第二章化学反应速率和化学平衡2

第二章化学反响速率和化学平衡2第二章化学反响速率和化学平衡2/第二章化学反响速率和化学平衡2第七章化学反响速率和化学平衡第二章化学反响速率和化学平衡第一节．化学反响速率一、化学反响速率1．看法：用单位时间内反响物浓度的减少或生成物的浓度增加来表示。2．意义：表示化学反响进行的程度的物理量。3．表达式：v=。4．常用单位：或。注意：（1）在同一化学反响里，用不相同物质表示的化学反响速率不用然，但表示的意义，故在反响时应指明用哪一种物质来表示。（2）无论是用某一反响物表示还是用某一世成物表示，其化学反响速率都取值，化学反响速率可表示某一时间段内的速率，而非速率（填平均或瞬时）。（3）在同一化学反响中，不相同的物质表示同一化学反响的速率，各物质的速率之比等于化学方程式中的之比。判断反响进行的快慢时，需做到两个一致，即：一致物质和单位。①用同一物质的反响速率比较反响快慢时，必定要换算为在速率单位一致的前提下再进行比较。②若用不相同物质的反响速率比较反响进行的快慢时，除要保证单位一致外，还要依照反响速率之比等于化学计量数之比换算为同一物质的速率后再比较。③一般来说，随着反响时间的延长，反响物浓度减小，反响速率也随着减小。比方：可逆反响A（g）+B（g）C（g）+D（g），在四种不相同情况下的反响速率以下，其中反响进行得最快的是（D）A.VA==0.15mol/L·minB.VB==0.5mol/L·minC.VC==0.4mol/L·minD.VD==0.01mol/L·s(5)固体或气体反响中的液体物质，反响在其表面进行，它们的“浓度”是变的，所以一般用固体、纯液体表示化学反响速率；（6）有关反响速率的计算一般用三段式列式更加规范。【例题】在2L的密闭容器中，加入1mol的N2和3mol的H2和，发生N2+3H22NH3，在2s末时，测得容器中含有0.4mol的NH3，求该反响的化学反响速率。解：N2+3H22NH3初步量（mol）：130变化量（mol）：0.20.60.42s末量（mol）：1-0.23-0.60.4则V（N2）==0.2/2×2==0.05mol/（L·s）V（H2）==0.6/2×2==0.15mol/（L·s）V（NH3）==0.4/2×2==0.1mol/（L·s）77第七章化学反响速率和化学平衡第二节影响化学反响速率的因素一、有效碰撞理论1、有效碰撞化学反响发生的先决条件是反响物分子必定发生碰撞;但不是任何两种反响物分子之间的碰撞都能发生反响,只有少许分子的碰撞能发生反响,这类能够发生化学反响的碰撞称为有效碰撞.分子间的碰撞是发生化学反响的必要条件，有效碰撞是发生化学反响的充分条件2、发生有效碰撞的条件①发生碰撞的分子拥有较高的能量（活化分子）②分子在必然方向上发生碰撞(分子碰撞时要有合适的取向)3、活化分子拥有较高能量，能够发生有效碰撞的分子，发生有效碰撞的分子必然是活化分子，但活化分子的碰撞不用然是有效碰撞。4、活化能活化分子高出反响物分子平均能量的部，活化分子的多少与该反响的活化能的大小有关，活化能的大小是由反响物分子的性质决，活化能高，活化分子的百分数低，反响难；活化能低，活化分子的百分数高，反响易；活化能越小，则单位体积中活化分子数越多，单位时间内的有效碰撞越多，反响速率越快。二、影响化学反响速率的因素1．浓度结论：浓度对化学反响速率的影响：当其他条件不变时，增大反响物的浓度，能够提高化学反响速率；减小反响物的浓度，能够降低化学反响速率。78第七章化学反响速率和化学平衡碰撞理论讲解：在其他条件不变时，对某一反响来说，活化分子在反响物分子中所占的百分数是必然的，当增大反响物的浓度时，活化分子数增加，所以有效碰撞次数增加，所以化学反响速率加快。所以，增加反响物浓度能够加快化学反响速率。（3）注意事项：①此规律只适用于气体反响或溶液中的反响。对于纯固体或纯液体物质，一般情况下其浓度常视为常数，所以改变它们的量不会改变化学反响速率。但固体物质的表面积的大小会影响化学反响速率。一般来讲，固体的颗粒越细，表面积就越大，反响速率就越高。