无机化学课件(上)

1、 无机化学无机化学第四版第四版 大连理工大学无机化学教研室编大连理工大学无机化学教研室编 面 向 2 1 世 纪 课 程 教 材绪论绪论一、化学：在分子、原子或离子的层次上研究物质一、化学：在分子、原子或离子的层次上研究物质的组成、结构、性质、变化及其内在联系和外界变的组成、结构、性质、变化及其内在联系和外界变化条件的科学。化条件的科学。二、分类（传统）二、分类（传统）1 1、有机化学：研究有机物的化学。、有机化学：研究有机物的化学。 有机物有机物含碳元素的化合物（碳的氧化物、碳含碳元素的化合物（碳的氧化物、碳酸盐及氰化物除外）酸盐及氰化物除外）2 2、无机化学、无机化学研究元素和有机物以外的

2、所有化合研究元素和有机物以外的所有化合物的化学。物的化学。 它以元素周期表和原子结构理论为基础，研究它以元素周期表和原子结构理论为基础，研究100100多种元素的单质和无机化合物的制备、结构、性质多种元素的单质和无机化合物的制备、结构、性质及变化规律。及变化规律。分支学科：生物无机、无机合成、无机高分子化学、分支学科：生物无机、无机合成、无机高分子化学、稀土化学、配位化学等。稀土化学、配位化学等。3 3、分析化学：研究物质化学组分的鉴定、测定方、分析化学：研究物质化学组分的鉴定、测定方 法和有关原理。法和有关原理。分支学科：光谱、色谱、质谱及核磁共振分析。分支学科：光谱、色谱、质谱及核磁共振分

3、析。4 4、物理化学：以物理学的原理和方法研究物质及其、物理化学：以物理学的原理和方法研究物质及其反应，以寻求化学性质与物理性质本质联系的普遍反应，以寻求化学性质与物理性质本质联系的普遍规律。是化学的理论部分。规律。是化学的理论部分。三、重要性及学习方法三、重要性及学习方法1 1、学习态度、方法。、学习态度、方法。2 2、听课效率、笔记、作业、实验。、听课效率、笔记、作业、实验。主要参考书大连理工大学 无机化学 第三版武汉大学等 无机化学 第三版北京师范大学等 无机化学 第三版无机化学释疑与习题解析 第一章第一章 气气 体体1-1 1-1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式气体的基本物理特征

4、：扩散性和可压缩性气体的基本物理特征：扩散性和可压缩性主要表现主要表现1 1、气体没有固定的体积和形状、气体没有固定的体积和形状2 2、气体最易被压缩、气体最易被压缩3 3、不同种的气体能以任意比例相互均匀混合、不同种的气体能以任意比例相互均匀混合4 4、气体的密度很小、气体的密度很小1-1-1 1-1-1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式描述气体状态的四个物理量：描述气体状态的四个物理量：V V、p p、T T、n n理想气体状态方程：理想气体状态方程：pV=nRTpV=nRT理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力。理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力。真实气体在低压高温条件下

5、近似看作理想气体。真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体。单位：单位：p pPa, VPa, Vm m3 3 , T , T K K， n n mol mol标准状态下，标准状态下，T = 273.15K , p =101325Pa , T = 273.15K , p =101325Pa , n= 1 mol n= 1 mol 气体的标准摩尔体积气体的标准摩尔体积 V = 22.414x10 V = 22.414x10 -3-3 m m 3 3气体常数气体常数 R=8.314 JR=8.314 Jmolmol-1-1 K K-1 -1 1-1-2 理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的

6、应用1 1、计算、计算P P、V V、T T、n n 中的任意物理量中的任意物理量例例1-1 1-1 P2P22 2、确定气体的密度和摩尔质量、确定气体的密度和摩尔质量例例1-2 1-2 P3P31-2 1-2 气体混合物气体混合物1-2-1 1-2-1 混合气体分压定律混合气体分压定律混合气体的总压等于混合气体中各组分气体的混合气体的总压等于混合气体中各组分气体的分压之和分压之和数学表达式：数学表达式： p = pp = p1 1 + p+ p2 2 + p+ p3 3+ + 根据根据 p pB BV=nV=nB BRTRT n=nn=n1 1 +n+n2 2+n+n3 3+ + 推出：推出

7、：p pB B /p = n /p = nB B/n /n 令令 x xB B = n = nB B/n -/n -第第B B 组分气体的摩尔分数组分气体的摩尔分数则则 p pB B = n = nB B/n/n p p = x = xB B p p1-2-2 1-2-2 分压定律的应用分压定律的应用例例1-3 1-3 P4P4例例1-4 1-4 P5P5 1-4 1-4 真实气体真实气体理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体真实气体应用理想气体状态方程计算，有些气体真

8、实气体应用理想气体状态方程计算，有些气体产生的偏差较小，如产生的偏差较小，如H H2 2、O O2 2、N N2 2 等；有些气体等；有些气体产生的偏差较大，如产生的偏差较大，如COCO2 2、H H2 2O(g) O(g) 等，而另一等，而另一些气体在高压下常出现偏差些气体在高压下常出现偏差产生偏差的原因：产生偏差的原因：1 1、气体分子体积的影响、气体分子体积的影响2 2、气体分子间相互作用的影响、气体分子间相互作用的影响真实气体的状态方程式真实气体的状态方程式-van der Waalsvan der Waals气体状态方程：气体状态方程：nRTnb)(VVna(p22式中a、b分别是对

