第四章 化学反应速率和化学平衡

1、2第一节第一节 化学反应速率化学反应速率 一、化学反应速率的定义一、化学反应速率的定义u是指在一定条件下，反应物转化为生成物的速率；u用单位时间内某物质浓度变化的绝对值来表示；s)mol/(Lmin)mol/(Lu符号“v”，单位“ 、 ”。3第一节第一节 化学反应速率化学反应速率 二、化学反应速率的表示方法二、化学反应速率的表示方法结论：结论： 1. 1.随着时间的推移，各物质随着时间的推移，各物质浓度变化的趋势逐渐减弱。浓度变化的趋势逐渐减弱。 2. 2.各物质在相同的时间段内，各物质在相同的时间段内，浓度的变化是不一样的。浓度的变化是不一样的。浓度随时间变化（浓度随时间变化（c-t曲线曲

2、线）：2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)4第一节第一节 化学反应速率化学反应速率平均速率：平均速率：1. 同一反应，物质不同，表示该反应速率的数值也不相同；同一反应，物质不同，表示该反应速率的数值也不相同；2. 通常选用容易测定的那一种物质浓度的变化来表示；通常选用容易测定的那一种物质浓度的变化来表示；3. 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。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。 任意一个反应任意一个反应： mA + nB = pC + qD DCBA1111vqvPvnvmtcv5第一节第一节 化学反应速率化学反应速率3.3.常用作图法来求取，如右图

3、：常用作图法来求取，如右图： 瞬时速率瞬时速率1.1.当当 趋于趋于零时，反应物浓度零时，反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。的减少或生成物浓度的增加。 tdtdcvt0lim2.2.表达式：表达式：6第二节第二节 反应速率理论简介反应速率理论简介 一、碰撞理论一、碰撞理论理论要点：理论要点： 1. 1.反应物分子相互碰撞是化学反应发生的前提；反应物分子相互碰撞是化学反应发生的前提； 反应速率与单位时间、单位体积内反应物分子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；的碰撞次数成正比； 2. 2.碰撞是分子间发生反应的必要条件但不充分条件。碰撞是分子间发生反应的必要条件但不充分条

4、件。 能发生反应的碰撞称为有效碰撞；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。不能发生反应的碰撞则为无效碰撞。7第二节第二节 反应速率理论简介反应速率理论简介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。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。 无效碰撞无效碰撞 有效碰撞有效碰撞相互碰撞的取向相互碰撞的取向8第二节第二节 反应速率理论简介反应速率理论简介活化分子与活化能：活化分子与活化能： 能发生有效碰撞的分子能发生有效碰撞的分子称为活化分子。称为活化分子。 相互碰撞的分子必需具相互碰撞的分子必需具有足够的能量。有足够的能量。9第三节第三节 影响化学

5、反应速率的因素影响化学反应速率的因素 一、速率方程一、速率方程浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 基元反应和复杂反应基元反应和复杂反应 1. 1.基元反应：基元反应：一步就能完成的反应。一步就能完成的反应。 2. 2.复杂反应：复杂反应：由两个或两个以上基元反应构成的反应。由两个或两个以上基元反应构成的反应。 3.3.化学反应经历的途径叫做反应机理（或反应历程）。化学反应经历的途径叫做反应机理（或反应历程）。 4. 4.限速步骤：决定反应速率的那一步基元反应。限速步骤：决定反应速率的那一步基元反应。说明：说明：基元反应的判定必须要通过实验才能证实。基元反应的判定必须要通过实验才能证实。

6、一个化学反应方程式并不代表是基元反应。一个化学反应方程式并不代表是基元反应。速率方程：速率方程： 对于基元反应对于基元反应: : mA + nB = pC + qD1.1.质量作用定律质量作用定律: :一定温度，化学反应速率与各反应物浓度幂一定温度，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。的化学计量数。10第三节第三节 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素nmccckvBA2.2.速率方程速率方程: :kk3. 3. 为反应速率常数，为反应速率常数， 值的大小与反应物的本性有关。值的大

7、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。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。其大小反映了在给定条件下化学反应速率的快慢。11反应速率常数反应速率常数第三节第三节 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素k 其值，与反应物浓度无关，但受温度、溶剂、催化剂等其值，与反应物浓度无关，但受温度、溶剂、催化剂等条件的影响。条件的影响。 k 越大，反应速率越快；反之，越大，反应速率越快；反之， 越小，反应速率越慢。越小，反应速率越慢。k12第三节第三节 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素如何书写化学反应速率方程

8、式如何书写化学反应速率方程式u稀溶液中的溶剂参与反应时，其浓度视为不变量。稀溶液中的溶剂参与反应时，其浓度视为不变量。u反应物为固态物质时，其浓度视为常数。反应物为固态物质时，其浓度视为常数。u气体反应，可用气态物质的分压来代替其浓度。气体反应，可用气态物质的分压来代替其浓度。u温度对化学反应速率的影响特别显著；温度对化学反应速率的影响特别显著；u温度对温度对 的影响，实质是温度对的影响，实质是温度对 的影响；的影响；u18891889年，阿仑尼乌斯指出年，阿仑尼乌斯指出 与温度热力学与温度热力学 之间存在定量关系。之间存在定量关系。13第三节第三节 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因

