第六章《揭示化学反应速率和平衡之谜》课件

1、第六章 揭示化学反应速率和平衡之谜第六章 第六章揭示化学反应速率和平衡之谜课件6.1 化学反应为什么有快有慢6.1 化学反应为什么有快有慢 举出几例你在生活中所遇到与化学反应快慢有关的事例演示实验钠、镁分别与水的反应分析观察到的实验现象一、化学反应有快有慢 举出几例你在生活中所遇到与化学反应快慢有关的 决定化学反应速率的因素，既有反应物本身的性质，又有外界条件。决定化学反应快慢的因素内因外因反应物本身的性质外界条件（如温度、压强、浓度、催化剂） 决定化学反应速率的因素，既有反应物本身的性质，又有外二、化学反应速率1、化学反应速率的含义 化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度。它与两个因素

2、有关： 一个是反应的时间；另一个是反应物或生成物的浓度。反应物浓度随着反应的进行而不断减小，生成物浓度随着反应的不断进行而增大。二、化学反应速率1、化学反应速率的含义 化学反2、化学反应速率的表示 化学反应速率用单位时间（如每秒，每分，每小时）内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大来表示。 某一物质的化学反应速率的计算式为： v = c t试根据以上计算式推出v 的单位是什么？mol/(Ls); mol/(Lmin); mol/(Lh)2、化学反应速率的表示 化学反应速率用单位时间 在容积为2L的一密闭容器中充入一定量的A2气体和B2气体，在一定条件下发生如下反应：A2(g)+B2(g)2C(g

3、)，反应前，容器中A2为0.1mol，经2s后测得A2为0.06mol，求A2在这2s内的平均反应速率。V(A2)=2=0.01mol/(Ls)0.120.062 那么，B2和C在这2s内的平均反应速率如何计算？V(B2)=V(A2)=0.01mol/(Ls)V(C)=2V(A2)=0.02mol/(Ls) 在容积为2L的一密闭容器中充入一定量的A2气体和B2 从上例可以看出，用不同物质表示同一反应时，反应速率不一定相等。 化学方程式中某些物质的系数不同，表示它们的浓度变化值不同，则分别用这些物质表示其化学反应速率就不同； 化学方程式中某些物质的系数相同，表示它们的浓度变化值相同，则分别用这些

4、物质表示其化学反应速率就相同。 从上例可以看出，用不同物质表示同一反应时，反应速率不一定 结论：对同一反应，各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质前面的系数比。mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)V(A)mV(B)nV(C)pV(D)q=需指出：用不同物质表示同一反应时，尽管其化学反应速率的数值不一定相同，但这个化学反应的快慢是一定的。 结论：对同一反应，各物质的反应速率之比等于化学方程例题：反应4NH3+5O2 4NO+6H2O 在5升的密闭容器中进行，30秒后，NO 的物质的量增加了0.3mol，此反应的平均反应速率用NO来表示为多少？若用O2的浓度变化来表示此反应速率是多少

5、？v(NO)=0.002mol/(Ls)v(O2)=0.0025mol/(Ls)例题：反应4NH3+5O2 4NO+6注意：1、在同一反应体系中用不同的物质来表示反应速率时，其数值是可以不同的，但是这些数值都表示同一个反应速率。因此化学反应速率的表示必须说明用哪种物质来做标准。2、用同一反应体系中不同物质表示同一速率时，其数值比一定等于化学方程式中相应的化学计量数之比。3、一般来说，化学反应的速率随着反应的进行可不断变化。因此某一时间段内的反应速率实际是指这一时间段内的平均速率，而不是指瞬时速率。注意：2、用同一反应体系中不同物质表示同一速率时，其数值比一 练习一：反应 A + 3B = 2C