9、气体压力和体积较正中的相关常量，称van der Waalsvan der Waals常量。常量。每种气体的每种气体的a a、b b值不同。值不同。第二章 热 化 学2-1 2-1 基本概念基本概念2-1-1 2-1-1 系统和环境系统和环境 系统：系统： 敞开系统：敞开系统： 封闭系统：封闭系统：( (本章主要研究对象本章主要研究对象) )隔离系统：隔离系统：( (或孤立系统或孤立系统) ) 环境：环境： 2-1-2 2-1-2 状态与状态函数状态与状态函数1 1、状态：、状态： 指系统物理性质和化学性质的综合表现指系统物理性质和化学性质的综合表现2 2、状态函数：、状态函数： 确定系统热力

10、学状态的宏观性质的物理量，确定系统热力学状态的宏观性质的物理量， 如如p p、V V、T T、U U、n n 等等3 3、状态函数的特征：、状态函数的特征：A A、状态函数随系统状态而发生改变。、状态函数随系统状态而发生改变。 B B、状态函数的变化值仅取决于系统的始终、状态函数的变化值仅取决于系统的始终态，而与系统所经历的途径无关。态，而与系统所经历的途径无关。例：例：T=308KT=308K298K=10K298K=10K只与系统的初终态只与系统的初终态温度温度T T有关，而与过程无关。有关，而与过程无关。注意：状态函数的变化值并不是状态函数。注意：状态函数的变化值并不是状态函数。2-1-

11、3 -1-3 过程过程 定温过程：定温过程：T T始始T T终终 定压过程：定压过程：p p始始p p终终 定容过程：定容过程：V V2-1-4 2-1-4 相相相：系统中物理和化学性质完全相同而与相：系统中物理和化学性质完全相同而与其它部分有明确界面的部分其它部分有明确界面的部分均相系统或单相系统均相系统或单相系统非均相系统或多相系统非均相系统或多相系统2-1-5 2-1-5 化学反应方程式和反应进度化学反应方程式和反应进度1 1、正确书写化学反应方程式、正确书写化学反应方程式（1 1）根据实验事实，正确写出反应物和产）根据实验事实，正确写出反应物和产物的化学式物的化学式（2 2）配平（包括

12、原子种类和数量、离子电）配平（包括原子种类和数量、离子电荷）荷）（3 3）标明物质的状态（）标明物质的状态（ g , l , s , aqg , l , s , aq）2 2、反应进度、反应进度 P24P24例：例： N N2 2(g) + 3H(g) + 3H2 2(g) = 2NH(g) = 2NH3 3(g) (g) 开始开始n nB B/mol 3.0 10.0 /mol 3.0 10.0 0 0 0 0 t t时时n nB B/mol 2.0 7.0 2.0 /mol 2.0 7.0 2.0 )()()()()()(332222NHNHnHHnNNn2)00 . 2(3)0 .100

13、 . 7(1)0 . 30 . 2(molmolmol=1.0mol =1.0mol=1.0mol时，表明按该化学反应方程进时，表明按该化学反应方程进行了行了1.0mol1.0mol反应，即表示反应，即表示1.01.0mol Nmol N2 2和和1.0mol1.0mol的的3 3H H2 2反应并生成了反应并生成了1.0mol1.0mol的的2 2NHNH3 3 从上面计算可看出，无论用反应物和从上面计算可看出，无论用反应物和产物中的任何物种的物质的量的变化量产物中的任何物种的物质的量的变化量来计算反应进度来计算反应进度 ，结果都相同。，结果都相同。2-2 2-2 热力学第一定律热力学第一定

14、律2-2-1 -2-1 热和功热和功热热Q Q温度不同时的能量交换温度不同时的能量交换( (传递传递) )功功W W除热以外的其它形式传递的能除热以外的其它形式传递的能功的形式：包括体积功和非体积功。功的形式：包括体积功和非体积功。 对于体积功：对于体积功： 21VVdvpW 当当p p始始 = = p p终终 = p= p时，则：时，则： W = W = p pV=V=p(Vp(V2 2V V1 1) ) 注意：热与功与过程有关，因而它们都不注意：热与功与过程有关，因而它们都不是状态函数。是状态函数。规定：规定：Q Q与与W W的取值正、负有不同的规定：的取值正、负有不同的规定： Q Q为正

15、（为正（+ +）值，则系统吸热）值，则系统吸热 Q Q Q Q为负（）值，则系统放热为负（）值，则系统放热 W W为正（为正（+ +）值，则环境对系统作功）值，则环境对系统作功 W W W W为负（）值，则系统对环境作功为负（）值，则系统对环境作功2-2-2 热力学能热力学能( (或内能或内能) )： 指热力学系统内部能量的总和。指热力学系统内部能量的总和。( (用符号用符号U U表示表示) )注意：注意：A A、U U属于状态函数，其单位为属于状态函数，其单位为KJ(KJ(或或J)J)。B B、系统内能、系统内能(U)(U)的绝对值无法确定，但可的绝对值无法确定，但可通过实验确定其变化值通过

