《化学（医药卫生类）》课件 第四章 化学反应速率与化学平衡

《

化

学

》（医药卫生类）配套教学课件第四章化学反应速率与化学平衡第四章化学反应速率与化学平衡

【预期目标】能说出化学反应速率和化学平衡的概念,能用宏观与微观相结合的方式思考和解决问题。知道反应条件对化学反应速率和化学平衡的影响,学会用变化观念与平衡思想分析和解决问题。通过探究浓度、温度、催化剂和压强等外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响,进一步发展科学探究能力、树立创新意识。第四章

化学反应速率与化学平衡

在化学反应的研究和实际应用中,人们常关注两个问题:一是化学反应进行的快慢,即反应速率的问题;二是反应物转变为生成物的程度,即反应限度也就是反应是否达到平衡的问题。

研究这两个问题,有助于我们深入了解化学反应的本质,根据实际需要选择最适宜的条件调控化学反应,提高反应速率。第四章

化学反应速率与化学平衡

【节目录】第一节化学反应速率第二节化学平衡第一节

化学反应速率

【温故知新】我们知道钠、镁、铝和水反应的剧烈程度逐渐减弱,说明不同化学反应的快慢程度不同。那如何来定量描述化学反应的快慢呢?又有哪些因素影响了化学反应的快慢呢?

钠、镁、铝和水的反应

化学反应速率可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，定义式为：反应进行的时间反应物或生成物的物质的量浓度的变化值（取正值）第一节

化学反应速率

一、化学反应速率的表示方法

浓度单位常用：mol/L；时间单位可用：s（秒）、min（分）、h（小时）等；

化学反应速率单位为：mol/(L·s)、mol/(L·min)、mol/(L·h)等。结合化学反应速率的表达式，思考以下问题：1.化学反应速率是瞬时速率还是平均速率？2.能否用纯固体或者纯液体来表示化学反应速率？3.同一反应，当用不同物质表示时，数值相同吗？

第一节

化学反应速率

一、化学反应速率的表示方法

提示：

由于在反应过程中，反应物和生成物的浓度及反应速率均随时间不断改变，因此上述定义所指的化学反应速率是指一段时间内的平均速率。纯固体（如Fe单质）、纯液体（如H2O）的浓度视为常数。

【问题解决】

某反应物在4min内,浓度由6mol/L降到了2mol/L，求该反应物在这段时间内的平均反应速率。

解：

答：该反应物在这段时间内的平均反应速率为1mol/（L·min）。

第一节化学反应速率

一、化学反应速率的表示方法

【问题解决】例一定条件下，合成氨的反应中，若N2和H2的起始浓度和2min后各物质的浓度数值如下:

N2

+

H2

2NH3第一节化学反应速率

一、化学反应速率的表示方法

起始浓度/(mol/L)1302min后浓度/(mol/L)0.61.80.8求该反应的反应速率是多少？

N2

+

H2

2NH3

解：答:反应速率：

为0.2mol/(L·min)，

为0.6mol/(L·min),

为0.4mol/(L·min)。

第一节

化学反应速率

一、化学反应速率的表示方法

合成氨的反应中(N2

+

H2

2NH3)，n(N2):n(H2):n(NH3)

=1∶3∶2，各反应物和生成物的浓度变化不相同。

结论：（1）用不同的反应物或生成物（固体、纯液体除外）表示化学反应速率时，其数值可能不同，但表示的都是同一反应在同一条件下的反应速率。（2）这些反应速率之比等于反应方程式中的化学计量数之比。

第一节

化学反应速率

一、化学反应速率的表示方法

第一节

化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素外因反应物本身的结构和性质浓度温度催化剂压强其他内因影响因素不同的化学反应会有不同的反应速率。第一节