例如：铝粉和铝条分别与盐酸反响时，铝粉的反响速率显然高于铝条，所以块状固体物质能够经过研细以增大表面积来提高反响速率。②增加反响物的浓度，就是增加单位体积内的反响物分子总数，单位体积内的活化分子数也随之增加（注意活化分子百分数保持不变），所以单位时间内有效碰撞次数增加，从而使化学反响速率增大。【应用】用饱和食盐水代替水制乙炔，以减缓太快的反响速率。2．温度结论：温度对化学反响速率的影响：当其他条件不变时，高升温度，反响速率常数增大，反响速率提高。经过实验测定，温度每高升10℃，反响速率平时要增大到原来2~4的倍。2）碰撞理论讲解：当其他条件不变时，高升温度，反响物分子的能量增加，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而增加了反响物分子中活化分子的百分数(注意与增大浓度的差异?)，使有效碰撞次数增加，所以使化学反响速率增大。3）注意事项：①温度对反响速率的影响适用于任何反响，即无论反响物质的状态及反响的热效应怎样，升高温度，反响速率都提高。无论放热反响还是吸热反响，诚然温度高升.反响速率都提高,79第七章化学反响速率和化学平衡但是提高的倍数是不相同的：吸热反响提高的倍数多，放热反响提高的倍数少。由于高升温度直接改变了活化分子的百分含量，所以温度的改变对于化学反响速率的改变比浓度和压强的改变大，一般温度每高升10℃，化学反响速率加快2~4倍。②高升温度，反响物分子能量增加，使部分原来能量较低的分子也成为活化分子，从而增大了活化分子百分数及活化分子总数，使有效碰撞次数增加，化学反响速率加快。【应用】〈1〉.在实验室进行化学反响时，经常经过给反响物加热来增大反响的速率。2〉合成氨工业中，是在500℃的条件下进行反响，以加快反响进行的速度。3〉为防范食品变质，我们将食品放入冰箱中保存，以降低食品变质的速率。3．压强结论：压强对反响速率的影响：对于有气体参加的化学反响，若其他条件不变，压强的变化实质上是气体浓度的变化。所以增大压强，反响速率提高；减小压强，反响速率降低。（2）碰撞理论讲解：减小气体的体积，气体的压强增大（实质增大了反响物的浓度），单位体积内的分子数就增大，有效碰撞次数增加，化学反响速率就增大。（3）注意事项：①在谈论压强对化学反响速率的影响时，应区分引起压强改变的原因，对于气体参加的反响系统来说，有以下几种情况a．恒温时，增加压强引起引起引起体积减小浓度增大化学反响速率加快b．恒容时，充入气体反响物引起引起引起总压强增大浓度增大化学反响速率加快引起恒容时，充入稀有气体（或不参加反响的气体）总压强增大，但各物质的浓度不发生变化，所以化学反响速率不变c．恒压时，充入稀有气体引起引起引起系统体积增大各反响物浓度减小反响速率减慢②由于压强改变时，固体、液体或溶液的体积影响很小，所以它们对浓度改变的影响也很小，能够认为改变压强时对它们的反响速率无影响。例:以下几个实验比较(1)10ml、0.1mol/L的NaSO溶液与0.1摩/升的硫酸10毫升反响的实验。223(2).CaO固体与SiO固体在高温下反响生成CaSiO。23(3).SO2与O2在一密闭容器内反响生成SO3。（谈论）给上述三个反响的容器加压，三个反响的反响物的浓度是怎样变化的？【事实的办理】列表比较编号反响物的状态加压后反响物浓度变化加压后反响的速率变化80第七章化学反响速率和化学平衡(1)(2)(3)催化剂（1）结论：催化剂对反响速率的影响：催化剂是指能提高反响速率而在反响前后自己的质量和化学性质不变的物质。催化剂参加反响，改变反响历程，降低反响的活化能，从而提高化学反响速率。2）碰撞理论讲解：催化剂降低了所需要的能量，从而增加了反响物分子中活化分子的百分数，使有效碰撞次数增加，所以成倍地增加化学反响速率。3）注意事项①催化剂能相同倍数地改变正逆反响速率，但不能够影响化学平衡的搬动，即催化剂诚然能提高反响速率但不能够改变化学反响的平衡常数，不能够改变平衡转变率。②催化剂拥有选择性，即它只对某一反响或某类反响起催化作用。③催化剂能数不胜数倍地增大化学反响速率，可见对化学反响速率的影响程度最大，所以现代化工业生产中催化剂占有极为重要的地位。