16、实验确定其变化值( (U)U)。2-2-3 2-2-3 热力学第一定律热力学第一定律数学表达式数学表达式 21UW(QU终态（所做的功）传递的热量）始态由：则则 U U2 2U U1 1U U Q+WQ+W2-2-4 2-2-4 焓变和热化学方程式焓变和热化学方程式1 1、焓（、焓（H H）和焓变（）和焓变（ H H ）定容反应热定容反应热Qv Qv ：v=0, W=0, v=0, W=0, U=QvU=Qv定压反应热定压反应热QpQp: : P=0, W= -PP=0, W= -PV V U=QpU=Qp- P- PV V Qp Qp= =U+PU+Pv v =(U =(U2 2-U-U1

17、1)+P(V)+P(V2 2-V-V1 1） =(U=(U2 2+P+P2 2V V2 2)-(U)-(U1 1+P+P1 1V V1 1) ) =H =H2 2-H-H1 1 = =H H定义定义 H=U+PVH=U+PV 焓的意义：焓的意义：、H H是一个复合的状态函数；是一个复合的状态函数；、H H用来描述系统的热含量的热力学函数，用来描述系统的热含量的热力学函数，其绝对值不能确定，但变化值其绝对值不能确定，但变化值H H可通过实可通过实验确定。验确定。 即：即：H=QH=Qp p、因反应的热效应一般是在等压下测定的，、因反应的热效应一般是在等压下测定的，所以常用所以常用H H表示反应热

18、效应，称为反应焓表示反应热效应，称为反应焓变变规定规定：H0H0，反应吸热；，反应吸热；H0H0，反应放热，反应放热。 单位单位J Jmolmol1 1或或kJkJmolmol1 12 2、热化学方程式、热化学方程式（1 1） r rU Um m 和和 r rH Hm m r rU Um m 指反应的摩尔热力学能变指反应的摩尔热力学能变 r rH Hm m 指反应的摩尔焓变指反应的摩尔焓变 r rH Hm m 指反应的标准摩尔焓变；指反应的标准摩尔焓变； r r 代表代表“反应反应”； m m代表代表“1mol1mol反应反应”； 表示标准态。表示标准态。( (P P =100kPa)=100

19、kPa)其中：符号其中：符号r r、m m常常省略，即常常省略，即r rH Hm m 与与r rH Hm m有有的书简写为：的书简写为： r rH Hm m H Hm m 或或H H ；r rH Hm mH Hm m或或H H（2 2）标准状态）标准状态温度温度T T时时, ,标准压力标准压力 p p =100kPa=100kPa 稀溶液稀溶液c c =1mol=1moll l 1 1 ，物质标准态的热力学温度物质标准态的热力学温度T T未作具体规定，未作具体规定，许多物质的热力学数据是在许多物质的热力学数据是在T=298.15KT=298.15K下下得到得到(3(3）热化学方程式）热化学方程

20、式书写注意事项：书写注意事项： a.a.注明物质的聚集状态注明物质的聚集状态g, l, s, aqg, l, s, aq等等, , b. b.方程式要配平方程式要配平, , c. c.注明反应温度注明反应温度例：例：H H2 2(g)+0.5O(g)+0.5O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l) O(l) r rH Hm m （298.15K)298.15K)=-285.8kJ=-285.8kJmolmol1 1 2H 2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l) O(l) r rH Hm m (298.15K)(298.15K)= =571.6kJ571.6

21、kJmolmol1 1 2H 2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(g) O(g) r rH Hm m (298.15K)(298.15K)= =484 kJ484 kJmolmol1 13、r rU Um m 和和r rH Hm m的关系的关系H=H=U+U+nRTnRT例：例：2 2H H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(g)O(g) r rH Hm m (298.15K)(298.15K) = =483.64 kJ483.64 kJmolmol1 1 W= - W= - nRTnRT = -(2-2-1)= -(2-2-1)

22、8.3148.314298.15298.15 =2478 J =2478 Jmolmol1 1=2.478 kJ=2.478 kJmolmol1 1 U=U=H Hn nRTRT = -481.16 kJ = -481.16 kJmolmol1 1注意：注意：、如反应只有固、液态物质参加、如反应只有固、液态物质参加, , V V很小很小, , HHU;U;、有气态物质参加反应时、有气态物质参加反应时, , p pV =V =nRTnRT, ,此项数值也较小此项数值也较小, , HHU U4 4、标准摩尔生成焓、标准摩尔生成焓定义：在标准态某温度下，由参考状态的单质生成定义：在标准态某温度下，由

23、参考状态的单质生成molmol物质时的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓。物质时的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓。符号符号f fH Hm m ，可简写为，可简写为f fH H ； f f代表代表“生成生成”； 单位单位 kJkJmolmol1 1 定义中的两个条件：定义中的两个条件：a a、标准状态：指某温度、标准状态：指某温度T(T(常取常取T=298.15K)T=298.15K)下，下，p=pp=p =100kPa=100kPa的状态。的状态。b b、参考状态的参考状态的单质：指常温标准状态下处于最单质：指常温标准状态下处于最稳定状态的单质。稳定状态的单质。例：碳有三种同素异形体：金刚石、

