气体反应 大气污染

1、气体反应 大气污染第1页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四了解大气的主要污染物，温室效应、臭氧层空洞、酸雨及光化学烟雾等综合性大气污染及其控制。(1) 了解浓度、温度与反应速率的定量关系；了解元反应和反应级数的概念；能用阿仑尼乌斯公式进行初步计算；能用活化能和活化分子的概念，说明浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响。(2) 掌握 的关系及有关计算，理解浓度、压力和温度对化学平衡的影响。 本章教学要求第2页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四2 3.1 理想气体 3.2 化学反应速率 3.3 化学平衡 3.4 大气污染与防治 本 章 内 容第3页，共81页

2、，2022年，5月20日，7点43分，星期四33.1.1 理想气体状态方程式3.1.2 分压定律3.1 理 想 气 体第4页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四4气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性。 人们将符合理想气体状态方程的气体， 称为理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。3.1.1 理想气体状态方程式第5页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四5pV = nRT R- 摩尔气体常数在STP下，p =101.325kPa, T=273.15Kn=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.4

3、1410-3m3 R=8.314 kPaLK-1mol-1理想气体状态方程式第6页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四6计算p，V，T，n四个物理量之一气体摩尔质量的计算M = Mr gmol-1理想气体状态方程式的应用 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV = nRT第7页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四7 = = m / V气体密度的计算：即：第8页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四8组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气 体。分压： 组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压

4、。 3.1.2 分压定律第9页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四9分压定律 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。 p = p1 + p2 + 或 p = pB 其中： n =n1+ n2+ 则：即：第10页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四10分压的求解：式中：xB B的摩尔分数（）（）（）/ （） 得：即：第11页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四11 例： 某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol；混合气体

5、的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol第12页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四12p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa第13页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四133.2 化学反应速率3.2.1 反应速率的表示方法3.2.2 反应速率的影响因素第14页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四14如果体积不变：3.2.1 反应速率的表示方

6、法注意: 是反应方程的计量数，反应物取负值，生成物取正值。 1. 瞬时速率 第15页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四15aA + bB yY + zZ对于一般的化学反应：例:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)第16页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四162. 平均速率某一有限时间间隔内浓度的变化量。即为瞬时速率。第17页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四17例：在给定条件下，H2与N2在密闭容器中合成NH3的反应，各物质浓度变化如下： 起始浓度c0/molL-1 1.0 3.0 02s后浓度c/molL-1 0.8 2.4 0.

7、4浓度的改变量c/molL-1 -0.2 -0.6 +0.4N2(g)+3H2(g)2NH3(g)解：第18页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四18 由该题可知：同一反应，在相同时间段内，无论用反应物还是生成物所求的反应速率结果相同。第19页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四191.浓度的影响 3.2.2 反应速率的影响因素对于一般的化学反应：该式被称为反应速率方程式。第20页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四20,反应级数： 对反应物A反应级数为； 对反应物B 反应级数为 ； 总反应级数 为 + 。注意：，必须通过实验确定其值。通常

8、 a，b。 k称为速率常数：其数值不受浓度（或压强）的影响，但受温度的影响。其量纲由反应级数确定。第21页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四21元反应（基元反应）：由反应物直接生成产物的反应（反应过程无中间产物生成） 复合反应（复杂反应） ：由两个或两个以上的反应组合而成的总反应。（在复合反应中,可用实验检测到中间产物的存在,但它被后面的一步或几步反应消耗掉,因而不出现在总反应方程式中。）第22页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四22对于通式： aA + bB = gG + dD = kc(A)a . c(B)b若为元反应，则反应速率方程为质量作用定律：

9、对于元反应(即一步完成的反应)，反应速率与反应物浓度（以计量数为指数）的乘积成正比。第23页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四23 故：由质量作用定律可以直接写出一个元反应的反应速率方程，并确定出其反应级数 2NO + O2 2NO2 = k c(NO)2 . c(O2) 三级反应例如： C2H5Cl C2H4 + HCl = k c(C2H5Cl ) 一级反应 NO2 + CO NO + CO2 = k c(NO2 ) . c(CO) 二级反应第24页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四24对于复杂反应：2NO + 2H2 N2 + 2H2O反应机理：又

10、称反应历程，即组成复合反应的一系列元反应的步骤。研究认为：这个反应按照下列两个连续的过程进行的2NO + H2 N2 + H2O2 （慢） H2 + H2O2 2H2O（快） 其中该过程中的每一步反应都是元反应，可以根据质量作用定律写出每一步的速率方程。第25页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四25又如反应：H2 + I2 2HI，其速率方程为： = k c(H2) . c(I2)，该反应也不是元反应。从速率方程上看似乎是元反应，但它的反应机理：a. I2 2I b. H2 + 2I 2HI第26页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四26结论：（）对于一个

