散速率速率 = 破碎破碎、研磨研磨 + 搅拌搅拌、震荡震荡课本第32页 温度

6、温度对化学反应速率的影响对化学反应速率的影响其他条件相同时，温度越高，反应其他条件相同时，温度越高，反应速率越大速率越大一般温度每升高一般温度每升高10，反应速率，反应速率为原来的为原来的2-4倍倍课本第32页 催化剂催化剂对化学反应速率的影响对化学反应速率的影响催化剂催化剂：改变反应速率而其自身的组成和：改变反应速率而其自身的组成和质量在反应前、后保持不变的物质，工业质量在反应前、后保持不变的物质，工业上叫做上叫做触媒触媒正催化剂：增大反应速率正催化剂：增大反应速率负催化剂：降低反应速率，如防老剂、负催化剂：降低反应速率，如防老剂、缓蚀剂缓蚀剂课本34页* *超常条件对化学反应的影响超常条件

7、对化学反应的影响1、高温超高压高温超高压法合成宝石法合成宝石钻石和翡翠钻石和翡翠高温高压原理：高温高压使石墨的结构发生变化原理：高温高压使石墨的结构发生变化翡翠的矿物分子式为翡翠的矿物分子式为NaAlSiNaAlSi2 2O O6 6，其中其中NaNa2 2O O含量为含量为15.34%15.34%，AlAl2 2O O3 3为为25.21%25.21%，SiOSiO2 2为为59.45%59.45%。要满足配比条件，选用硅酸钠和。要满足配比条件，选用硅酸钠和硅酸铝为原料，其反应式如下：硅酸铝为原料，其反应式如下：NaNa2 2SiOSiO3 3AlAl2 2（SiOSiO3 3）3 3= 2

8、NaAlSi= 2NaAlSi2 2O O6 6课本第36页J化学平衡233222OKClKClOMnO化化学学反反应应可逆反应可逆反应不可逆反应不可逆反应222HCOOHCO同一条件同一条件课本第37页)(2)()(42522gHIgIgH 密闭容器密闭容器 )()()(222425gIgHgHI 密闭容器密闭容器 )(2)()(42522gHIgIgH 密闭容器密闭容器 正正最大最大正正 逆逆 正正 逆逆化学平衡的特征化学平衡的特征正正逆逆0等等各组分浓度保持恒定，各组分浓度保持恒定，百分组成一定百分组成一定定定化学平衡是动态平衡，化学平衡是动态平衡，正、逆反应都在进行正、逆反应都在进行动

9、动化学平衡是暂时的、有化学平衡是暂时的、有条件的平衡，可能会发条件的平衡，可能会发生平衡移动生平衡移动变变课本第38页)(2)()(42522gHIgIgHC 实例反应前浓度,c103mol/L平衡时浓度,c103mol/L平衡时的比值H2I2HIH2I2HI111.33677.509804.56470.737813.54454.468210.677310.761002.25232.336016.85053.964310.666311.964201.83133.129217.67154.492（实验）（实验）平衡常数平衡常数密闭容器密闭容器)()()(222IcHcHIc课本第39页在一定温度

10、下，可逆反应达平衡时，生成物的浓度在一定温度下，可逆反应达平衡时，生成物的浓度幂的乘积与反应物的浓度幂的乘积之比是一常数幂的乘积与反应物的浓度幂的乘积之比是一常数KchHgGeEdD)()()()(cEcDcHcGcKedhg对于气相反应，一定温度时，气体的分压与浓度成对于气相反应，一定温度时，气体的分压与浓度成正比，因此可用平衡时气体的分压代替物质的浓度正比，因此可用平衡时气体的分压代替物质的浓度)()()()(pEpDpHpGpKedhg课本第39页)(2)()(2322gSOgOgSO)()(21)(322gSOgOgSO 22223OSOSOKc 21223OSOSOcK22322OS

11、OSOpPPPK 22321OSOSOpPPPK 或或或或ccKK pKK p课本第39页)()()(a23gCOsCaOsCOC平衡常数的表达式不包括固体物质的浓度平衡常数的表达式不包括固体物质的浓度2COPPK 2COKc或或课本第40页如果一个反应是其他两个或更多反如果一个反应是其他两个或更多反应的总和，则这个总反应的平衡常数应的总和，则这个总反应的平衡常数等于其他各个反应的平衡常数的乘积。等于其他各个反应的平衡常数的乘积。多 重 平 衡 规 则多 重 平 衡 规 则)(21)(322gSOOgSO)(21)()(22gOgNOgNO)()()()(322gNOgSOgNOgSO+)Kc

12、1Kc2Kc=Kc1Kc2课本第42页例例3-3 已知反应已知反应:222HCOOHCOKC=1，求当起始浓度，求当起始浓度CCO:CH2O=1:3和和1:4时，时，CO的转化率分别是多少？的转化率分别是多少？起始浓度起始浓度平衡浓度平衡浓度x 3x 0 0 x-y 3x-y y y222HCOOHCO解：解：1)3)(2222yxyxyOHCOHCOKcxyx432转化率转化率 a1= y/x = = 0.75 = 75%起始浓度起始浓度平衡浓度平衡浓度x 4x 0 0 x-y 4x-y y y222HCOOHCO1)4)(2222yxyxyOHCOHCOKcxyx542转化率转化率 a1=