24、石墨和无定例：碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和无定形碳，而其中石墨是最稳定单质形碳，而其中石墨是最稳定单质。根据定义：根据定义：f fH Hm m ( (参考状态的参考状态的单质单质)=0)=0附表一（附表一（P637P637）, ,可查得物质的可查得物质的f fH Hm m 大多数物质的大多数物质的 f fH Hm m 0, 0 0注：断键反应的反应物和产物必须是气态注：断键反应的反应物和产物必须是气态 键焓越大，键越牢，难断开键焓越大，键越牢，难断开2 2、由键焓估算反应焓变、由键焓估算反应焓变公式：公式： r rH Hm m = = B BH Hm m ( (反应物反应物) ) B B

25、H Hm m ( (产物产物) ) 或或 r rH Hm m = = D(D(断键断键) ) D(D(成键成键) )例例2-3 2-3 P35P353-1 -1 定容反应的反应速率定容反应的反应速率 用单位时间内反应物浓度的减少或生成用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示物浓度的增加来表示 单位：单位：molmol L L1 1 s s1 1或或molmol L L1 1 min min1 1 aA(aq) + bB(aq) = yY(aq) + zZ(aq aA(aq) + bB(aq) = yY(aq) + zZ(aq) ) 第三章第三章 化学动力学基础化学动力学基础dtdc

26、zdtdcydtdcbdtdcaZYBA11113-1-2 3-1-2 平均速率和瞬时速率平均速率和瞬时速率1 1、平均速率、平均速率在某一时间间隔内浓度变在某一时间间隔内浓度变化的平均值化的平均值tcn1dtdcn1tnclim0t2 2、瞬时速率、瞬时速率时间间隔趋于时间间隔趋于0 0 时的平均时的平均速率的极限值速率的极限值3-2 3-2 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响3-2-1 3-2-1 速率方程式速率方程式对大多数化学反应，反应物浓度增加对大多数化学反应，反应物浓度增加, ,反应反应速率增加速率增加 aA + bB = yY + zZaA + bB = yY + zZBA

27、CkC反应速率方程式中反应速率方程式中 k k速率系数速率系数, ,与浓度无关与浓度无关, ,与温度与温度T T有关，有关， 单位由反应级数确定。单位由反应级数确定。 反应对反应对A A的反应级数的反应级数反应对反应对B B的反应级数的反应级数( (+)+)总反应级数总反应级数 、的确定方法：对于基元反应的确定方法：对于基元反应( (一步完成一步完成) )， =a=a，=b =b 对于复合反应对于复合反应,和和由实验确定由实验确定注意：反应级数可以是分数，还可是注意：反应级数可以是分数，还可是0 0。如反应：。如反应： 2 2Na + 2HNa + 2H2 2O = 2NaOH + HO =

28、2NaOH + H2 2 v=k v=k 零级反应零级反应3-2-2 3-2-2 由实验确定反应速率方程式由实验确定反应速率方程式例：已知例：已知800800时反应：时反应： 2 2H H2 2(g)+2NO(g)=2H(g)+2NO(g)=2H2 2O(g)+NO(g)+N2 2(g)(g) 的实验数据（见下一页），求：的实验数据（见下一页），求： 、该反应的级数、该反应的级数 、反应速率常数、反应速率常数k k和反应速率方程式。和反应速率方程式。 、当、当C(NO)=5.00C(NO)=5.0010103 3molmolL L1 1， C(HC(H2 2)=4.00)=4.0010103

29、3molmolL L1 1时的反应速度时的反应速度(N(N2 2) )。4.3010-3 6.0010-3 3.0010-3 61.9210-36.0010-3 2.0010-3 50.4810-36.0010-31.0010-3 4 9.5610-3 3.0010-3 6.0010-33 6.3610-32.0010-3 6.0010-3 23.1910-3 1.0010-3 6.0010 -31 （） （）v(N2)初始浓度(molL1)瞬时反应速率 (molL1S1)实验标号解： 、设该反应的速率方程为： kc(NO)mc(H2)n 依题意，由1、2、4和5组数据，得 3.19103=k

30、(6.00103)m(1.00103)n 6.36103=k(6.00103)m(2.00103)n 0.48103=k(1.00103)m(6.00103)n 1.92103=k(2.00103)m(6.00103)n ，得：2=2n ， n=1 ，得：4=2m， m=2 反应级数为：1+2=3、把、把m=2m=2，n=1n=1代入方程组中任一式，得代入方程组中任一式，得 3.193.1910103 3= =k k(6.00(6.0010103 3) )2 2(1.00(1.0010103 3) ) 解之得：解之得：k=8.00k=8.0010104 4(mol(mol2 2L L2 2s

31、s1 1) ) 反应的速率方程为：反应的速率方程为： 8.008.0010104 4 c(NO)c(NO)2 2 c(H c(H2 2) ) 、把已知浓度代入上述方程式，得、把已知浓度代入上述方程式，得 8.008.0010104 4(5.00(5.0010103 3) )2 24.004.0010103 3 8.008.001010 3 3( (molmolL L1 1s s1 1) ) 思考：上面思考：上面k k的单位是怎样确定的？的单位是怎样确定的？ 思路：设思路：设k k的单位为的单位为y.y.由速率方程由速率方程 k k c(NO)c(NO)2 2c(Hc(H2 2) )，分别把，分