6、 + 2D 在四种不同条件下的反应速率为：(1) v(A)=0.3mol/(Ls) (2) v(B)=0.6mol/(Ls) (3) v(C)=0.4mol/(Ls) (4) v(D)=0.45mol/(Ls)则该反应速率的快慢顺序为。(1)(4)(2)=(3) 所以比较反应速率大小时，不仅要看反应速率数值本身的大小，还要结合化学方程式中物质的化学计量数的大小来说明。 练习一：反应 A + 3B = 2C + 2 练习二：在25时，向100mL含HCl 14.6g的盐酸中，放入5.6g铁粉，反应进行到2s时收集到氢气1.12L(标况)，之后反应又进行了4s，铁粉全溶解。若不考虑体积变化，则：

7、(1)前2s内用FeCl2表示的平均反应速率为 ； (2)后4s内用HCl表示的平均反应速率为 ； (3)前2s与后4s比较，反应速率 较快，其原因可能 。0.25mol/(Ls)0.25mol/(Ls)前2s前2s时段盐酸浓度比后4s时段大 练习二：在25时，向100mL含HCl 14练习三： 1、在2L的密闭容器中，发生下列反应： 3A(g)+ B(g)=2C(g)+D(g)。若最初加入的A 和B 都是4mol，在前10sA 的平均反应速率为0.12mol/(Ls)，则10s时，容器中B的物质的量为 。 2、一定温度下，向一容积为2L的真空容器中加入1mol氮气，3mol氢气，3min后测

8、得容器内的压强是起始时压强的0.9倍，在此时间内用氢气的变化来表示反应速率为 。3.2mol0.1mol/(Lmin) 练习三： 1、在2L的密闭容器中，发生下列反应： 3A(g三、影响化学反应速率的因素反应物浓度温度催化剂气体压强其他因素固体颗粒大小固体颗粒越细,反应速率越快浓度越大,反应速率越快气体的压强越大,反应速率越快加入催化剂能加快反应速率温度升高,反应速率加快光、超声波、激光、放射线、电磁波、溶剂、扩散速度等 在分别盛有块状大理石和粉状大理石的试管中，同时加入相同浓度的稀盐酸，粉状大理石产生气泡的速率快得多。三、影响化学反应速率的因素反应物浓度温催化剂气体压强其他因素 外界条件对化

9、学反应速率的影响什么是有效碰撞？什么是活化分子？ 化学反应能发生的先决条件是：反应物分子(离子)之间发生碰撞。但是并不是每次碰撞都能发生化学反应，只有具备一定能量的分子(离子)相互碰撞才可能发生反应。有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞。 活化分子：能够发生有效碰撞的分子。活化分子百分数： （活化分子数/反应物分子数）100% 外界条件对化学反应速率的影响什么是有效碰撞？什么是活化1、浓度对化学反应速率的影响 原因：在其他条件不变时，对某一反应来说，活化分子百分数是一定的，即单位体积内的活化分子数与反应物的浓度成正比。所以当反应物的浓度增大时，单位体积内的分子数增多，活化分子数也相应的增多，反应速

10、率也必然增大。 规律：其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以增大反应速率；减小反应物的浓度，可以减小化学反应的速率。1、浓度对化学反应速率的影响 原因：在其他条件不变时注意：a、此规律只适用于气体或溶液的反应，对于纯固体或液体的反应物，一般情况下其浓度是常数，因此改变它们的量不会改变化学反应速率。 b、化学反应若是可逆反应，反应物或生成物的浓度改变，其正反应速率和逆反应速率的改变也符合上述规律。 c、气体或溶液浓度的改变与反应速率的关系并不是一概如此，若随着浓度的改变，物质的本质发生了变化，那么反应速率的含义也不同了。注意：a、此规律只适用于气体或溶液的反应，对于纯固体或液体的2、压强对反应速

11、率的影响原因：对气体来说，若其他条件不变，增大压强，就是增加单位体积的反应物的物质的量，即增加反应物的浓度，因而可以增大化学反应的速率。规律：对于有气体参加的反应，若其他条件不变，增大压强，反应速率加快；减小压强，反应速率减慢。2、压强对反应速率的影响原因：对气体来说，若其他条件不变注意：a、压强影响，只适用于讨论有气体参加的反应，当然并不一定全部是气体参加的反应。b、压强影响反应速率，必须伴随有压强改变时体积的改变现象。否则，压强的变化并没有作用到反应的体系上。即压强变则体积变，实际是浓度的变化。若容器的体积不变，因为各气体的浓度没有变，则速率不变。如在密闭容器中通入惰性气体。注意：b、压强