对化学反响速率影响程度的大小，一般为：化剂温度浓度或压强。【对结论的再认识】催化剂改变化学反响速率的原因可是是改变始态到终态的路子，不改变反响的结果。例：（1）在加热条件下：2Cu+O2==2CuO2CuO+2CHCHOH==2Cu+2CH3CHO+2HO322（2）氮的氧化物破坏臭氧：NO+O3==NO2+O2NO2+O==NO+O2除上述因素外，光、超声波、激光、放射线、电磁波、反响物颗粒大小、扩散速率、溶剂等因素也都能对某些化学反响的反响速率产生必然的影响，别的形成原电池也是加快化学反响速率的一种方法。三、化学反响速率的计算（1）在解题过程中经常用到“初步量、转变量、某时辰量”的格式来解析、解决问题。－1－1，如对于反响：mA+nB===pC+qD。A的初步浓度为amol·L，B的初步浓度为bmol·L反响进行到t1s时，A耗资了xmol·L－1，则反响速率可计算以下：81第七章化学反响速率和化学平衡第二节化学平衡一、可逆反响与不能逆反响1溶解平衡.当温度一准时，饱和溶液中的固体溶质溶解和溶液中的溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程素来在进行，而且两种过程的速率________，于是饱和溶液的浓度和固体溶质的质量分数都________。我们把这类过程称作________。表述这类过程时，约定采用“”来代替反响式中原来用的“====”号，把从左向右的过程称作________；由右向左的反响称作________。2、可逆反响的看法：在________，既能向________方向进行，又能向________方向进行的反响叫做可逆反响。若正、逆反响是在_________发生的，则不属于可逆反响。如：2H2O2H2↑+O2↑，即可逆反响中的___________和___________必定同时存在于同一反响系统中，在相同条件下，正、逆反响都能够自动进行。正逆反响是相对的，不是绝对的，平时把_______________反响称作正反响，___________反响称作逆反响。任何可逆反响，在___________进行的同时，___________也在进行。不能逆反响82第七章化学反响速率和化学平衡正反响几乎能___________，而逆反响进行的程度___________，这样的反响平时称为不可逆反响。如酸碱的中和反响、H2的燃烧等二、化学平衡状态（一）.化学平衡的建立以CO和H2O(g)的反响为例来说明化学平衡的建立过程。CO+HO(g)CO2+H22开始浓度0．010．0100一段时间后0．0050．0050．0050．005如图：归纳：1反响刚开始时：反响物浓度，正反响速率。生成物浓度，逆反响速率。（填“最大”或“最小”）2反响进行中时：反响物浓度，正反响速率。生成物浓度，逆反响速率。（填“增大”、“减少”或“不变”）3反响达到平衡后：反响物浓度，生成物浓度。（填“改变”或“不变”）。此时正反响速率与逆反响速率。（填“相等”或“不相等”）（二）化学平衡状态必然条件下，当一个可逆反响进行到正逆反响速率相等时，各组成成分浓度不再改变，达到表面上静止的一种“平衡”，这就是这个反响所能达到的限度即化学平衡状态.即该反应进行的限度，此时反响物的转变率。（三）化学平衡状态的特点1“逆”：化学平衡研究的对象是，各物质的转变率必小于。2“动”：即化学平衡是，正反响和逆反响仍在进行。3“等”：是指，必定用同一物质来表示，这是化学平衡状态的实质特点。4“定”：由于v正v逆，平衡混杂物中各组分的浓度及体积（或质量分数）。5“变”：外界条件改变以致，原化学平衡被破坏，从而发生平衡搬动直至建立新平衡。(四).判断平衡的依照（标志）1依照混杂物质中各成分的含量判断①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数必然，化学反响必然达到平衡。②各物质的质量或各物质质量分数必然，化学反响必然达到平衡。③各气体的体积或体积分数必然，化学反响必然达到平衡。④整体积、总压力、总物质的量必然，化学反响不用然达到平衡。