32、别把 、k k 、c(NO)c(NO)、和、和c(Hc(H2 2) )的单位代入可得：的单位代入可得： molmolL L1 1s s1 1=y=y(mol(molL L1 1) )2 2(mol(molL L1 1) ) y=mol y=mol2 2L L2 2s s1 13-2-3 3-2-3 浓度与时间的定量关系（略）浓度与时间的定量关系（略）3-3 3-3 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响3-3-1 3-3-1 ArrheniusArrhenius方程式方程式 大多数反应，温度大多数反应，温度T T升高，速率常数升高，速率常数k k增大，反应速率增大，反应速率v v增大。增大。

33、定量关系：定量关系：RTEaekk/0式中：式中：K K0 0 为常数，称为频率因子；为常数，称为频率因子； EaEa为反应的活化能，单位为为反应的活化能，单位为KJKJmolmol1 1； R R为气体常数，为气体常数， T T为绝对温度（为绝对温度（K)K)其对数形式为：其对数形式为：RTEkka0lnlnRTEkka303. 2lglg0或211212TT)TT(REakkln或例例3-4 3-4 P54P543-3-2 3-3-2 ArrheniusArrhenius方程式的应用方程式的应用1 1、计算反应的活化能、计算反应的活化能E Ea a2 2、由、由Ea Ea 计算反应速率常数

34、计算反应速率常数k k例例 3-5 3-5 P54P543 3、对、对ArrheniusArrhenius方程式的进一步分析方程式的进一步分析（1 1）温度相同时，）温度相同时，E Ea a 大的反应，其速率大的反应，其速率常数常数k k则小，反应速率则小，反应速率v v较小。反之亦然较小。反之亦然（2 2）对同一反应，温度升高，速率常数）对同一反应，温度升高，速率常数k k增大增大（3 3）对给定反应，加热，在低温区对反应）对给定反应，加热，在低温区对反应速率影响大，而在高温区则影响小速率影响大，而在高温区则影响小（4 4）对不同的反应，升高相同温度，）对不同的反应，升高相同温度， E Ea

35、 a 大的反应其速率常数大的反应其速率常数k k增大的倍数大，增大的倍数大，即升温对慢反应加速明显即升温对慢反应加速明显3-4 3-4 反应速率理论和反应机理反应速率理论和反应机理3-4-1 3-4-1 碰撞理论碰撞理论理论要点：理论要点：、反应物分子间的相互碰撞是反应进行、反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件。的必要条件。、只有具有所需足够能量的一组分子间、只有具有所需足够能量的一组分子间的碰撞才有可能发生反应。的碰撞才有可能发生反应。 A A、有效碰撞：、有效碰撞： 指能够发生反应的分子间碰撞。指能够发生反应的分子间碰撞。B B、活化分子：、活化分子： 指能够发生有效碰撞的分子。指能

36、够发生有效碰撞的分子。 特点：能量足够高特点：能量足够高C C、活化分子百分数：、活化分子百分数：%100%分子总数活化分子数活化分子规律：规律： a a、一定温度下，活化分子、一定温度下，活化分子百分数百分数不变，不变，当反应物当反应物c c增加，则分子总数增加，所以增加，则分子总数增加，所以活化分子数增加。活化分子数增加。 b b、一定浓度下，分子总数不变，当温度、一定浓度下，分子总数不变，当温度T T升高，则活化分子升高，则活化分子百分数百分数增加，所以活增加，所以活化分子数增加。化分子数增加。D D、能量因子、能量因子( (f)f)：其中：其中： RT/Eaeff f能量因子，指活化分

37、子在总分子中所占比例。能量因子，指活化分子在总分子中所占比例。EaEa活化能，指碰撞分子间导致发生反应所需的最活化能，指碰撞分子间导致发生反应所需的最低能量。它等于活化分子具有的平均能量与反应物低能量。它等于活化分子具有的平均能量与反应物分子的平均能量的差值。即：分子的平均能量的差值。即： Ea = EEa = E* * k k E E* * 活化分子的平均能量活化分子的平均能量 k k 反应物分子的平均能量反应物分子的平均能量 （图示图示）EminEa。、活化分子之间还必须在取向适当的方活化分子之间还必须在取向适当的方位上才能发生有效碰撞。位上才能发生有效碰撞。、反应、反应速率速率与单位时间

38、、单位体积内的与单位时间、单位体积内的有效碰撞次数成正比。有效碰撞次数成正比。 规律：规律：根据碰撞理论，反应物分子必须有根据碰撞理论，反应物分子必须有足够的最低能量，并以适当的方位相互足够的最低能量，并以适当的方位相互碰撞，才能导致有效碰撞碰撞，才能导致有效碰撞 一般活化分子数一般活化分子数 ，则有效碰撞次数则有效碰撞次数 ，反应反应速率速率v 3-4-23-4-2、活化络合物理论（过渡态理论）、活化络合物理论（过渡态理论）理论要点：理论要点：、化学反应是经有效碰撞先形成一种称为活化、化学反应是经有效碰撞先形成一种称为活化配合物的中间过渡态，而这一过渡态很不稳定，配合物的中间过渡态，而这一过