11、具体的反应，究竟是不是元反应，应以实验结果为准，切不可望文生义。（）一般情况下：增大反应物质的浓度，反应速率增加。第27页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四272. 温度的影响阿仑尼乌斯 S. A. Arrhenius (1859-1927)，瑞典物理化学家，根据大量实验和理论验证，提出反应速率与温度的定量关系式：若以对数关系表示：注意：并非所有的反应都符合阿累尼乌斯公式。 （3.1） (3.2)第28页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四28式中: A 为指前因子，与速率常数 k 有相同的量纲； Ea 叫做反应的活化能(也称阿仑尼乌斯活化能)，常用单位为

12、 kJ. mol-1； A 与 Ea 都是反应的特性常数，基本与温度无关，均由实验求得。(b)(1/ T )K-1O 图3-1 常见反应的速率常数k与T的关系图(a)OT/Kk第29页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四29 (1) 求Ea：至今仍是动力学中求Ea 的主要方法。 (2) 由Ea计算给定 T 反应速率常数k 。计算常用公式如下：（3.3）阿仑尼乌斯公式的应用第30页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四30（1） 温度升高，反应速率常数增大，反应速 率加快。 （2）速率常数不仅与温度有关还与活化能有关。 结论： 第31页，共81页，2022年，5

13、月20日，7点43分，星期四31 以气体分子运动论为基础，主要用于气相双分子反应。例如：反应发生反应的两个基本前提： 发生碰撞的分子应有足够高的能量 碰撞的几何方位要适当（1）碰撞理论3. 活化能的影响第32页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四32（2）活化络合物理论(过渡态理论) 具有足够能量的分子彼此以适当的空间取向相互靠近到一定程度时，会引起分子或原子内部结构的连续性变化，使原来以化学键结合的原子间的距离变长，而没有结合的原子间的距离变短，形成了过渡态的构型，称为活化络合物。第33页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四33例如：活化络合物(过渡态)反

14、应物(始态)生成物(终态)第34页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四34能量II图3-2 反应系统中活化能示意图Ea (正) = E - EIEa (逆) = E - EII终态反应过程EIEIIEa (正)Ea (逆)E rHm始态(过渡态)IE 第35页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四35图3-3 化学反应过程中能量变化曲线Ea(逆)(正)(正)Ea(逆)EacEac第36页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四36（3）活化能与反应速率 一般化学反应的活化能在60440kJmol-1之间，活化能的大小对反应速率影响非常大。 由阿仑

15、尼乌斯公式：由公式可知：活化能越小，反应速率越大。第37页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四37 催化剂：又称触媒,是一种能显著加快反应速率,但在反应前后自身的组成,质量和化学性质不发生变化的物质。4. 催化剂的影响第38页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四38催化作用的特点 ：只能对热力学上可能发生的反应起作用。通过改变反应途径以缩短达到平衡的时间。只有在特定的条件下催化剂才能表现活性。催化剂有选择性，选择不同的催化剂会有 利于不同种产物的生成。第39页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四39（1）均相催化： 催化剂与反应物种在同一相

16、中的催化反应。没有催化剂存在时，过氧化氢的分解反应为： 加入催化剂Br2，可以加快H2O2分解，分解反应的机理是： 第一步总反应：第二步第40页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四40催化剂对反应活化能的影响第41页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四41 实验结果表明，催化剂参与的分解反应，改变了反应机理，降低了反应活化能，增大了活化分子分数，反应速率显著增大。活化能降低使活化分子数增加第42页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四42（2）多相催化： 催化剂与反应物种不属于同一物相的催化反应。汽车尾气(NO和CO)的催化转化： 反应在固相

17、催化剂表面的活性中心上进行，催化剂分散在陶瓷载体上，其表面积很大，活性中心足够多，尾气可与催化剂充分接触。第43页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四43酶催化：以酶为催化剂的反应。特点： 高效 高选择性 条件温和（3）酶催化第44页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四44 （1）浓度影响：当温度一定，某反应的活化能也一定时， 浓度增大，分子总数增加，活化分子数随之增多，即单位体积内活化分数增多,反应速率增大。反应速率的影响因素结论：（2）温度影响：当浓度一定，温度升高，即单位体积内活化分数增多,反应速率增大。第45页，共81页，2022年，5月20日，7点

18、43分，星期四45（3）加入催化剂：降低了活化能，使更多的分子成为活化分子，即单位体积内活化分数增多，有效碰撞大大增加，反应速率显著加快。总之：无论那种因素对反应速率的影响，最终看单位体积内活化分子数是否发生变化。若单位体积内活化分子数增加，则反应数率加快；相反，则反应速率减小。第46页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四463.3 化学平衡3.3.2 化学平衡的移动3.3.1 平衡常数表达式第47页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四47 对于恒温恒压下不做非体积功的化学反应，当rG 当时，平衡不发生移动； J = 时，平衡向着正反应方向进行。 J 第59

