[其它]第三章 气体反应 大气污染.ppt

2019/5/7,青岛理工大学,1,3-1 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,CHAPTER 3 气体反应 大气污染,2019/5/7,青岛理工大学,2,3.1 理想气体,3.1.1 理想气体状态方程式 3.1.2 分压定律,2019/5/7,青岛理工大学,3,3.1.1 理想气体状态方程,不考虑分子本身体积和分子间作用力的气体，其系统的势能在任何时刻都可忽略。,理想气体,对于温度较高、压力较低的实际气体，应用理想气体状态方程式所算得的结果与实际测得的相差不大。,8.314 Jmol-1K-1,误差不到1%。,2019/5/7,青岛理工大学,4,3.1.2 分压定律,总压：总压(P) = 各分压之和(Pi),O2 N2,O2,N2,ni为某组分气体的物质的量。,2019/5/7,青岛理工大学,5,O2 N2,O2,P = P(O2) + P(N2),PV = nRT,P(O2) V = n(O2)RT,PiV=niRT, 摩尔分数,2019/5/7,青岛理工大学,6,分体积：某一组分气体具有总压时，所占有的体积。,Vi,2019/5/7,青岛理工大学,7,PVi=niRT,PiV=niRT, 体积分数,2019/5/7,青岛理工大学,8,例3-2 在某温度下，将2.00L200kPa的H2与4.00L400kPa的Ar气充入4.00L的真空容器中，求混合气体的总压与各组分的分压。,H2的分压为100kPa，O2的分压为400kPa，混合气体的总压为500kPa。,解：,2019/5/7,青岛理工大学,9,Eg.：体积分数为0.040.94的H2，0.1550.94的CO， 0.0510.61的CH4在空气中会燃烧并发生爆炸。 环氧乙烷、硅烷等都是危险气体，使用时要特 别注意。,2019/5/7,青岛理工大学,10,高压气体钢瓶的颜色,2019/5/7,青岛理工大学,11,3-2 化学反应速率,引入：,化学反应,热力学因素,动力学因素,2019/5/7,青岛理工大学,12,3.2.1反应速率的表示方法,用单位时间内反应物浓度的消耗或生成物浓度的增加表示化学反应速率,单位为molL-1s-1（min，h）。,物质i的物质的量浓度的变化,物质i的化学计量数,瞬时速率,2019/5/7,青岛理工大学,13,pP + qQ = yY + zZ,2019/5/7,青岛理工大学,14,这种基于浓度的反应速率，对于任何一个反应，无论选择反应系统中的任何物质来表达反应速率，其反应速率都是相同的。,影响因素：,1. 与反应物本身的性质有关。,2. 与反应物浓度、温度及反应所经历的过程， 即反应历程有关。,2019/5/7,青岛理工大学,15,3.2.2 反应速率的影响因素,分子中旧键的破裂和新键的形成过程，是一个比较复杂的过程。,真正能弄清反应历程的反应还为数不多。,定义：一步完成的反应称为元反应。,元反应,基元反应,非基元反应: 复杂反应 由多个基元反应组成的复合反应叫非基元反应。,2NO + 2H2 = N2 + 2H2O,（1）2NO + H2 = N2 + H2O2 （慢） （2）H2 + H2O2 = 2H2O （快）,2019/5/7,青岛理工大学,16,反应速率方程,aA + bB = gG + dD,x为A物质的反应级数，y为B物质的反应级数，x+y为总反应级数。 反应级数由实验确定，可以为零，正数，负数或分数。,例：2NO + 2H2 = N2 + 2H2O,速率常数,1、浓度,2019/5/7,青岛理工大学,17,例如：,元反应：C2H5ClC2H4+HCl,反应速率方程：kc(C2H5Cl),质量作用定律：,pP + qQ = yY + zZ,仅对于基元反应,反应速率方程：,2019/5/7,青岛理工大学,18,注意事项：,2. 对有固体和纯液体参加的反应其浓度归到常数项中。 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 = k 此反应的速率与浓度无关，称作零级反应。,1. k是指反应物浓度都是 1 mol/L 时的反应速度， 与浓度变化无关，是温度的函数。,活化能,3. 只有基元反应才能根据反应方程式写出速率方程式， 习惯上称为质量作用定律。复合反应的速率方程式需通过实验测定。,2019/5/7,青岛理工大学,19,C,2019/5/7,青岛理工大学,20,2、温度,Arrhenius 公式：,范特霍夫规律： 温度每升高10 oC，反应速率加快24倍,2019/5/7,青岛理工大学,21,k 速率常数。 