39、渡态很不稳定，会很快分解为产物分子会很快分解为产物分子 、普通分子 活化配合物（活化体） aEE Ea a活化能，指由稳定反应物分子过渡到活化配合活化能，指由稳定反应物分子过渡到活化配合物（活化体）的过程中所吸收的能量物（活化体）的过程中所吸收的能量、反应热：、反应热：( (图示图示）P58P58)(a)(aEEH逆正)(0H,EE)(a)(a反应吸热时逆正当)(0H,EE)(a)(a反应放热时逆正、化学反应速率取决于活化配合的浓度、分解化学反应速率取决于活化配合的浓度、分解速率和分解的百分率等因素。速率和分解的百分率等因素。规律：一般规律：一般E Ea a，则活化过程易实现，活化配合则活化过

40、程易实现，活化配合物浓度便物浓度便，导致导致v v EEaEaH。3-4-3 3-4-3 活化能与反应速率活化能与反应速率EaEa活化能，指碰撞分子间导致发生反应所需的活化能，指碰撞分子间导致发生反应所需的最低能量。它等于活化分子具有的平均能量与最低能量。它等于活化分子具有的平均能量与反应物分子的平均能量的差值。即：反应物分子的平均能量的差值。即： Ea = EEa = E* * k k1 1、浓度影响：一定温度下，活化分子、浓度影响：一定温度下，活化分子% %不变，当不变，当反应物反应物c c ，则分子总数则分子总数 ，所以活化分子数所以活化分子数 ，反应加快反应加快 2、温度影响：一定浓度

41、下，分子总数不变，当温度影响：一定浓度下，分子总数不变，当温度温度T T ，则活化分子则活化分子% % ，所以活化分子数所以活化分子数 ，反应加快反应加快3-4-4 3-4-4 反应机理与元反应反应机理与元反应1 1、基元反应、基元反应 指反应物微粒（如分子、原子和离子等）经指反应物微粒（如分子、原子和离子等）经一步作用就直接转化为产物的反应。又称之为一步作用就直接转化为产物的反应。又称之为简单反应。简单反应。注：基元反应的反应级数与反应方程式中反应物注：基元反应的反应级数与反应方程式中反应物化学式的系数是一致的化学式的系数是一致的但属于基元反应的反应很少，大部分的化学反应但属于基元反应的反应

42、很少，大部分的化学反应都是复合反应都是复合反应2 2、复合反应、复合反应 指反应物微粒（如分子、原子和离子等）指反应物微粒（如分子、原子和离子等）要经两步或两步以上作用才转化为产物要经两步或两步以上作用才转化为产物的反应。又称之为复杂反应。的反应。又称之为复杂反应。注：复合反应的反应级数与反应方程式中注：复合反应的反应级数与反应方程式中反应物化学式的系数是不一致的，由实反应物化学式的系数是不一致的，由实验确定验确定3 3、降低温度反应速率加快的反应（特例）、降低温度反应速率加快的反应（特例）3-5 3-5 催化剂与催化作用催化剂与催化作用3-5-1 3-5-1 催化剂和催化作用的特征催化剂和催

43、化作用的特征催化剂：存在少量就能显著加快反应而催化剂：存在少量就能显著加快反应而 本身并无损耗的物质本身并无损耗的物质为什么绝大多数催化剂能加快反应速率？为什么绝大多数催化剂能加快反应速率？ 原因：加入催化剂后，它改变了反应历程，原因：加入催化剂后，它改变了反应历程，降低反应的活化能降低反应的活化能主要特征：主要特征：1 1、只能加速反应，不能改变反应方向、只能加速反应，不能改变反应方向2 2、只能改变反应途径，不能改变始、只能改变反应途径，不能改变始 态和终态，不能改变平衡状态态和终态，不能改变平衡状态3 3、有选择性、有选择性4 4、特定条件下有活性、特定条件下有活性3-5-2 3-5-2

44、 均相催化与多相催化均相催化与多相催化1 1、均相催化、均相催化催化剂与反应物种均在同催化剂与反应物种均在同 一相中的催化反应一相中的催化反应如：如：H H2 2O O2 2水溶液中，加入水溶液中，加入KIKI溶液，能加快溶液，能加快H H2 2O O2 2 的分解的分解 2 2H H2 2O O2 2 (aq (aq) = 2 H) = 2 H2 2O(l) + OO(l) + O2 2（g)g)2 2、多相催化、多相催化催化剂与反应物种不处于催化剂与反应物种不处于在同一相中的催化反应在同一相中的催化反应如：如：H H2 2O O2 2水溶液中，加入水溶液中，加入MnOMnO2 2(s)(s

45、)，也能加，也能加快快H H2 2O O2 2 的分解的分解3-5-3 3-5-3 酶催化酶催化酶催化的特点：酶催化的特点：A A、催化效率高、催化效率高 B B、催化的专一性、催化的专一性 C C、催化的条件温和、催化的条件温和第四章第四章 化学平衡化学平衡 熵和熵和GibbsGibbs函数函数4-1 4-1 标准平衡常数标准平衡常数4-1-1 4-1-1 化学平衡的基本特征化学平衡的基本特征 P75P75可逆反应：同一条件下，既可正向进行，可逆反应：同一条件下，既可正向进行， 又可逆向进行的反应又可逆向进行的反应可逆性是化学反应的普遍特征可逆性是化学反应的普遍特征化学平衡：一定温度下，某反