19、页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四59 例题(重点/考点)：某容器中充有N2O4(g) 和NO2(g)混合物，n(N2O4):n (NO2)=10:1。在308K， 0.1MPa条件下，发生反应： (2)使该反应系统体积减小到原来的1/2，反应在308K，0.2MPa条件下进行，平衡向何方移动？ N2O4(g) NO2(g)； K (308)=0.315(3)在新的平衡条件下，系统内各组分的分压改变了多少？(1)计算平衡时各物质的分压； 第60页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四602. 温度的影响 是温度的函数。 温度变化引起 的变化，导致化学平衡的

20、移动。(1)对于吸热反应，升高温度,反应向着正反应方向移动，到达新平衡时，新的平衡常数增大。即(2)对于放热反应，升高温度，反应向着逆反 应方向移动，到达新平衡时，新的平衡常数 减小。即 第61页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四61 将 1.2 mol SO2 和 2.0 mol O2 的混合气体，在 800K 和101.325 kPa 的总压力下，缓慢通过 V2O5 催化剂使生成SO3 ，在恒温恒压下达到平衡后，测得混合物中生成的 SO3 为1.1 mol。例题(重点/考点)：(3)讨论温度、总压力的高低对SO2 转化率的影响。(2)SO2 的转化率。(1)试利用上述实

21、验数据求该温度下反应 2SO2 + O2 = 2SO3 的 。 第62页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四62 此反应为气体分子数减小的反应，又是放热反应。根据平衡移动原理，高压低温有利于提高 SO2 的转化率。 (3)讨论：注：在接触法制硫酸的生产实践中，为了充分利用SO2 ，采用比本题更为过量的氧气，在常压下 SO2 的转化率可高达96 % - 98%，所以实际上无需采取高压。第63页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四63吕查德里（A. L. Le Chatelier） 原理： 假如改变平衡系统的条件之一，如浓度、压力或温度，平衡就向能减弱这个改变的

22、方向移动。 化学平衡的移动或化学反应的方向是考虑反应的自发性，决定于rGm是否小于零；而化学平衡则是考虑反应的限度，即平衡常数，它取决于 rGm (注意不是rGm)数值的大小。特别注意：第64页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四643.4 大气污染与防治3.4.1 大气污染及其危害3.4.2 大气污染的防治第65页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四65 氮氧化物：NO、NO2等NOx是形成硝酸酸雨的主要气体，其毒性比CO高10倍左右。 硫氧化物：SO2、SO3 (SOx)硫氧化物主要来自于燃煤，是形成硫酸酸雨的主要气体。 颗粒物：大气颗粒物包括尘（飘尘、

23、落尘）、烟、雾等。 烃类CxHy(或简写为 HC) 主要来源有炼油厂排放气、油品的不完全燃烧。 CO和CO2人类排放量最大的污染物，主要来自于燃料的不完全燃烧。其毒害是使血液失去输氧能力。3.4.1. 大气的主要污染物及危害第66页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四66小高炉炼钢土法炼锌贵州威宁彝族回族苗族自治县二塘镇第67页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四671.环境污染物的来源 工业：三废，量大、成分复杂、毒性强。 农业：农药、化肥、农业废弃物等。 交通运输：噪音、燃料燃烧的排放物等。 生活：生活中的“三废” 等。第68页，共81页，2022年，5

24、月20日，7点43分，星期四68 主要污染物为颗粒物、SO2 等黄色烟雾。12月10日大雾散去，4000 人死亡，其中大部分是老人，感染支气管炎和有关肺部疾病的患者达数千人.伦敦烟雾2. 重要的大气污染事件第69页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四69 主要污染物是O3、PAN、醛类、NOx 等蓝色烟雾，死亡 400 人。 这类污染容易在夏秋季、气温较高的气象条件下形成。洛杉矶烟雾 1952.12第70页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四70 (1) 固定源排放的废气比例较高、污染严重。 (2) 燃煤大国，属煤烟型污染。 (3) 机动车污染日益严重。3.

25、 我国空气污染的主要特征主要原因：煤为主要能源，废气一般虽经除尘但未脱硫。民用煤比例过高。燃煤设备热效率低。发展中国家。第71页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四71(1) 消除烟尘(2) 二氧化硫的控制石灰乳法：主要技术措施： *改进产生污染源的生产工艺和设备。 *更换燃料或使用清洁能源。 *净化排出的废气。3.4.2. 大气污染的防治2Ca(HSO3)2 + O2 + 2H2O 2CaSO42H2O + 2H2SO4 第72页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四72(3) 汽车废气治理六环牌 HX-OEM-3C-I 型三元催化剂 当前 Pt、Pd、Ru

26、 催化剂 (CeO2 为助催化剂、耐高温陶瓷为载体) 可使尾气中有害物质转化率超过 90%。第73页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四73全球性大气污染(1) 酸雨 酸雨、全球气候变暖与臭氧层的破坏是当前困扰世界的三大全球性大气污染问题。第74页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四74(1) SO2 + H2O = H2SO3 2H2SO3 + O2 = H2SO4SO3 + H2O = H2SO4(2) 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO酸雨对水体、森林和土壤都有重要影响。酸雨的形成：第75页，共81页，2022年，5月20日，7点43分，星期四75 温室气体主要