9、素 二、阿仑尼乌斯方程二、阿仑尼乌斯方程 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响Tvkk14第三节第三节 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 反应速率常数与绝对温度反应速率常数与绝对温度T T成指数关系，温度的成指数关系，温度的微小变化，将导致微小变化，将导致 值的较大变化值的较大变化 。kRTaEkAeRTEkaAlnlnRT.Eka3032lgAlg 阿仑尼乌斯方程：阿仑尼乌斯方程： 1. 1.以以 对对 作图应为一条直作图应为一条直线，线， 直线的斜率为直线的斜率为: ,: , 截距为截距为: : 。 2. 2.直线直线斜率较小，代表活化能较斜率较小，代表活化能较小的反应，直

10、线小的反应，直线斜率较大，代表活化斜率较大，代表活化能较大的反应。能较大的反应。 3. 3.活化能较大的反应，其反应速率活化能较大的反应，其反应速率随温度升高增加较快。随温度升高增加较快。15温度与反应速率常数的关系温度与反应速率常数的关系 klgT1RT.Ea3032Alg第三节第三节 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素16第三节第三节 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 催化反应历程示意图：催化反应历程示意图： 催化剂能够加快化学反应催化剂能够加快化学反应速率的本质原因在于：速率的本质原因在于： 本身参与了反应，改变了本身参与了反应，改变了反应历程，降低了反应活化能，反

11、应历程，降低了反应活化能，从而大大加快了反应速率。从而大大加快了反应速率。三、催化剂与酶三、催化剂与酶17 催化剂基本特点：催化剂基本特点： (1) (1)只改变化学反应速率，而不影响化学反应的始态和终态；只改变化学反应速率，而不影响化学反应的始态和终态； (2)(2)对一些可逆反应，可以同等程度地加快正逆反应的速率。对一些可逆反应，可以同等程度地加快正逆反应的速率。 (3) (3)催化剂具有专一的选择性。催化剂具有专一的选择性。 酶不同于一般的催化剂：酶不同于一般的催化剂： (1)(1)酶具有极高的催化效率。酶具有极高的催化效率。 (2)(2)酶催化的反应所需条件非常温和。酶催化的反应所需条

12、件非常温和。 (3)(3)酶具有极高的专一性。酶具有极高的专一性。第三节第三节 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 一、可逆反应一、可逆反应425时氢气和碘蒸气：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；正反应：从左到右进行的反应； 逆反应：从右到左进行的反应。逆反应：从右到左进行的反应。不可逆反应：不可逆反应：一定条件下，只能向一个方向进行的反应。一定条件下，只能向一个方向进行的反应。18第四节第四节 化学平衡和标准平衡常数化学平衡和标准平衡常数可逆反应：可逆反应：同一条件下，既能向正反应方向进行又能向同一条件下，既能向正反应方向进行又

13、能向逆反应方向进行的反应，常用符号逆反应方向进行的反应，常用符号“ ”“ ”表示可逆。表示可逆。19第四节第四节 化学平衡和标准平衡常数化学平衡和标准平衡常数u可逆反应的反应速率变化示意图：可逆反应的反应速率变化示意图：u化学平衡：化学平衡：在一定条件下，在一定条件下，可逆反应的正逆反应速率相可逆反应的正逆反应速率相等时，各物质的浓度不再随等时，各物质的浓度不再随时间而改变，此时反应体系时间而改变，此时反应体系所处的状态称为化学平衡状所处的状态称为化学平衡状态。态。二、化学平衡二、化学平衡20可逆反应达到化学平衡时应具有以下特征：可逆反应达到化学平衡时应具有以下特征： 动：动：化学平衡是动态平

14、衡，化学平衡是动态平衡， ； 静：静：反应处于相对静止状态，体系中各物质的浓度保持一定；反应处于相对静止状态，体系中各物质的浓度保持一定； 定：定：平衡状态只与反应条件（如温度）有关，与反应途径无关；平衡状态只与反应条件（如温度）有关，与反应途径无关； 变：变：外界条件一旦改变，原来的平衡状态即被破坏。外界条件一旦改变，原来的平衡状态即被破坏。第四节第四节 化学平衡和标准平衡常数化学平衡和标准平衡常数思考思考：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？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？逆正vv 三、标准平衡常数三、标准平衡常数 化学平衡常数：化学平衡常数：生

15、成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积之比为一常数。积之比为一常数。 任一反应：任一反应： aA + bB dD + eE21第四节第四节 化学平衡和标准平衡常数化学平衡和标准平衡常数浓度表示：浓度表示： 分压表示：分压表示： 、 称为经验平衡常数称为经验平衡常数baedcBAEDbaedpBAEDPPPPcp标准平衡常数标准平衡常数（ ）：）：对对反应反应aA(s) + bB(l) dD(g) + eE(l)bedD)(B/)(E/)/(ccppKK 1. 1.浓度或分压是指平衡时的浓度或分压。浓度或分压是指平衡时的浓度或分压。 2.2.纯固体或纯液体的纯固

