化学的反应速率和限度.ppt

第三节化学反应的速率和限度 感受身边的化学反应 你发现了什么 爆炸在瞬间完成 金属生锈以年月计 食物腐败以天计 离子反应以秒计 塑料老化以年计 溶洞形成以万年计 有的化学反应进行得快 有的化学反应进行得慢 快 烟火 核爆炸 燃烧 问 化学反应进行得快慢该怎样比较 慢 生锈的古钟 钟乳石的形成 铁桥生锈 A 定性观察法 冒气泡快慢 浑浊程度 固体量减少 颜色变化 温度变化等 B 定量表示法 准确 即据反应物消失或生成物产生的快慢粗略比较 问题1 描述化学反应进行的快慢 联想 物理中怎样定量描述物体 质点 运动的快慢 速度 描述质点运动快慢的的物理量 等于位移和发生此位移所用时间的比值 速度 描述质点运动快慢的物理量 化学反应速率 描述化学反应过程进行的快慢的物理量 一 化学反应速率 3 单位 mol L S mol L min 1mol L 1 S 1 2 数学表达式为 V C t 1 化学反应速率表示方法 用单位时间 如每秒 每分钟 每小时 内反应物或生成物 均取正值 来表示 符号v 浓度的减少量 浓度的增加量 即兴训练 测得有NH31 8mol 计算该反应的速率 VH2 VN2 VNH3 0 675mol L min 10 225mol L min 10 450mol L min 1 化学反应速率 反应速率单位 mol L min 或mol L S 注意 1 是平均速率 均取正值 2 表示气体反应速率 固体 纯液体浓度为常数 3 指明哪种具体物质做标准 aA bB dD eE 同一反应不同物质的反应速率 数值可以不同 但整个反应的速率相同 4 各物质的速率之比等于系数之比 比例关系 V A V B V D V E a b d e等式关系 二 化学反应速率中应该注意的问题 例1 反应A 3B 2C 2D在四种不同情况下的反应速率分别为 v A 0 15mol L s v B 0 6mol L s v C 24mol L min v D 0 45mol L s 则该反应进行的快慢顺序为 例2 在2L容器中 发生3A B 2C的反应 若最初加入的A和B均为4mol A的平均反应速率为0 12mol L s 则10s后容器内的B物质是 A 2 8molB 1 6molC 3 2molD 3 6mol C 典型例题解析 4 比较同一反应在不同条件下的反应速率时 应 统一基准物质 统一单位 三 有关化学反应速率的计算 A 据公式计算 B 据关系式计算 各物质的速率之比等于方程式计量数之比 据系数比求其他物质的速率 据速率比求系数比 典型例题练习 练习1 某温度时 在2L容器中X Y Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如右图所示 由图中数据分析 该反应的化学方程为 反应开始至2min Z的平均反应速为 n mol t min 123 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 1 2 0 05mol L min X Y Z 练习2 则该反应速率的快慢顺序为 反应A 3B 2C 2D在四种不同条件下进行反应 反应速率分别为 1 A 0 3mol L s 2 B 0 6mol L s 3 C 0 4mol L s 4 D 0 5mol L s 1 4 2 3 A 0 2mol L s A 0 2mol L s A 0 25mol L s C 比较反应速率的快慢 一 化学反应速率 3 单位 mol L S mol L min 1mol L 1 S 1 2 数学表达式为 V C t 1 化学反应速率表示方法 用单位时间 如每秒 每分钟 每小时 内反应物或生成物 均取正值 来表示 符号v 浓度的减少量 浓度的增加量 化学反应速率 反应速率单位 mol L min 或mol L S 注意 1 是平均速率 均取正值 2 表示气体 溶液反应速率 不能用固体纯液体表示反应速率 固体 纯液体浓度为常数 3 指明哪种具体物质做标准 aA bB dD eE 同一反应不同物质的反应速率 数值可以不同 但整个反应的速率相同 4 各物质的速率之比等于系数之比 比例关系 V A V B V D V E a b d e 二 化学反应速率中应该注意的问题 C 比较反应速率的快慢 D 转化为同一物质的速率来比较 单位统一 在反应4A s 3B g 2C