气体反应 大气污染

气体反应大气污染第一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日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2第二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

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3第三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日3.1.1理想气体状态方程式3.1.2分压定律3.1理想气体4第四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日气体的最基本特征：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5第五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

pV=nRT

R----摩尔气体常数在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m3

R=8.314kPaLK-1mol-1理想气体状态方程式6第六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日⑴计算p，V，T，n四个物理量之一⑵气体摩尔质量的计算M=Mrgmol-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=nRT7第七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日=

=m/V⑶气体密度的计算：即：8第八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日组分气体：

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。

3.1.2分压定律9第九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日分压定律

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：10第十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日分压的求解：式中：xB

B的摩尔分数（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅰ）/（Ⅱ）得：即：11第十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

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+0.700mol12第十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa13第十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日3.2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14第十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日如果体积不变：3.2.1反应速率的表示方法注意:

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

15第十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日aA+bByY+zZ对于一般的化学反应：例:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)16第十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日2.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。17第十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例：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/mol·L-11.03.002s后浓度c/mol·L-10.82.40.4浓度的改变量△c/mol·L-1-0.2-0.6+0.4N2(g)+3H2(g)2NH3(g)解：18第十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

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。19第十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

1.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。20第二十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

α,β—反应级数：

对反应物A反应级数为α；对反应物B反应级数为β；总反应级数为α+β。注意：α，β必须通过实验确定其值。通常α≠a，β≠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。21第二十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日元反应（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。）22第二十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日对于通式：aA+bB=gG+dDυ=k{c(A)}a

.

{c(B)}b若为元反应，则反应速率方程为质量作用定律：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。23第二十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日故：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

υ=k{c(NO)}2.

c(O2)三级反应例如：C2H5Cl→C2H4+HCl

υ=kc(C2H5Cl)

一级反应

NO2+CO→NO+CO2

υ=kc(NO2).

c(CO)二级反应24第二十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日对于复杂反应：2NO+2H2→N2+2H2O反应机理：又称反应历程，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。25第二十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日又如反应：H2+I2→

2HI，其速率方程为：

υ=kc(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.I22Ib.H2+2I2HI26第二十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日结论：（１）对于一个具体的反应，究竟是不是元反应，应以实验结果为准，切不可望文生义。（２）一般情况下：增大反应物质的浓度，反应速率增加。27第二十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日2.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)28第二十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日式中: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/Kk29第二十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日(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30第三十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（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：

31第三十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日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32第三十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（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。33第三十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例如：活化络合物(过渡态)反应物(始态)生成物(终态)34第三十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日能量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)ΔEΔrHm始态(过渡态)IE

35第三十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日图3-3化学反应过程中能量变化曲线Ea(逆)(正)(正)Ea(逆)EacEac36第三十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（3）活化能与反应速率一般化学反应的活化能在60～440kJ·mol-1之间，活化能的大小对反应速率影响非常大。由阿仑尼乌斯公式：由公式可知：活化能越小，反应速率越大。37第三十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

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38第三十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日催化作用的特点：①只能对热力学上可能发生的反应起作用。②通过改变反应途径以缩短达到平衡的时间。④只有在特定的条件下催化剂才能表现活性。③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。39第三十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（1）均相催化：催化剂与反应物种在同一相中的催化反应。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40第四十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日催化剂对反应活化能的影响41第四十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

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42第四十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（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。43第四十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日酶催化：以酶为催化剂的反应。特点：①高效②高选择性③条件温和（3）酶催化44第四十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

（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。45第四十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（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。46第四十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日3.3化学平衡3.3.2化学平衡的移动3.3.1平衡常数表达式47第四十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日对于恒温恒压下不做非体积功的化学反应，当ΔrG<0时，系统在ΔrG的推动下，使反应沿着确定的方向自发进行。随着反应的不断进行，ΔrG

值越来越大，当ΔrG

=0时，反应因失去推动力而在宏观上不再进行了，即反应达到了平衡状态。ΔrG=0就是化学平衡的热力学标志或称反应限度的判据。平衡系统的性质不随时间而变化。48第四十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日3.3.1平衡常数表达式对于溶液中的反应：对于气相反应：Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)49第四十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日对于一般的化学反应：

*

是温度的函数，与浓度、分压无关。*

值越大，表明正反应进行得越完全。*

是量纲为1的量。KKK50第五十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日（2）标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应。书写平衡常数表达式时应注意以下几点：（1）各反应物相对分压（或相对浓度）以计量数为指数写在表达式的分母上；各生成物的则在分子上。51第五十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例题：已知25℃时反应（3）当一个反应为n个反应之和时，该反应的平衡常数为这n个反应的平衡常数之积。即：多重平衡原理③2BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的①2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)=0.45②I2(g)+Br2(g)2IBr(g)=0.051计算反应：K1K2K352第五十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日解：反应①+②得：=·=0.45×0.051=0.0232BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)K3K1K253第五十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日例题：恒温恒容下，GeO(g)与W2O6(g)反应生成GeWO4(g)：若反应开始时，GeO和W2O6的分压均为100.0kPa，平衡时

GeWO4(g)的分压为98.0kPa。2GeO(g)+W2O6(g)2

GeWO4(g)求：（1）反应的标准平衡常数。

（2）平衡时GeO和W2O6的平衡转化率。54第五十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

p(W2O6)=100.0kPa-kPa=51.0kPap(GeO)=100.0kPa-98.0kPa=2.0kPa解：2GeO(g)+W2O6(g)2

GeWO4(g)平衡pB/kPa100.0-98.0100.0-98.0开始pB/kPa100.0100.00变化pB/kPa-98.0

-98.055第五十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日56第五十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日平衡转化率：57第五十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日3.3.2化学平衡的移动1．浓度（或分压）的影响定义：在温度T时，反应aA（g）+bB（l）=gG（aq）+dD（s）

J在任意状态下的反应商J的表达式为：因条件的改变使化学反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程叫化学平衡的移动。58第五十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日改变反应物或产物的浓度（或分压），会引起J

发生变化。

时，平衡向着逆反应方向进行；

J>当时，平衡不发生移动；

J=

时，平衡向着正反应方向进行。

J<

59第五十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

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；60第六十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日2.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

＜61第六十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日将1.2molSO2和2.0molO2的混合气体，在800K和101.325kPa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1.1mol。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)试利用上述实验数据求该温度下反应2SO2+O2=2SO3的。62第六十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

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。63第六十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日吕•查德里（A.L.LeChatelier）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：64第六十四页，共八十一页，编辑于2023年，星期日3.4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65第六十五页，共八十一页，编辑于2023年，星期日

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、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66第六十六页，共八十一页，编辑于2023年，星期日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67第六十七页，共八十一页，编辑于2023年，星期日1.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。68第六十八页，共八十一页，编辑于2023年，星期日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1952.12.5-92.重要的大气污染事件69第六十九页，共八十一页，编辑于2023年，星期日主要污染物是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1952.1270第七十页，共八十一页，编辑于2023年，星期日(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.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。71第七十一页，共八十一页，编辑于2023年，星期日(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+2H2O2CaSO4·2H2O+2H2SO4

72第七十二页，共八十一页，编辑于2023年，星期日(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%。73第七十三页，共八十一页，编辑于2023年，星期日全球性大气污染(1)酸雨酸雨、全球气候变