化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素

方法导引

控制变量法

控制变量法是科学探究的重要方法之一，即在研究和解决问题的过程中，当研究一个物理量与多个因素之间的关系时，往往控制其他几个因素不变，先只让某一个因素发生变化，集中研究这一因素变化所产生的影响,对得出的数据进行对比、总结、归纳，最终解决所研究问题。这种方法在科学研究、工程实践和其他实验设计中具有广泛的应用。例如，研究外界条件对化学反应速率的影响时，研究者在其他条件不变的情况下，分次改变某个条件(反应物浓度、温度、催化剂等)，即可分别得出浓度、温度、催化剂等条件对化学反应速率影响的结论。

第一节

化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素1.反应物浓度对化学反应速率的影响【实验探究】向相同体积、不同浓度的Na2S2O3溶液中同时加入相同体积、相同浓度的稀H2SO4，观察并记录现象。Na2S2O3H2SO4Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓（淡黄色）+SO2↑+H2O第一节化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素1.反应物浓度对化学反应速率的影响【实验探究】向相同体积、不同浓度的Na2S2O3溶液中同时加入相同体积、相同浓度的稀H2SO4溶液，观察并记录现象。

反应物浓度对化学反应速率影响的实验现象记录试管号0.1mol/LNa2S2O3溶液/mLH2O/mL0.1mol/LH2SO4溶液/mL出现浑浊所需时间/s12242404长短第一节

化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素1.反应物浓度对化学反应速率的影响实验显示：Na2S2O3的浓度越大，反应出现浑浊的时间越短，反应速率越快。结论：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率加快；

减小反应物的浓度，反应速率减慢。注：物质B的物质的量浓度通常用cB或c(B)表示，但在需要时，也可以用[B]表示。Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓（淡黄色）+SO2↑+H2O第一节化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素2.反应温度对化学反应速率的影响【实验探究】

在不同温度下，分别进行相同浓度的Na2S2O3溶液和稀H2SO4溶液反应的实验，观察并记录现象。

反应温度对化学反应速率影响的实验现象记录试管号0.1mol/LNa2S2O3溶液/mL0.1mol/LH2SO4溶液/mLNa2S2O3溶液温度出现浑浊所需时间/s144室温244约50℃长短第一节化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素2.反应温度对化学反应速率的影响实验显示：当Na2S2O3溶液浓度不变时，温度升高，反应速率加快。结论：当其他条件不变时，升高温度，反应速率加快；

降低温度，反应速率减慢。经验规律：温度每升高10℃，反应速率约增大到原来的2～4倍。Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓(淡黄色)+SO2↑+H2O第一节化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素3.压强对化学反应速率的影响

温度一定时，压强的改变会明显影响气体的体积。

增大压强气体体积变小浓度增大

结论：对于有气体参加的反应，当其它条件相同时，

增大压强，相当于增大了气体反应物的浓度，反应速率加快；

减小压强，相当于减小了气体反应物的浓度，反应速率减小。

第一节化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素4.催化剂对化学反应速率的影响【实验探究】以双氧水的分解实验说明催化剂对反应速率的影响。

↑+2222OO2HOH2MnO2

催化剂是一种能改变其他物质的化学反应速率,而自身质量和化学性质都没有改变的物质。

大量实验和理论研究发现：催化剂能显著地改变化学反应速率。第一节

化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素

拓展延伸生物催化剂———酶

生物体内有天然活体催化剂——酶。酶是活细胞产生的具有催化活性和高度选择性的特殊有机物,可以加快细胞中的反应速率,使细胞高效率地实现功能,对生物体内的消化、吸收、代谢等过程起着非常重要的催化作用。