Ea 反应的活化能。 A 指前因子。 R 气体常数。8.314 J mol-1 K-1 T 绝对温度。,2019/5/7,青岛理工大学,22,对同一反应，当温度由T1 T2 时：,3、活化能,2019/5/7,青岛理工大学,23,k 速率常数。 Ea 反应的活化能。 A 指前因子。 R 气体常数。8.314Jmol-1K-1 T 绝对温度。,2019/5/7,青岛理工大学,24,lnk 与 1/T 是直线关系：,斜率=,= lnk ,2019/5/7,青岛理工大学,25,对阿仑尼乌斯公式的几点讨论：,比较公式,因为Ea 为正值，所以T 升高 k 增大，化学反应速度加快。,k 不仅与温度有关，而且与活化能有关。,2019/5/7,青岛理工大学,26,温度变化与反应速率变化的关系：,对同一反应，当温度由T1 T2 时：,NOTE：并不是所有的反应都符合阿仑尼乌斯公式， 例如：爆炸反应除外。,2019/5/7,青岛理工大学,27,3、活化能,k 不仅与温度有关，而且与活化能有关。,碰撞理论:,过渡态理论:,2019/5/7,青岛理工大学,28,碰撞理论:,活化分子：能够发生有效碰撞的分子。,活化能：,活化分子所具有的最低能量。,2019/5/7,青岛理工大学,29,过渡态理论:,E：反应物分子的平均能量。 E：生成物分子的平均能量。 E* ：过渡态（活化态）分子的平均能量。,Ea(正) = E* E,Ea(逆) = E* E,H = Ea(正) Ea(逆),过程,能量,E,E,E*,过渡态,Ea正,注意： Ea(正) 不一定大于Ea(逆),2019/5/7,青岛理工大学,30,A + BC = ABC = AB + C,2019/5/7,青岛理工大学,31,外加题,某一反应正反应的活化能为15kJ/mol，其逆反应的活化能是_。 A：15kJ/mol B: 15kJ/mol C: 15kJ/mol D: 无法判断,D,2019/5/7,青岛理工大学,32,4、催化剂,参与化学反应并改变反应历程和反应速率，但不影响化学平衡，自身的化学组成、质量、性质在反应前后保持不变，其本质是降低反应的活化能。使k增大。,v k,Ea(正) = E* E,2019/5/7,青岛理工大学,33,催化剂对反应历程的改变,2019/5/7,青岛理工大学,34,酶,2019/5/7,青岛理工大学,35,酶催化,酶是生物体内特殊的催化剂,酶催化特点,(1) 高效 (2) 专一性更强 (3) 适宜的温度和 pH,负催化剂,能降低反应速率的催化剂称为负催化剂。,如：,防老剂 防腐剂 抗氧剂,2019/5/7,青岛理工大学,36,外加题,若基元反应 A 2B的活化能为Ea1 ，而 2B A的活化能为Ea2 ，问： 1、加催化剂后， Ea 和Ea2 各有何变化？ 2、加不同的催化剂对Ea1 的影响是否相同？ 3、提高反应温度， Ea1 和Ea2 各有何变化？ 4、改变起始浓度后，Ea1 有何变化？,同时降低,不同,基本不变,无变化,2019/5/7,青岛理工大学,37,下列叙述正确的是 _ 。 吸热反应的活化能比放热反应的活化能高 一个反应的反应速率与化学方程式中出现的 全部作用物浓度都有关 催化反应的速率与催化剂的浓度无关 反应速率常数与作用物浓度无关,D,总之,2019/5/7,青岛理工大学,38,加催化剂可使化学反应的下列物理量中哪 一个发生改变？_ A. 反应热 B. 平衡常数 C. 反应的熵变 D. 速率常数,D,2019/5/7,青岛理工大学,39,(1) 增大浓度（或气体压力）,本质: 活化分子百分数没变, 只是活化分子总数增加。,(2) 升高温度 本质: 分子总数不变, 但更多的分子成为活化分子。,(3) 降低活化能 本质: 使更多的低能分子成为活化分子 。,总之， 提高化学反应速率的措施：,2019/5/7,青岛理工大学,40,3-3 化学平衡,3.3.1 化学平衡常数表达式 3.3.2 化学平衡的移动,2019/5/7,青岛理工大学,41,0 0.0100 0.0100 0 7.60 0,2000 0.00397 0.00397 0.0121 1.20 0.204,4850 0.00213 0.00213 0.0157 0.345 0.345,反应开始 ：c(H2)，c(I2) 较大，c(HI) = 0，正较大，逆为 0；反应进行：c(H2)，c(I2)减小，正减小，c(HI)增大，逆增大；某一时刻：正= 逆，系统组成不变，达到平衡状态。,3.3.1化学平衡常数表达式,2019/5/7,青岛理工大学,42,一个化学反应aA+bB=yY+zZ进行到极限时， 尽管微观上其正、逆反应绝不会停止，但在一定条件下，正、逆反应速率相等，此时系统所处的状态叫做化学平衡状态。