2运用化学反响速率判断①若用同一物质，V正=V逆则平衡即该物质的生成速率等于它的耗资速率。②若用同一反响中的不相同物质判准时,必定具备：一个表示V正,另一个表示V逆,且两者速率之比=化学计量数之比。83第七章化学反响速率和化学平衡例对于可逆反响mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)①在单位时间内耗资了mmolA同时生成mmolA，即V(正)=V(逆)，化学反响必然达到平衡。②在单位时间内耗资了nmolB同时耗资了pmolC，则V(正)=V(逆)，化学反响必然达到平衡。V(A):V(B):V(C):V(D)=m:n:p:q，V(正)不用然等于V(逆)，化学反响不用然达到平衡。④在单位时间内生成nmolB，同时耗资了qmolD，化学反响不用然达到平衡。混杂气体的颜色不再发生变化若系统中存在有颜色的气体，如2HI(g)H2(g)+I2(g)或2NO(g)N2O4(g)等反应，当混杂气体的颜色不再发生变化时就说明反响到达了化学平衡状态。从化学键的断裂与形成来判断对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。对不相同物质而言，与各物质的化学计量数和分子内的化学键多少有关。如：对反响，当有3molH—H键断裂，同时有键断裂，则该反响达到了化学平衡。（五）化学平衡的搬动看法：已达到平衡的反响,外界反响条件改变时,平衡混杂物里各组成物质的百分含量也就会改变而达到新的平衡状态叫化学平衡搬动2、影响化学平衡搬动的条件（结合V-t图象）1）浓度对化学平衡搬动的影响①浓度对化学平衡搬动的影响规律在其他条件不变的情况下，增大反响物的浓度或减少生成物的浓度，都能够使平衡向正方向搬动；增大生成物的浓度或减小反响物的浓度，都能够使平衡向逆方向搬动注：增加固体或纯液体的量，由于浓度不变，所以平衡不搬动②用v-t图表示化学平衡的搬动：【实验研究一】：研究浓度变化对化学平衡的影响实验原理：已知在K2Cr2O7的溶液中存在以下平衡：272－+H2O2CrO42－+2H+CrO84第七章化学反响速率和化学平衡K2Cr2O7为橙色，K2CrO4为黄色。实验步骤：①取两支试管各加入5ml0.1mol/LK2Cr2O7溶液，尔后按下表步骤操作，观察并记录溶液颜色的变化。步骤滴加3~~10滴浓H2SO4滴加10~~20滴6mol/LNaOHK2Cr2O7溶液实验结论：【实验研究二】：研究浓度变化对化学平衡的影响3＋－Fe（SCN）3（红色）实验原理：Fe＋3SCN实验步骤：向盛有5ml0.005mol/LFeCl3溶液的试管中加入5ml0.01mol/LKSCN溶液，溶液显红色。（1）将上述溶液均分置于两支试管中；向其中一支试管中加入饱和FeCl3溶液4滴，充分振荡，观察溶液颜色变化；向另一支试管滴加4滴1mol/LKSCN溶液，观察溶液颜色变化。（2）向上述两支试管中各滴加0.01mol/LNaOH溶液3~~5滴，观察现象，填写下表。编号12步骤（1）滴加饱和FeCl3溶液滴加1mol/LKSCN溶液现象步骤（2）滴加NaOH溶液滴加NaOH溶液现象结论2）压强对化学平衡搬动的影响①压强对化学平衡搬动的影响规律其他条件不变时，增大压强，会使平衡向着体积减小方向搬动；减小压强，会使平衡向着体积增大方向搬动。②用v-t图表示化学平衡的搬动85第七章化学反响速率和化学平衡注意：①改变压强不能够使无气态物质存在的化学平衡发生搬动②改变压强实质是指能改变气体浓度的压强3）温度对化学平衡的影响①温度对化学平衡搬动的影响规律在其他条件不变的情况下，温度高升会使化学平衡向着吸热反响方向搬动，温度降低会使化学平衡向着放热反响方向搬动。②用v-t图表示化学平衡的搬动4）、催化剂对化学平衡的影响：①催化剂对化学平衡搬动的影响规律由于使用催化剂对正反响速率和逆反响速率影响的程度是等同的，所以平衡不搬动。但是使用催化剂能够影响可逆反响达到平衡所需的时间。