12、影响反应速率，必须伴随有压强改变时体积的改变现 3、温度对化学反应速率的影响原因：(1)浓度一定时，升高温度，分子的能量增加，从而增加了活化分子的数量，反应速率增大。 (2)温度升高，使分子运动的速度加快，单位时间内反应物分子间的碰撞次数增加，反应速率也会相应的加快。前者是主要原因。规律：其他条件不变时，升高温度，可以增大反应速率，降低温度，可以减慢反应速率。 3、温度对化学反应速率的影响原因：(1)浓度一定时，升高温注意：a、温度对化学反应速率的影响对放热反应和吸热反应都适用。b、反应若是可逆反应，升高温度时，正反应速率、逆反应速率都加快，但吸热反应比放热反应增加的程度要大；降低温度时，正反

13、应速率、逆反应速率都减小，但吸热反应速率减小的程度比放热反应减小的程度要大。注意：b、反应若是可逆反应，升高温度时，正反应速率、逆反应速4、催化剂对化学反应速率的影响 原因：在其他条件不变时，使用催化剂可以大大降低反应所需要的能量，会使更多的反应物分子成为活化分子，大大增加活化分子百分数，因而使反应速率加快。 规律：催化剂可以改变化学反应的速率。正催化剂：能够加快反应速率的催化剂。 负催化剂：能够减慢反应速率的催化剂。如不特意说明，则指正催化剂。4、催化剂对化学反应速率的影响 原因：在其他条件不注意：a、凡是能改变反应速率而自身在化学变化前后化学性质和质量没有发生变化的物质叫催化剂。b、同一催

14、化剂能同等程度的改变化学反应的速率。c、催化剂中毒：催化剂的活性因接触少量的杂质而明显下降甚至遭到破坏，这种现象叫催化剂中毒。注意：b、同一催化剂能同等程度的改变化学反应的速率。c、催化5、其他如光照、反应物固体的颗粒大小、电磁波、超声波、溶剂的性质等，也会对化学反应的速率产生影响5、其他如光照、反应物固体的颗粒大小、电磁波、超声波、溶剂的练习1：对于在溶液间进行的反应，对反应速率影响最小的因素是（ ）A、温度 B、浓度 C、压强 D、催化剂练习2：下列条件的变化，是因为降低反应所需的能量而增加单位体积内的反应物活化分子百分数致使反应速率加快的是（ ）A、增大浓度 B、增大压强 C、升高温度

15、D、使用催化剂CD练习1：对于在溶液间进行的反应，对反应速率影响最小的因素是（练习3： 设NO+CO2 2CO(正反应吸热)反应速率为v1；N2+3H2 2NH3(正反应放热)反应速率为v2。对于上述反应，当温度升高时，v1和v2变化情况为（ ） A、同时增大 B、 同时减小 C、v1减少,v2增大 D、v1增大,v2减小A练习3： A练习4：KClO3和NaHSO3间的反应生成Cl-和SO42-离子的速度与时间关系如图所示，已知反应速率随c(H+)的增加而加快，试说明(1)为什么反应开始时，反应速率增大？ (2)反应后期速率降低的主要原因是什么？ 反应速率时间练习4：KClO3和NaHSO3

16、间的反应生成Cl-和SO426.2 反应物如何尽可能转变成生成物6.2 反应物如何尽可能转变成生成物 我们知道,在一定条件下,有的化学反应能够发生,有的化学反应不能发生;有的反应进行得很快,有的反应却进行得很慢.那么,能够发生的化学反应是否能趋于完成,也就是说反应物是否能全部转变成生成物呢?一、可逆反应中的化学平衡 我们知道,在一定条件下,有的化学反应能够发生,有的化1、什么是可逆反应？ 在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应,叫做可逆反应。注意：可逆反应总是不能进行到底，得到的总是反应物与生成物的混合物。NH3H2ONH3H2ONH4OH 我们知道,在一定条件下,