g D g 中 经2min B的浓度减少0 6mol L 1 对此反应速率的表示正确的是 A 用A表示的反应速率为0 4mol L 1 min 1 B 分别用B C D表示的反应速率其比值为3 2 1 C B在2min末的反应速率是0 3mol L 1 min 1 D B在2min内的平均反应速率是0 3mol L min BD 练习4 思考 同一反应在不同条件下的反应速率是相同的吗 哪些因素会影响到化学的反应速率 在相同条件下 等质量 金属颗粒大小相同 的下列金属与足量1mol L盐酸反应时 速率最快的是A镁B铝C钠D铁 3 影响化学反应速率的因素 影响因素 外因 内因 物质的化学性质 外界条件 如温度 催化剂 浓度 压强 表面积等 C 主要因素 次要因素 1 反应温度实验2 5 快速产生气泡 产生的气体使带火星的木条复燃 较慢产生气泡 较快产生气泡 其他条件相同时 升高温度能加快化学反应速率 降低温度则减慢 升高温度 化学反应速率加快 降低温度 化学反应速率减慢 实验测得每升高10 化学反应速率通常增大为原来的2 4倍 温度对化学反应速率的影响不受反应物状态的限制 升高温度 无论是吸热还是放热反应 化学反应速率都加快 升高温度正 逆反应速率都加快 2 催化剂实验2 6 很快产生大量气泡 很快产生大量气泡 较慢产生气泡 在其它条件相同时 使用催化剂能加快反应速率 催化剂对化学反应速率的影响 规律 催化剂能改变化学反应的速率 有的催化剂能加快化学反应的速率 叫正催化剂 有的催化剂能减慢化学反应速率 叫负催化剂 在实践中 如没有特殊说明 凡说催化剂都是指正催化剂 催化剂中毒 催化剂的催化性能往往因接触少量的杂质而明显下降甚至遭破坏 这种现象叫催化剂中毒 催化剂只有在一定的温度下才能最大限度的显示其催化作用 不同的催化剂对温度的要求不一样 科学视野 神奇的催化剂 阅读P49 50 催化剂能极大地改变反应速率 自身的组成 化学性质和质量在反应前后不发生变化 具有高度的选择性 或专一性 3 浓度 规律 增大反应物的浓度速率加快 减小浓度速率减慢 只适用于气体参与和在溶液中的反应 注意 纯固体或纯液体浓度为常数 增减对速率无影响 4 压强 增大压强 反应物浓度增大 反应速率加快 适用于有气体参与的反应 对于只有固体或液体参与的反应 压强对反应速率的影响忽略不计 引起 引起 1 恒温时 增大压强 体积缩小 浓度增大 反应速率加快 引起 改变压强的可能方式 2 恒容时 充入气体反应物 引起 浓度增大 引起 反应速率加快 充入稀有气体 总压强增大 但各气体分压不变 即各物质的浓度不变 反应速率不变 引起 3 恒压时 充入稀有气体 体积增大 反应物浓度减小 反应速率减小 引起 引起 引起 总结 压强的改变若引起浓度的改变 则反应速率改变 归纳总结 影响化学反应速率的因素 反应物的化学性质越活泼 化学反应速率越快 反之则慢 升高温度 化学反应速率加快 降低温度 化学反应速率减慢 使用正催化剂 化学反应速率加快 增大反应物的浓度 化学反应速率加快 减小反应物的浓度 速率减小 增大气态反应物的压强 化学反应速率加快 反之减慢 增大固体反应物的表面积 化学反应速率加快 反之减慢 光波 电磁波 超声波 溶剂等 形成原电池也加快反应速率 思考与交流 1 人们为什么使用电冰箱储存食物 温度越高 食物腐败变质的速率越快 电冰箱能提供较低的温度 2 实验室通常要将两种块状或颗粒状的固体药品研细 并混匀后再进行反应 原因是什么 能增大反应物的接触面积 使反应物充分接触 使反应速率加快 P 49 3 实验室进行化学反应时 通常把一些固体物质溶于水配成溶液再进行反应 原因是什么 配成溶液 发生电解质的电离 增大了离子之间的接触机会 从而增大反应速率 4 增大反应物浓度能增大反应速率 应用 控制反应条件 提高对人类有利反应的速率 降低对人类不利反应的速率 练习1 20 时 将10mL0 1mol L的Na2S2O3溶液和10mL0 1mol L的硫酸混合 2min后溶液中明显出现浑浊 已知温度每升高10 该化学反应速率就增大到原来的2倍 那么在50 时 同样的反应要同样看到浑浊 需要的时间是 A 40sB 15sC 48sD 20s B 练习2 在溶液中发生的反应 对反应速率不发生影响的因素是 A 温度B 压强C 浓度D 催化剂 B 二 化学反应的限度 你是否思考过以下问题 一个化学反应在实际进行时 