②用v-t图表示化学平衡的搬动小结：改变条件瞬时达到平衡前达到新平衡反响特点改变条件v—t图象v逆v正与v逆的平衡搬动方向A转B转v正关系化率化率86第七章化学反响速率和化学平衡Q＞0高升温度↑↑<←↓↓降低温度Q<0高升温度↑↑>→↑↑降低温度性加V不变——=———气入V变大↓↓>→↑↑m+n<p+q体惰V变小增大压强减小压强性加V不变——=———气入V变大↓↓=———体m+n=p+q惰V变小增大压强减小压强性加V不变——=———气入V变大↓↓<←↓↓体m+n>p+q惰V变小增大压强减小压强注:用“=”表示相等“↑”表示高升或增加“↓”表示降低或减少“—”表示没关或不变“V”表示体积“v”表示速率三、化学平衡常数1、看法：在必然温度下，当一个可逆反响达到平衡状态时，生成物浓度以系数为指数的幂的乘积与反响物浓度以系数为指数的幂的乘积的比值是一个常数。这个常数就是该反响的化学平衡常数（简称平衡常数）2、表达式：对于一般的可逆反响，mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）3、平衡常数的意义：（1）平衡常数的大小反响了化学反响进行的程度（也叫反响的限度）。但不能够预示反响达到平衡所需要的时间。K值越大，表示反响进行得越完好，反响物转变率越大；K值越小，表示反响进行得越不完好，反响物转变率越小。（2）判断正在进行的可逆可否平衡及反响向何方向进行：对于可逆反响：mA(g)+nB(g)物的浓度和生成物的浓度有以下关系：

pC(g)+qD(g)，在必然的温度下的任意时辰，反响Qc=Cp(C)·Cq(D)/Cm(A)·Cn(B)，叫该反响的浓度商。87第七章化学反响速率和化学平衡Qc＜K，反响向正反响方向进行Qc＝K，反响处于平衡状态Qc＞K，反响向逆反响方向进行（3）利用Ｋ可判断反响的热效应若高升温度，Ｋ值增大，则正反响为吸热反响(填“吸热”或“放热”)。若高升温度，Ｋ值减小，则正反响为放热反响(填“吸热”或“放热”)。4、使用平衡常数应注意的几个问题（１）、化学平衡常数只与有关，与反响物或生成物的浓度没关。（2）、在平衡常数表达式中：水(液态)的浓度、固体物质的浓度不写C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，K=c(CO)·c(H2)/c(H2O)Fe(s)+CO(g)Fe(s)+CO(g)，K=c(CO2)/c(CO)2（3）、化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关比方：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1，1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2，NH3(g)1/2N2(g)+3/2H2(g)的平衡常数为K3；写出K1和K2的关系式：122。K=K写出K2和K3的关系式：K2·K3=1。1和K3的关系式：132=1。写出KK·K5、某个指定反响物的转变率=该反响物的初步浓度该反响物的平衡浓度×100%该反响物的初步浓度也许=该反响物反响中耗资(反响)浓度×100%该反响物的初步浓度也许=该反响物反响中耗资(反响)的物质的量×100%该反响物的初步物质的量转变率越大，反响越完好！（１）当反响物只有一种时：aA(g)bB(g)+cC(g)，增加Ａ量，Ａ的转变率取决于气体物质的系数：①若a=b+c,转变率不变②若a＞b+c，转变率高升③若a＜b+c，转变率降低（2）当反响物不仅一种时：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)①增加Ａ量，平衡向正反响方向搬动，Ａ的转变率降低，B的转变率高升；88第七章化学反响速率和化学平衡②若按原比率同倍数增加A、B的量。平衡向正反响方向搬动，转变率取决于气体物质的系数：（a)a+b=c+d,转变率不变。b)a+b＜c+d,转变率降低。c)a+b＞c+d,转变率高升。（３）对于反响：mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），若A、B初步量之比为m：n则达到平衡时A、B的转变率相等。