17、有的化学反应能够发生,有的化学反应不能发生;有的反应进行得很快,有的反应却进行得很慢.那么,能够发生的化学反应是否能趋于完成,也就是说反应物是否能全部转变成生成物呢?一、可逆反应中的化学平衡1、什么是可逆反应？ 在同一条件下,既能向正反什么是饱和溶液？ 在一定温度下，在一定量的溶剂里，不能再溶解某种溶质的溶液，叫做这种溶质的饱和溶液。饱和溶液中溶质的溶解过程完全停止了吗？ 没有！以蔗糖溶解于水为例，蔗糖分子离开蔗糖表面扩散到水中的速率与溶解在水中的蔗糖分子在蔗糖表面聚集成为晶体的速率相等。什么是饱和溶液？ 在一定温度下，在一定量的溶剂里，不能平衡的特征：实验一：探索溶解平衡饱和食盐水有缺口的大

18、NaCl晶体思考：大NaCl晶体会溶解吗？大NaCl晶体的质量有何变 化？大NaCl晶体的形状呢？会溶解质量不变形状会改变是动态平衡（动）V溶解=V结晶，即V正=V逆（等）各组分的含量保持不变（定）发生在一定条件（温度一定）下的可逆反应里，随温度的改变而发生变化（变）平衡的特征：实验一：探索溶解平衡饱和食盐水有缺口的大NaCl中学阶段平衡的分类：溶解平衡化学平衡电离平衡水解平衡中学阶段平衡的分类：溶解平衡电离平衡即：溶解速率=结晶速率 达到了溶解的平衡状态， 溶解达到最大限度！ 一种动态平衡！那么，可逆反应的情况又怎样呢？即：溶解速率=结晶速率那么，可逆反应的情况又怎样呢？ V=1L的密闭容器

19、，800，101.3kPa CO + H2O CO2 + H2 始 0. 1 0. 1 0 0 (mol/L) 0.5min 0.08 0.08 0.02 0.02 1min 0.06 0.06 0.04 0.04 2min 0.05 0.05 0.05 0.05 4min 0.05 0.05 0.05 0.05催化剂高温 V=1L的密闭容器，800，101.3kP 开始时c(CO) 、c(H2O)最大，c(CO2) 、c(H2)=0随着反应的进行， c(CO) 、c(H2O)逐渐减小c(CO2) 、c(H2)逐渐增大所以，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，进行到一定程度，总有那么一刻，

20、正反应速率=逆反应速率，且正反应速率和逆反应速率的大小不再变化 。COH2O CO2H2 开始时c(CO) 、c(H2O)最大，c(CO2) 、c(正反应速率=逆反应速率正反应速率逆反应速率相等时间速率 这时，同一瞬间正反应生成CO2和H2 的分子数等于逆反应消耗的CO2和H2的分子数。 反应仍在进行，但是四种物质的浓度均保持不变，达到动态平衡，这就是我们要重点掌握的重要概念化学平衡状态。正反应速率=逆反应速率正反应速率逆反应速率相等时间速率 定义：化学平衡状态，就是指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。强调三点前提条件：可逆反应实质：

21、正反应速率 = 逆反应速率标志：反应混合物中各组分的 浓度保持不变的状态定义：化学平衡状态，就是指在一定条件强调三点前提条件：可逆反有关化学平衡的历史 翻开20世纪的史书，你会发现一个响亮的名字-弗里茨哈伯，德国天才化学家，因对化学平衡的突出贡献获得1918年诺贝尔化学奖哈伯在1906年使用锇作催化剂在200.3个大气压，600的高温下，使N2和H2反应获得了8%的NH3，震动了整个欧洲化学界；和世界上几乎所有的新发明一样，最先应用的是军事、是战争，1914年1918年的第一次世界大战。正如战后有些著名的军事家指出那样，如果德国没有哈伯、没有发现化学平衡，战争恐怕早就结束了-因为哈伯一方面给德