16、体或纯液体的“浓度浓度”看作是常数，不写入看作是常数，不写入平衡常数表达式中。平衡常数表达式中。 3.3.稀溶液中，水的浓度不必写在平衡表达式中。稀溶液中，水的浓度不必写在平衡表达式中。22第四节第四节 化学平衡和标准平衡常数化学平衡和标准平衡常数标准平衡常数标准平衡常数 表达式的书写表达式的书写KK标准平衡常数标准平衡常数 的意义的意义 1.1.平衡常数的大小是可逆反应进行程度的标志。平衡常数的大小是可逆反应进行程度的标志。 2.2.平衡常数是可逆反应的特性常数。平衡常数是可逆反应的特性常数。习题习题：写出些列反应的标准平衡常数写出些列反应的标准平衡常数 表达式。表达式。 1. 1.NH4C

17、l(s) NH3(g)+HCl(g) 2. 2.3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) 3. 3.N2H4(l) N2(g)+2H2(g) 4. 4.H2O H+OH- 5. 5.Ag2S(s)+H2(g) 2Ag(s)+H2S(g)23第四节第四节 化学平衡和标准平衡常数化学平衡和标准平衡常数K有关平衡常数的计算有关平衡常数的计算第四节第四节 化学平衡和标准平衡常数化学平衡和标准平衡常数baedccccQBAED%100指指定定反反应应物物的的初初始始浓浓度度应应物物的的浓浓度度平平衡衡时时已已转转化化的的指指定定反反 =Kc反应处于平衡状态反应处于平衡状态 Kc反应向正反应方向进行反应向

18、正反应方向进行 Kc反应向逆反应方向进行反应向逆反应方向进行 QQQ2.2.用平衡常数判断可逆反应进行的方向和限度。用平衡常数判断可逆反应进行的方向和限度。1.1.平衡转化率，与指定反应物有关，通常以平衡转化率，与指定反应物有关，通常以 表示。表示。多重平衡规则多重平衡规则 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。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。数之积，这个关系称为多重平衡规则。25第四节第四节 化学

19、平衡和标准平衡常数化学平衡和标准平衡常数若已知反应分两步进行，有若已知反应分两步进行，有 和和 ，则：，则： 1K2K21KKK 一、浓度对化学平衡的影响一、浓度对化学平衡的影响氯化铁与硫氰酸钾反应：氯化铁与硫氰酸钾反应： FeCl3KSCN K3(SCN)63KCl （血红色）（血红色）26第五节第五节 影响化学平衡移动的因素影响化学平衡移动的因素添加添加现象现象K3(SCN)6平衡移动平衡移动FeCl3KSCN+溶液颜色加深溶液颜色加深增多增多向右进行向右进行+溶液颜色加深溶液颜色加深增多增多向右进行向右进行 化学平衡的移动：由于外界条件的改变，可逆化学平衡的移动：由于外界条件的改变，可逆

20、反应由一种平衡状态转变到另一种平衡状反应由一种平衡状态转变到另一种平衡状 态的过程。态的过程。第五节第五节 影响化学平衡移动的因素影响化学平衡移动的因素结论：结论：在其它条件不变的情况下，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；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；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。增大生成物的浓度。平衡向逆反应方向（

21、或向左）进行。 其他条件不变时，增大（减小）平衡体系中反应物或生成其他条件不变时，增大（减小）平衡体系中反应物或生成物的浓度，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。动。反应前后气体分子总数不相等反应前后气体分子总数不相等 如：如：2NO2(g) N2O4(g) （红棕色）（红棕色） （无色）（无色）28第五节第五节 影响化学平衡移动的因素影响化学平衡移动的因素 增大压强，平衡体系向着生成增大压强，平衡体系向着生成N2O4的方向，即向着气的方向，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。体分子总数减小的方向移动，体

22、系中气体的颜色由深变浅。二、压力对化学平衡的影响二、压力对化学平衡的影响反应前后气体分子数相等反应前后气体分子数相等 如：如：CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)29第五节第五节 影响化学平衡移动的因素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，化学平衡不发生大压强，不改变化学反应的平衡状态，化学平衡不发生移动。移动。 30 1 1中的气体颜色变深，中的气体颜色变深，说明说明NO2浓度增加，平衡向浓度增加，平衡向逆向（即吸热方向）移动。逆向（即吸热方向）移动。 2 2中的气体颜色变浅

23、，中的气体颜色变浅，说明说明N2O4浓度增加，平衡浓度增加，平衡向正向（即放热方向）移动。向正向（即放热方向）移动。 第五节第五节 影响化学平衡移动的因素影响化学平衡移动的因素实验：实验：2NO2(g) N2O4(g)56.9kJ/mol （红棕色）（红棕色） （无色）（无色）三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响2.2.可逆反应，在一定条件下，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；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。降低温度，化学平衡向着放热反应的方向移动。31第五节第五节 影响化学平衡移动的因素影响化学平衡移动的因素 两点说明：两点说明：1.1.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，温度的变化不仅引起化学平衡的移动，而且也会导致而且也会导致 值的变化。值的变化