46、应经过一定化学平衡：一定温度下，某反应经过一定时间后，各物质浓度保持不变，是动态时间后，各物质浓度保持不变，是动态平衡，平衡，V V正正= = V V逆逆 0 0化学平衡的基本特征：化学平衡的基本特征：1 1、在适宜条件下，可逆反应可达到平衡状、在适宜条件下，可逆反应可达到平衡状态态2 2、化学平衡是动态平衡，、化学平衡是动态平衡， V V正正= = V V逆逆 0 03 3、条件一定时，平衡状态下，平衡组成不、条件一定时，平衡状态下，平衡组成不随时间而改变随时间而改变4 4、平衡组成与达到平衡的途径无关、平衡组成与达到平衡的途径无关4-1-2 标准平衡常数表达式标准平衡常数表达式 对一般化学

47、反应，温度一定时对一般化学反应，温度一定时 aA(g)+bB(aq)+cCaA(g)+bB(aq)+cC(s)(s)xXxX(g)+yY(aq)+zZ(g)+yY(aq)+zZ(l)(l) 其标准平衡常数为：其标准平衡常数为： bayxcBcPAPcYcPXPK/ )(/ )(/ )(/ )(其中：其中：P P - - 标准压力，取值标准压力，取值100100kPakPa； P(A)P(A)等等 - - 各物质的平衡分压；各物质的平衡分压； P(A)/P(A)/P P 等等 - - 相对分压，量纲为相对分压，量纲为1 1c c 标准浓度，取值标准浓度，取值1 1mol/Lmol/L；c(B)c

48、(B)等等各物质的平衡浓度，；各物质的平衡浓度，；c(B) /c(B) /c c 等等相对浓度，量纲为相对浓度，量纲为1 1K K 标准平衡常数，量纲为标准平衡常数，量纲为1 1书写书写K K 表达式应注意的事项：表达式应注意的事项：、K K 表达式中各组分浓度或分压为平衡表达式中各组分浓度或分压为平衡时的浓度或分压。时的浓度或分压。、K K 的值与反应式的书写形式有关。的值与反应式的书写形式有关。 、对多相反应，其中的纯固体、纯液体、对多相反应，其中的纯固体、纯液体及稀溶液中溶剂的分压或浓度均不列入及稀溶液中溶剂的分压或浓度均不列入K K 表达式表达式中。中。它们的相对浓度为它们的相对浓度为

49、例：试写出如下反应的例：试写出如下反应的K K 表达式。表达式。 、CaCOCaCO3 3(s) (s) CaO CaO(s)+CO(s)+CO2 2(g)(g) 、2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g) 2H 2H2 2O(l)O(l)解：解：P/ )CO(PK21P/ )O(PP/ )H(P1K2222.例：合成氨例：合成氨( (NHNH3 3) )反应式分别为：反应式分别为： 、1/21/2N N2 2(g)+3/2H(g)+3/2H2 2(g)(g)NHNH3 3(g)(g) 、N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g)(g)2NH2NH3 3(g)(g) 试写出它

50、们的试写出它们的K K 表达式。表达式。解：解： 2/322/1231/ )(/ )(/ )(PHPPNPPNHPK322232/ )(/ )(/ )(PHPPNPPNHPK思考：思考： K K1 1 与与K K2 2 关系如何？关系如何？K K2 2 =(=(K K1 1 ) )2 2多重平衡原理：多重平衡原理：、概念：、概念： 如果某总反应可以用两个或更多个分如果某总反应可以用两个或更多个分反应式表示时，则该总反应的反应式表示时，则该总反应的K K 等于各等于各分步反应的分步反应的K K 的乘积，这种关系称为多的乘积，这种关系称为多重平衡原理重平衡原理、推论：、推论： 化学反应的加、减、乘

51、、除分别对应于化学反应的加、减、乘、除分别对应于相应反应的相应反应的K K 的乘、除、乘方、开方的乘、除、乘方、开方例：某温度下，反应例：某温度下，反应(1)(1)的标准平衡常数为：的标准平衡常数为： (1)(1)H H2 2(g)+Br(g)+Br2 2(g) (g) 2HBr(g) K 2HBr(g) K1 1 =4=410102 2， 则反应则反应(2)(2)HBrHBr(g)=1/2H(g)=1/2H2 2(g)+1/2Br(g)+1/2Br2 2(g)(g)的的K K2 2 等于（等于（ ）：）： A A、1/41/410102 2 B B、 C C、4 410102 2 D D、2

52、 210101 1 解：解：2104/1) 1 (121)2(2/112)K1(K2104/1.K2 = (1/ 4102)1/24-1-3 4-1-3 平衡常数与反应速率系数间的关系平衡常数与反应速率系数间的关系推导：推导：P78P78结论：化学反应的平衡常数可表示为正反应的结论：化学反应的平衡常数可表示为正反应的 速率系数与逆反应的速率系数之比速率系数与逆反应的速率系数之比而反应速率系数只与温度有关，与浓度无关而反应速率系数只与温度有关，与浓度无关因此，平衡常数只与温度有关，与浓度无关因此，平衡常数只与温度有关，与浓度无关 放热反应，当温度升高，平衡常数变小放热反应，当温度升高，平衡常数变