6、有关化学平衡常数的计算：（1）、设在某温度时，在容积为1L的密闭容器内，把氮气和氢气两种气体混杂，反响后生成氨气。实验测得，当达到平衡时，氮气和氢气的浓度各为2mol/L，生成氨气的浓度为3mol/L，求这个反响在该温度下的平衡常数和氮气、氢气在反响开始时的浓度。(答案:K=0.5625氮气、氢气在反响开始时的浓度分别为3.5mol/L和6.5mol/L)（2）、现有必然温度下的密闭容器中存在以下反响：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，知CO和H2O的初步浓度均为2mol/L经测定该反响在该温度下的平衡常数K=2.60，试判断，1）当CO转变率为50％时，该反响可否达到平衡状态，若未达到，哪个方向进行？2）达平衡状态时，CO的转变率应为多少？（3）当CO的初步浓度仍为2mol/L，H2O的初步浓度为6mol/L时，CO的平衡转变率为多少？(答案:（1）不平衡,反响向正方向进行,（2）61.7%（3）86.5%)第四节化学反响进行的方向一、自觉过程和自觉反响1.自觉过程：在必然条件下不需要外力作用就能自动进行的过程2.自觉反响：在给定的一组条件下，一个反响能够自觉地进行到显然程度，就称为自觉反响。3.非自觉反响：不能够自觉地进行，必定借助某种外力才能进行的反响。说明⑴自觉过程和自觉反响可被利用来完成适用功。如向下流动的水可推动机器;甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，还可设计为燃料电池。⑵非自觉过程要想发生，则必定对它做功。如利用水泵可将水从低处流向高处，通电可将水分解性成氢气和氧气。89第七章化学反响速率和化学平衡二、化学反响进行方向的判据1.能量判据①对于有能量变化的自觉过程共同特点：系统的能量趋向于从高能量状态转变成低能量状态（这时系统会对外面做功也许释放热量）。由于能量越低越牢固。如甲烷与氧气混杂遇火就燃烧、锌与CuSO4溶液会自动反响生成Cu和ZnSO4。②多数能自觉进行的化学反响是放热反响，放热的化学反响简单自觉进行，这就是所谓的能量判据。（但是较片面，不科学）比方：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反响就是一个自觉的、放热反响。4Fe(OH)(s)+2HO(l)+O(g)===4Fe(OH)－12322在常温、常压下，氢氧化钠溶液和盐酸的反响也是一个自觉的、放热反响。其热化学方程式为：NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)△H(298K)＝－56kJ/mol③多数自觉进行的化学反响是放热反响，吸热反响就不用然不自觉进行，但也有很多吸热反响能自觉进行。如：Ba（OH）2·8H2O与氯化铵是吸热反响是自觉的N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）△H=＋56.7KJ/mol；NH4HCO3（s）+CH3COOH（aq）=CO2（g）+CH3COONH4（aq）+H2O（l）△H=＋37.3KJ/mol；(NH)CO(s)===NH4HCO(s)+NH3(g)△H(298K)＝+74.9kJ/mol4233有一些吸热反响在室温条件下不能够自觉进行，但在较高温度下却能自觉进行。比方：在室平易较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反响：CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)△H(298K)＝+178.2kJmol·－1CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)△H(1200K)＝+176.5kJmol·－1反响放热有利于反响自觉进行，反响吸热也有可能自觉进行，这说明反响的焓变可