,化学平衡状态,宏观上平衡时其各组分的压力或浓度均不再改变,2019/5/7,青岛理工大学,43,（3-13）,pP + qQ = yY + zZ,都是指平衡时的浓度或分压，K是一个量纲为一的量。,P=100KPa,c=1mol/L,2019/5/7,青岛理工大学,44,讨,论,1.平衡常数表达式中不包括固体和纯液体。 例： CaCO3(S) = CaO(S) + CO2(g),H2O = OH + H+,Zn(s) + 2H+ = Zn2+ + H2(g),2019/5/7,青岛理工大学,45,例： N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g),2.平衡常数表达式与方程式的书写有关。,1/2 N2(g) + 3/2H2(g) = NH3(g),2NH3(g) = N2(g) + 3H2(g),2019/5/7,青岛理工大学,46,3.多重平衡规则 若干反应相加或相减所得总反 应的平衡常数为这些反应的平衡常数之积或商。,例： (1) H2(g) + 1/2S2(g) = H2S,(2) 3H2(g) + SO2(g) = H2S(g) + 2H2O(g),求: (3) 4H2(g) + 2SO2(g) = S2(g) + 4H2O(g), (2) (1)2 = (3) 式,2019/5/7,青岛理工大学,47,4.K 的大小仅表示反应进行的程度, 并不表示反应 速度的快慢。,例: (1) Fe + CO2 = FeO + CO K1 (2) Fe + H2O = FeO + H2 K2 (3) CO2 + H2 = CO + H2O K3,= K1/K2,2019/5/7,青岛理工大学,48,3.3.2化学平衡的移动,A. 对于确定反应方程式、确定温度的反应：改变各 组分的压力或浓度时，其平衡常数不变，但平衡 要发生移动。,B. 温度不仅影响着平衡常数，而且还影响化学平衡 的移动。,2019/5/7,青岛理工大学,49,对于化学反应，平衡时, J = K 当C(反应物)增大或C(生成物)减小时, J K 平衡向逆向移动。,1.浓度或分压的影响,aA + bB = yY + zZ,反应商,2019/5/7,青岛理工大学,50,例题,2019/5/7,青岛理工大学,51,K是温度的函数，与分压和浓度的变化无关。, 对于放热反应， T K 对于吸热反应， T K ,催化剂不能改变反应平衡，只能改变反应速率。,2.温度的影响,当系统达到平衡后，倘若改变平衡系统的条件 之一（如温度、压力或浓度等），则平衡便要向 消弱这种改变的方向移动。,A . L . Le Chatelier 原理,2019/5/7,青岛理工大学,52,3-4 大气污染与防治,1、大气污染及其危害 2、大气污染的防治,常见大气污染物: 二氧化硫、氮氧化物、粉尘、雾、降尘、飘尘等,2019/5/7,青岛理工大学,53,3-4 大气污染与防治,1、大气污染及其危害,酸雨、温室效应和臭氧层空洞,2019/5/7,青岛理工大学,54,酸雨：指pH5.6的酸性降水，是大气污染现象之一。,成因：,2019/5/7,青岛理工大学,55,2019/5/7,青岛理工大学,56,2019/5/7,青岛理工大学,57,大气对流层中的某些有害气体的增加，引起地球平均 气温上升的现象，称为温室效应，CO2等称为温室气体。,温室效应,极地冰雪融化，海平面升高。,危害：,2019/5/7,青岛理工大学,58,超音速飞机、宇宙飞行器在臭氧层高度飞行时排放出 的NO以及用作制冷剂、除臭剂、头发喷雾剂等大量生产 的CFC13，CF2Cl2，CCl2FCClF2，CClF2CClF2等大气中 的有害气体，都能发生一系列的光化学反应而破坏臭氧 层，在两极出现臭氧层空洞。,臭氧层空洞,南极上空有一个“臭氧层空洞“,青藏高原上空夏季存在一个“臭氧低谷“,2019/5/7,青岛理工大学,59, 挡住了来自太阳的99%的紫外线辐射； 给地球提供了防护紫外线的屏蔽； 并将能量储存在上层大气； 起调节气候的作用。,臭氧层的作用：,1. 引起人类皮肤癌发病率增加; 2. 造成高空平流层变冷和地面变暖。,危害：,2019/5/7,青岛理工大学,60,2019/5/7,青岛理工大学,61,洛杉矶光化学烟雾事件 时间：1943年夏季； 地点：洛杉矶市 现象：250万辆汽车燃烧的1100吨汽油所产生的碳氢化合物等 气体，在太阳紫外线照射下引起化学反应，形成了浅 蓝色烟雾。 危害：使该市大多