酶的种类很多,如淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶等。

酶催化作用的选择性极强。

酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行,在最适宜的温度和pH下,酶的活性最高。

α-淀粉酶第一节化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素此外，反应物的接触面积、光照、超声波、强磁场等因素对一些化学反应的速率也有一定影响。【小结】外因反应物本身的结构和性质浓度温度催化剂压强其他因素内因影响因素第一节化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素【问题解决】1.分析在下列事实中，是什么因素影响了化学反应速率。(1)木炭在纯氧气中燃烧比在空气中燃烧剧烈得多。(2)把新鲜水果和食物放在阴凉、低温处或置于冰箱内保存。(3)实验室利用氯酸钾制取氧气时加入少量的MnO2粉末能使产生气体的速率变快。(4)工业制硫酸的第一步是煅烧硫铁矿制取二氧化硫，煅烧前要将矿石粉碎再投入沸腾炉中,并鼓入强大的空气流,使矿粒在炉中剧烈翻腾。第一节化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素【问题解决】2.试解释以下现象：（1）人们将容易变质的食品放入冰箱保存；（2）某些药物要用棕色瓶盛放，并贮存在阴暗、低温处；（3）面粉发酵时，需要把面团放入温暖的环境中，发面效果更好。第一节

化学反应速率

二、影响化学反应速率的因素

化学与强国中国石油催化剂之父———闵恩泽

闵恩泽(1924—2016),四川成都人,石油化工催化剂专家,中国科学院和中国工程院院士,我国炼油催化应用科学的奠基人、石油化工技术自主创新的先行者、绿色化学的开拓者,被誉为“中国催化剂之父”。闵恩泽院士毕生致力于催化剂的开发和研究,他和他的研究团队突破了某些国家的技术封锁,研制了一些具有自主知识产权的石油炼制催化剂,使我国在该领域达到国际先进水平。1995年后,闵恩泽院士牵头指导开发化纤生产新工艺、生物柴油清洁生产新工艺,开启了我国的绿色化工时代。因成就突出,闵恩泽院士获得国家最高科学技术奖,成为一颗小行星的冠名者。

【学习评价】1.下列关于化学反应速率的说法中，正确的是(

)A.化学反应速率是用来衡量化学反应进行的快慢程度B.用不同的反应物或生成物表示反应速率时,数值相同C.对于任何化学反应,反应速率越大,反应现象越明显D.化学反应速率为0.1mol/(L·min)，表示1min后，某物质的浓度为0.1mol/L2.一定温度下,对反应C+CO2=2CO来说，增大下列哪个物质的浓度,可以加快反应速率()A.C

B.CO2

C.CO

D.以上均可第一节

化学反应速率【学习评价】3.决定化学反应速率快慢的根本因素是(

)A.温度

B.压强

C.浓度

D.反应物本身的结构和性质4.化学反应速率通常用来表示，单位为

、

或

。5.影响化学反应速率的外界因素主要有

、

、

和

。6.实验证明,当其他条件不变时,温度每升高10℃,反应速率约增大到原来的

倍。第一节

化学反应速率第二节

化学平衡

【温故知新】

写出氯水中Cl2与H2O的化学反应方程式，思考反应

物是否能按化学计量关系完全转变成产物？氯水呈浅黄绿色，说明氯水中存在溶于水的Cl2；但氯水有漂白作用，说明部分Cl2与H2O发生反应，生成了HClO。因此，该反应只能部分进行，反应物不能按化学计量关系完全转变成产物。什么样的反应只能部分进行，而不能进行到底?Cl2+H2OHCl+HClO

可逆反应：在同一条件下,既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的化学反应。特点：反应不能进行到底，反应物和生成物同时存在。

符号：

例如：

第二节

化学平衡

一、可逆反应

高温高压催化剂从左向右进行的反应称为正反应。从右向左进行的反应称为逆反应。

逆反应

正反应

可逆反应在密闭容器中的反应是有限度的，只能达到平衡状态。以合成氨为例:

第二节

化学平衡

二、化学平衡的概念

逆反应正反应υ正υt0υ逆υ正=υ逆

反应瞬间，υ正最大，υ逆为零。

反应开始后，υ正逐渐减小，υ逆逐渐增大，正反应为主。

一段时间后，υ正

=υ逆，容器中[H2]、[N2]和[NH3]的浓度不再随时间而改变，达到化学平衡状态。

在一定条件下，可逆反应中正反应速率和逆反应速率相等，各物质的浓度不再随时间而改变的状态，称为化学平衡。

化学平衡的特征：逆、等、动、定、变

逆：可逆反应或可逆过程。

等：正反应和逆反应速率相等，υ正=υ逆≠0。

动：化学平衡是一种动态平衡，反应并未静止。

定：化学平衡是可逆反应进行的最大限度，各物质浓度保持恒定。

变：化学平衡可以改变，条件改变，平衡发生移动。第二节

化学平衡

二、化学平衡的概念

研究发现，其他条件不变时，不管氨的初始浓度如何，达到平衡状态后，体系中各组分的平衡浓度之间总是存在以下关系：

第二节

化学平衡

二、化学平衡的概念

比值为常数大量实验证明,在一定温度下,对于某可逆反应:aA+bB

dD+eE

达到化学平衡时，生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积之比是一个常数。这个常数称为化学平衡常数。第二节

化学平衡

二、化学平衡的概念

aA+bB

dD+eE

化学平衡常数符号：K

表达式：

式中[A]、[B]、[C]、[D]为反应物和生成物平衡时的物质的量浓度，a、b、c、d为方程式中各相应化学式前面的系数。

意义：平衡常数K表示平衡体系中正反应进行的程度。K值越大，表示正反应进行得越完全；K值越小，表示正反应进行得越不完全。第二节

化学平衡

二、化学平衡的概念

【交流讨论】

写出下列可逆反应的平衡常数表达式，并总结书写注意事项。

可逆反应平衡常数表达式N2O4(g)2NO2(g)2NO2(g)N2O4(g)2C(s)+O2(g)2CO(g)第二节

化学平衡

二、化学平衡的概念

书写平衡常数表达式需注意：

化学方程式不同，平衡常数的表达式也不同。

固体、纯液体、水溶液中水的浓度可视为定值,其浓度不代入表达式中。

此外，对于同一可逆反应，平衡常数K随温度变化而变化，故使用时必须注意相应的温度。对于同一可逆反应，K与浓度无关，与温度有关。

交流讨论

化学平衡只是可逆反应在一定条件下的一种暂时的、相对的稳定状态。

因反应条件的改变，使可逆反应从一种平衡状态向另一种平衡状态转变的过程，称为化学平衡的移动。

移动的原因：外界条件发生变化。第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

旧平衡v正=v逆条件改变v'正

≠

v'逆新平衡v''正=v''逆

平衡移动的方向：

当外界条件改变后

第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

①若v'正

>v'逆，c''生成物>c生成物，平衡向正反应方向移动（向右移动）。平衡不移动。平衡向逆反应方向移动（向左移动）。②若v'

=v'逆，c''生成物=c生成物，③若v'正

<v'逆，c''生成物<c生成物，影响平衡移动的因素第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

浓度温度压强1.浓度变化对化学平衡的影响【实验探究】+KSCNFe(SCN)3]FeCl3血红色3Fe(SCN)33KCl

KSCN3FeCl++第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

1.浓度变化对化学平衡的影响【实验探究】

将Fe(SCN)3溶液分为4份，进行以下对照实验：

浓度变化对化学平衡移动的影响

试管号再滴入0.1mol/LFeCl3溶液/滴再滴入0.1mol/LKSCN溶液/滴KCl晶体红色深浅变化解释150020503000400少量平衡向右移动平衡向右移动平衡向左移动对照第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

在其他条件不变时，增大反应物的浓度后，血红色化合物Fe(SCN)3

的浓度增加，

v'正

>v'逆

，平衡右移。

【思考】在其他条件不变时，减小反应物的浓度：

v'正

和

v'逆

哪个大？平衡如何移动？结论：当其他条件不变时，

增加反应物的浓度或减少生成物的浓度,平衡向正反应方向移动;