22、国提供了粮食（合成氨发明以前，农作物所需的氨肥主要来自粪便、花生饼、豆饼等），另一方面给德国提供了军火(生产硝铵和黄色炸药) 弗里茨哈伯化学反应进行的程度问题（即化学平衡）有关化学平衡的历史 翻开20世纪的史书，你会化学平衡的研究对象工程师的设想 19世纪后期，人们发现高炉炼铁所排出的高炉气中含有相当量的CO，作为工业革命发源地的英国有些工程师认为-这是由于CO和铁矿石的接触时间不长所造成的，于是在英国耗费了大量资金建造了一个高大的炼铁高炉（如图），以增加CO和铁矿石的接触时间。可是后来发现用这个高炉炼铁，所排出的高炉气中CO的含量并没有减少，你知道为什么吗？可逆反应化学平衡的研究对象工程师的

23、设想 19世纪后期，化学平衡状态的理解：用Ct图象描述化学平衡：C-t图象：如图：求该反应的化学方程式是：C(mol/L)t(s)0.50.40.30.20.10t1XYZt1时刻达到平衡状态2Z+X 2Y化学平衡状态的理解：用Ct图象描述化学平衡：C-t图象：CV-t图象：如图已知X和Y反应生成Z，反应式如下： 用Y物质的V正、V逆和时间t 画出反应开始至平衡的大致图象？化学平衡状态的理解：用 vt 图象描述化学平衡：VY mol/(L.S)t(s)0V正V逆V正=V逆达平衡状态X(g) + 2 Y(g) 2Z(g)V-t图象：化学平衡状态的理解：用 vt 图象描述化学平衡2、化学平衡状态的

24、特征(1)动：动态平衡（正逆反应仍在进行）(2)等：正反应速率=逆反应速率(3)定：反应混合物中各组分的浓度保 持不变，各组分的含量一定。(4)变： 条件改变，原平衡被破坏，在 新的条件下建立新的平衡。2、化学平衡状态的特征(1)动：动态平衡（正逆反应仍在进行）容器内N2、H2、NH3三者共存 容器内N2、H2、NH3三者浓度相等容器内N2、H2、NH3的浓度比恰为1:3:2t min内生成1molNH3同时消耗0.5molN2t min内，生成1molN2同时消耗3molH2能够说明 N2 + 3H2 2NH3反应在密闭容器中已达到平衡状态的是 ：判断可逆反应是否达到平衡状态？ 某时内断裂3

25、molHH键的同时，断裂6molNH键容器内质量不随时间的变化而变化容器内压强不随时间的变化而变化容器内密度不再发生变化容器内的平均摩尔质量不再发生变化容器内N2、H2、NH3三者共存 能够说明 N2 二、影响化学平衡移动的因素二、影响化学平衡移动的因素练习将2mol SO2 和1mol O2充入体积为1L的密闭容器中，保持一定温度，一段时间后，反应达平衡，测得平衡时SO3 = 1mol/L。画出整个过程的v-t图和c-t图vtctV正V逆2.01.00.5练习将2mol SO2 和1mol O2充入体积为1L的密闭一、化学平衡的移动一定条件下的化学平衡（v正 = v逆）条件改变原化学平衡被破

26、坏（v正 v逆）一定时间后建立新条件下的新化学平衡(v正=v逆)一、化学平衡的移动一定条件下的化学平衡（v正 = v逆）条件二、影响化学平衡的条件1、浓度对化学平衡的影响结论：增大反应物浓度平衡向正反应方向移动图示：（达平衡后增大某反应物的浓度）vtV正V逆V正V逆原因：当增大反应物浓度，正反应速率增大（此时逆反应速率不变），使得v正v逆，所以平衡向正反应方向移动（新平衡速率大于原平衡速率）。二、影响化学平衡的条件1、浓度对化学平衡的影响结论：增大反应 增加反应物浓度或减少生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动！ 增加生成物浓度或减少反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动！FeCl3+3KSCN