53、小 吸热反应，当温度升高，平衡常数变大吸热反应，当温度升高，平衡常数变大温度对温度对K K 的影响：的影响：2112mr12TT)TT(RHKKln4-1-4 -1-4 标准平衡常数的实验测定标准平衡常数的实验测定例：例：1000K1000K时，将时，将1.001.00mol SOmol SO2 2和和1.001.00mol mol O O2 2充入容积为充入容积为5.00L5.00L的密闭容器中，平衡的密闭容器中，平衡时，有时，有0.850.85mol SOmol SO3 3生成，计算反应：生成，计算反应： 2 2SOSO2 2(g) + O(g) + O2 2(g) = 2SO(g) =

54、2SO3 3(g)(g)1000K1000K时的标准平衡常数。时的标准平衡常数。解：设平衡时消耗了解：设平衡时消耗了X mol OX mol O2 2 ， 2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g)开始量开始量/mol 1.00 1.00 /mol 1.00 1.00 0 0变化量变化量/mol -2x /mol -2x -x 2x=0.85 -x 2x=0.85平衡量平衡量/ /mol 1.00-0.85 1.00-0.85/2 0.85mol 1.00-0.85 1.00-0.85/2 0.85 =0.15 =0.575 =0.15 =0.575平衡时各物质的分压：平衡时各物质的分

55、压：VRTSOnSOP)()(33Pa631041. 11000. 51000314. 885. 0同理同理 =2.49x105Pa =9.56x105Pa =3.4其中其中P =100kpa VRTSOnSOP)()(22VRTOnOP)()(22/ )(/ )(/ )(22223pOppSOppSOpK4-2 4-2 标准平衡常数的应用标准平衡常数的应用4-2-1 4-2-1 判断反应程度判断反应程度K K 大小表示一定条件下反应进行的程度。大小表示一定条件下反应进行的程度。K K 越大，越大，则反应进行的趋势则反应进行的趋势越大越大 ，达到平衡达到平衡时，反应物转化率时，反应物转化率越大

56、越大 ；反之便反之便越小越小%100)(某反应物初始量某反应物已转化的量某反应物转化率意义意义： 越大越大，则达平衡时反应进行的程度便则达平衡时反应进行的程度便 越大越大4-2-2 4-2-2 预测反应方向预测反应方向bayxcBcPAPcYcPXPJ/ )(/ )(/ )(/ )(当当K K 表达式中，表达式中，p p、c c为任意时刻的分压和浓度，则为任意时刻的分压和浓度，则表达式为反应商表达式为反应商J J化学反应进行方向的反应商判据：化学反应进行方向的反应商判据：J KJ KJ K ，反应逆向进行，反应逆向进行注意：反应商与平衡常数的区别，反应商式中浓度为注意：反应商与平衡常数的区别，

57、反应商式中浓度为任意时刻的，而平衡常数式中浓度为平衡浓度任意时刻的，而平衡常数式中浓度为平衡浓度4-2-3 4-2-3 计算平衡组成计算平衡组成例：已知反应例：已知反应 FeFe2+2+(aq(aq)+Ag)+Ag+ +(aq(aq) )FeFe3+3+Ag(s)+Ag(s) 在在298298K K时时K K =2.98=2.98，反应开始前，系统中，反应开始前，系统中各物质的浓度为：各物质的浓度为： c (c ( A gA g+ +) = 0 . 1 0 m o l) = 0 . 1 0 m o l L L 1 1， c(c(FeFe2+2+)=0.10mol)=0.10molL L1 1，

58、 c(Fec(Fe3+3+)=0.01mol)=0.01molL L1 1； 求：求：(1)(1)AgAg+ +、FeFe2+2+和和FeFe3+3+的平衡浓度；的平衡浓度； (2)(2)AgAg+ +(aq(aq) )转化为转化为Ag(s)Ag(s)的转化率。的转化率。解：设平衡时有解：设平衡时有y mol Agy mol Ag+ +(aq(aq) )转化为转化为Ag(s),Ag(s),则则 FeFe2+2+(aq(aq)+Ag)+Ag+ +(aq(aq) ) Fe Fe3+3+Ag(s)+Ag(s)开始浓度开始浓度/ / molmolL L-1-1 0.10 0.10 0.01 0.10

59、0.10 0.01 平衡浓度平衡浓度/ / molmolL L-1-1 0.10 0.10y y 0.10 0.10y y 0.01+ 0.01+y y 由反应平衡常数定义式得：由反应平衡常数定义式得：cAgccFeccFecK/ )(/ )(/ )(23代入数据，得代入数据，得20 . 1/ )y1 . 0(0 . 1/ )y01. 0(98. 2%13%10010.0013.0(2)转化率.解之得：解之得：y=0.013(moly=0.013(molL L1 1) ) (1)Ag (1)Ag+ +、FeFe2+2+和和FeFe3+3+的平衡浓度为：的平衡浓度为： c(c(AgAg+ +)=

60、c(Fe)=c(Fe2+2+)=)=0.100.10y y = =0.100.100.013=0.087(mol0.013=0.087(molL L1 1) ) c(Fec(Fe3+3+)=)=0.01+0.01+y=y=0.01+0.01+0.013=0.023(mol0.013=0.023(molL L1 1) )4-3 4-3 化学平衡的移动化学平衡的移动定义：因外界条件改变，平衡被破坏而引定义：因外界条件改变，平衡被破坏而引起浓度变化的过程称为化学平衡的移动。起浓度变化的过程称为化学平衡的移动。 4-3-1 4-3-1 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响 增大反应物或减小产物增大