增加生成物的浓度或减少反应物的浓度,平衡向逆反应方向移动。高压氧舱治疗人体血液中的血红蛋白(Hb)和氧气结合后可生成氧合血红蛋白(HbO2),氧合血红蛋白会释放氧气供组织细胞利用,其化学过程为:Hb+O2HbO2。高压氧舱是一种为患者提供高浓度氧气(高压)的医疗设备，通过提供高压氧气或高压空气，使舱内氧气浓度高于大气中氧气浓度,以便为患者提供更多的氧气。高压氧舱对多种疾病有治疗作用。例如，对于缺血缺氧性脑病等缺氧性疾病，高压氧舱治疗可以通过增大氧气的浓度，使平衡向生成氧合血红蛋白的方向移动，从而提高组织细胞的氧供,促进病情的好转。化学与医药第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

2.温度变化对化学平衡的影响

化学反应常伴随着放热或吸热现象的发生。热量符号用“△H”表示。

放出热量的反应称为放热反应，△H＜0表示放热；

吸收热量的反应称为吸热反应，△H＞0表示吸热。

反应中的热效应的表示方法：

2NO2(g)N2O4

(g),ΔH=-56.9kJ/mol放热（红棕色）（无色）N2O4

(g)

2NO2(g),ΔH=56.9kJ/mol吸热（红棕色）（无色）第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

2.温度变化对化学平衡的影响【实验探究】

烧杯热水杯(左)冷水杯(右)球内气体颜色变化2NO2(g)N2O4

(g),ΔH=-56.9kJ/mol放热（红棕色）（无色）吸热颜色变深颜色变浅第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

2.温度变化对化学平衡的影响

结论：当其他条件不变时，

升高反应温度，平衡向吸热反应(△H＞0)方向移动；

降低反应温度，平衡向放热反应(△H＜0)方向移动。

【问题解决】

合成氨反应

N2＋3H22NH3(△H＜0)，为了使平衡体系中有更多的氨气，如何控制温度？

第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

3.压强变化对化学平衡的影响

压强变化会对气体的体积产生影响，以NO2和N2O4的平衡体系为例说明压强变化对化学平衡的影响。

2NO2(g)N2O4

(g)

ΔH=-56.9kJ/mol放热（红棕色）（无色）【实验探究】

注射器中吸入一定量NO2和N2O4的平衡气体,用橡皮塞将细端管口封闭。快速推进、拉出注射器活塞,仔细观察管中气体的颜色变化。第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

3.压强变化对化学平衡的影响

2NO2(g)N2O4

(g),ΔH=-56.9kJ/mol放热（红棕色）（无色）吸热减压并达平衡快速拉出注射器活塞颜色变浅平衡移动颜色变深快速拉出注射器活塞颜色变浅平衡移动颜色变深增压并达平衡第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

3.压强变化对化学平衡的影响

实验操作气体体积变化压强变化颜色深浅变化解释推进注射器活塞推进注射器活塞变小变大红棕色变浅平衡向N2O4方向（分子总数减少）方向移动变小变大红棕色变深平衡向NO2方向（分子总数增加）方向移动减压并达平衡增压并达平衡第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

结论：其他条件不变时，对有气体参加的可逆反应

增大压强,平衡向气体分子总数减少的方向进行;

减小压强,平衡向气体分子总数增大的方向进行。注意：对于反应前后气体分子总数相等或者无气体参加的可逆反应，改变压力，化学平衡不移动。例如：CO+H2O(g)CO2+H2第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

对于气体反应：

气体分子数

a

+

b

d+

eaA(g)+bB(g)

dD(g)+eE(g)【问题解决】

分析下列可逆反应达到平衡后，当改变压力平衡是否移动？怎样移动？化学反应增大压强减小压强H2+I2(g)2HI2C(s)+O22CON2+3H22NH3不移动不移动向左移动向右移动向右移动向左移动第二节

化学平衡

二、化学平衡的移动

【思考】

催化剂对化学平衡有无影响？

由于催化剂能同等程度地增加正、逆反应速率,所以使用催化剂,对平衡没有影响。

催化剂能缩短可逆反应达到平衡的时间,从而提高生产效率。

如果改变影响平衡的一个条件（如温度、压强，以及参加反应的化学物质的浓度），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。这就是著名的勒夏特列原理，又称化学平衡移动原理。碳达峰和碳中和

气候变化是人类面临的全