27、Fe(SCN)3+ 3KClFeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+ 3KCl 增加反应物浓度或减少生成物浓度，化学平衡向正反应结论：其它条件不变的情况下增大反应物浓度， V（正）V（逆），平衡正方向移动。减小生成物浓度， V（正）V（逆），平衡正方向移动。增大生成物浓度， V（正）V（逆），平衡逆方向移动。减小反应物浓度， V（正）V（逆），平衡逆方向移动。原因：反应物或生成物浓度的变化导致正、逆反应速率变化不一致，从而使平衡发生移动。平衡向浓度变化相反的方向移动结论：其它条件不变的情况下增大反应物浓度， V（正）V【讨论】下列各图表示某可逆反应在t1时刻达平衡后，于t2时刻改变某种物质的

28、浓度，再于t3时刻达到新平衡。试判断t2时刻是如何改变物质的浓度的及平衡移动的方向？vtV正V逆V逆V正t1t2t3图一tV正V逆V逆V正t1t2t3图二v增大生成物浓度平衡向逆反应方向移动减小反应物浓度平衡向逆反应方向移动【讨论】下列各图表示某可逆反应在t1时刻达平衡后，于t2时刻 【讨论】 现有反应 已知1mol CO和2molH2O在一定条件下反应，达平衡时，生成0.7molCO2。若其它条件不变，将2molH2O改为4molH2O，达到新平衡时，生成的CO2的量可能是( ) A. 0.65mol B. 0.83mol C. 1.0mol D. 1.4molBCO(g) + H2O(g)

29、 CO2(g) + H2(g) 【讨论】 现有反应 2、压强对化学平衡的影响结论：增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动推论：其它条件不变时，减小压强平衡向气体体积增大的方向移动；若反应前后气体体积不变，则改变压强时平衡不移动。vtV正V逆V逆V正450时，N2与H2反应生成NH3的实验数据压强（MPaH3（%）2.09.216.435.553.669.4原因：增大压强，体积缩小，反应物和生成物的浓度均增大，故正逆反应速率均增大；但逆反应参加反应的气体分子数多，其速率增加得更多。图示：（反应 达平衡后增大压强）2、压强对化学平衡的影响结论：增大压强平衡向气体体积缩小的方

30、先决条件：反应物或生成物中有气体。增大压强， V（正）V（逆），平衡正方向移动。减小压强， V（正） V（逆），平衡逆方向移动。增大压强， V（正）V（逆），平衡逆方向移动。减小压强， V（正） V（逆），平衡正方向移动。当 m + n p + q时：当 m + n p + q时：结论：对于反应 m A (g) + n B (g) p C (g) + q D (g) 平衡向压强变化相反的方向移动。先决条件：反应物或生成物中有气体。增大压强， V（正）讨论压强对平衡的影响时应注意：1、对没有气体参加或生成的可逆反应，因压强对其速率无影响，故此类反应达平衡后改变压强，平衡不移动。2、对于非纯气相反应，达平衡后改变压强，平衡移动方向只与反应前后气体分子数的相对大小有关。如可逆反应 ，达平衡后增大压强，平衡应向右移动。3、反应前后气体分子数没有发生改变的可逆反应，如改变压强，平衡不发生移动。2A(g)B(g) 3C(g)2A(g) + B(g) 3C(s) + D(g)讨论压强对平衡的影响时应注意：1、对没有气体参加或生成的可逆思考1、现有平衡体系下列情况下，平衡如何移动？保持温度、体积不变加入氩气；保持温度、压强不变加入氩气。2、向FeCl3溶液中加入KSCN溶液 ，发生反应后达如下衡： 若向该平衡体系中加水稀释，平衡是否移动？为什么？ Fe3+ + SC