13、 y/x = 4/5 = 0.80 = 80%CO的起始浓度,mol/LH2O的起始浓度,mol/LCO的平衡浓度,mol/L130.25140.2160.1431190.05这一过程就是因为水蒸气用量的变化使化学这一过程就是因为水蒸气用量的变化使化学平衡发生移动平衡发生移动，直至建立，直至建立新的平衡新的平衡的结果。的结果。影响化学平衡移动的因素影响化学平衡移动的因素 浓度（或分压）变化浓度（或分压）变化 系统总压强变化系统总压强变化 温度变化温度变化 催化剂催化剂课本第43页 浓度（或分压）浓度（或分压）变化对化学平衡的影响变化对化学平衡的影响在其他条件不变的情况下，增加反应物在其他条件不

14、变的情况下，增加反应物浓度或减少生成物浓度，化学平衡向正反浓度或减少生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动。应方向移动。在其他条件不变的情况下，增加生成物在其他条件不变的情况下，增加生成物浓度或减少反应物浓度，化学平衡向逆反浓度或减少反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。应方向移动。课本第44页 系统总压强系统总压强变化对化学平衡的影响变化对化学平衡的影响对于有气体参与的反应，如果气体反应物的总对于有气体参与的反应，如果气体反应物的总分子数与气体生成物的总分子数不相等，等温下分子数与气体生成物的总分子数不相等，等温下增大压强，平衡向气体分子数减少的方向移动。增大压强，平衡向气体分子数减少的方向移

15、动。如果反应物总分子数与生成物总分子数相等，如果反应物总分子数与生成物总分子数相等，则总压强变化对平衡没有影响。则总压强变化对平衡没有影响。对于没有气体参与的反应，改变总压对平衡几对于没有气体参与的反应，改变总压对平衡几乎没有影响。乎没有影响。课本第45页 温度温度变化对化学平衡的影响变化对化学平衡的影响温度降低时，平衡向放热反应方向温度降低时，平衡向放热反应方向移动。移动。温度升高时，平衡向吸热反应方向温度升高时，平衡向吸热反应方向移动。移动。课本第46页 催化剂催化剂变化对化学平衡的影响变化对化学平衡的影响催化剂只能加快反应到达催化剂只能加快反应到达平衡的时间，而不能影响平平衡的时间，而不

16、能影响平衡移动。衡移动。课本第46页平衡移动的总规律平衡移动的总规律勒夏特列原理勒夏特列原理只是用于已经达到平衡的系统只是用于已经达到平衡的系统 假如改变平衡系统的条件之一，假如改变平衡系统的条件之一，如温度、压强或浓度，平衡就向减如温度、压强或浓度，平衡就向减弱这个改变的方向移动。弱这个改变的方向移动。课本第47页化学反应速率和化学平衡在工业中的综合应用化学反应速率和化学平衡在工业中的综合应用 接触法制硫酸的生产中反应速率接触法制硫酸的生产中反应速率与化学平衡的问题与化学平衡的问题 NH3氧化法生产氧化法生产HNO3的反应速率的反应速率问题问题课本第48页接触法制硫酸的生产中反应速率与化学平

17、衡的问题接触法制硫酸的生产中反应速率与化学平衡的问题 造气：造气： 先焙烧硫铁矿或硫磺制得先焙烧硫铁矿或硫磺制得SO2 接触氧化：使接触氧化：使SO2与催化剂接触氧化生成与催化剂接触氧化生成SO3 SO3的吸收：一般用的吸收：一般用98.3%硫酸吸收三氧化硫硫酸吸收三氧化硫 课本第49页NH3氧化法生产氧化法生产HNO3的反应速率问题的反应速率问题NO的制取：的制取： 通过铂通过铂-铑催化剂将铑催化剂将NH3氧化成氧化成NO NO的氧化：使的氧化：使NO与与O2化合生成化合生成NO2 NO2的吸收：用水吸收制成稀硝酸的吸收：用水吸收制成稀硝酸 课本第50页总 结 要 点总 结 要 点 增加反应

18、物的增加反应物的浓度浓度，可以提高反应，可以提高反应速率和反应物的转化率。速率和反应物的转化率。 对于气体反应，加大对于气体反应，加大压强压强会使反应会使反应速率加快；对气体分子数减少的反应，速率加快；对气体分子数减少的反应，同时可提高转化率。同时可提高转化率。课本第50页 升高升高温度温度能增加反应速率。能增加反应速率。对于对于吸热反应吸热反应，还能提高转化率，但有，还能提高转化率，但有时温度过高会使反应物和生成物分解，时温度过高会使反应物和生成物分解，还会加大能源的消耗；还会加大能源的消耗；对于对于放热反应放热反应，升高温度反而，升高温度反而降低转化降低转化率率，因此，最好选择催化剂和多段反应，因此