给定的反应物能不能按化学方程式中的计量关系完全转化为生成物呢 如果能 是在什么条件下 如果不能 原因是什么 科学史话 请阅读P50 炼铁高炉尾气之谜 阅读后你对以上问题有何理解 结论 很多化学反应都具有可逆性 即正向反应 反应物生成物 和逆向反应 生成物反应物 在同时进行 只是可逆程度不同并且存在很大差异 1 可逆反应 在同一条件 正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应 2 注意 a 化学反应都具有可逆性 只是可逆的程度不同 一般所说的可逆反应指具有显著可逆性的反应 b 若正 逆反应是在不同的条件下进行的 则不属于可逆反应 c 可逆反应难以进行到底 可到达一种动态平衡 d 可逆反应里反应物与生成物同时存在 反应物的转化率小于100 可逆反应 3 对于可逆反应 用 代替 多数反应为可逆反应 典型的可逆反应有 SO2 H2OH2SO3 NH3 H2ONH3 H2O P51思考与交流 判断下列反应 哪些是可逆反应 A 水的生成 H2 O2 与电解B 二次电池的充电与放电C CO2和H2O在植物体中通过光合作用合成糖与糖在人体内氧化生成CO2和H2O 结论 都不是 可逆反应 反应条件不同 回顾 化学反应速率的影响因素 温度 催化剂 浓度 压强 表面积 反应物状态等 可逆反应 1 增大压强 反应物浓度增大 反应速率加快 适用于有气体参与的反应 对于只有固体或液体参与的反应 压强对反应速率的影响忽略不计 总结 压强的改变若引起浓度的改变 则反应速率改变 2 可逆反应 在同一条件下正反应和逆反应均可进行的化学反应 N2 H2NH3 在一固定容积的密闭容器里 加1molN2和3molH2 合适催化剂 能发生什么反应 1 c N2 c H2 最大 c NH3 开始阶段 只有正反应 v 逆 0 0 N2 3H22NH3 催化剂 高温高压 化学平衡 N2 3H22NH3 N2 H2NH3 2 瞬间后c N2 c H2 变小 c NH3 0 瞬间过后 v 逆 0 正逆反应都进行 3 c N2 c H2 逐渐变小 c NH3 逐渐增大 v 正 v 逆 0 v 正 v 逆 同种物质 反应表面 停止 三种物质浓度达到特定值 V 正 逐渐减小 v 逆 逐渐增大 1 0 t1 v 正 v 逆 2 t1 v 正 v 逆 平衡状态 t1以后反应处于平衡状态 什么是化学平衡呢 3 t1以后 v 正 v 逆 0 概念学习2 1 化学平衡 P51 在一定条件下的可逆反应里 当反应进行到一定程度时 正反应速率与逆反应速率相等 反应物的浓度与生成物的浓度不再改变 达到一种表面静止的状态 2 化学平衡状态是可逆反应到达的一种特殊状态 是在给定条件下的化学反应所能达到的或完成的最大程度 即反应进行的限度 2 化学平衡 的理解 1 逆 2 等 3 动 4 定 5 变 6 同 研究对象必须是可逆反应 v 正 v 逆 0 是化学平衡的实质 化学平衡是动态平衡 达到平衡时正 逆反应仍在继续进行 反应混合物中 各组分的物质的量浓度保持不变 化学平恒状态是有条件的 暂时的 改变影响平衡的外界条件 T C P 化学平衡将发生移动 相同条件 某一可逆反应无论是从正反应开始还是从逆反应开始 最终达到同一平衡状态 只要外界条件相同 同一个可逆反应的化学平衡状态就相同 化学平衡状态的建立 以上均表示V 正 V 逆 如何理解V 正 V 逆 1 单位时间内 有1molN2反应掉 同时有1molN2生成 2 单位时间内 有3molH2反应掉 同时有2molNH3反应掉 3 单位时间内 有1molN2生成 同时有2molNH3生成 例如 一定条件下 可逆反应N2 3H22NH3 对该可逆反应 表示正 逆反应速率可以用N2或H2或NH3来表示 达到平衡时 判断整体思维 1 可逆反应中两个同一边的物质 反应物或生成物 在同一时间内一种 消耗 一定量时 同时另一种 生成一定量 且二者的物质的量之比等于其化学计量数之比 可以说明正反应和逆反应的速率相等 即达到化学平衡状态 2 两种不在同一边的物质 一种是反应物而另一种是生成物 在同一时间内一种 消耗 或 生成 一定量 同时另一种 消耗 或 生成 一定量 且二者的物质的量之比等于其化学计量数之比 例 下列情况中可以证明反应N2 3H22NH3已经到达化学平衡状态的是 A 1个N N键断裂的同时 有3个H H键形成B 1个N N键断裂的同时 有3个H N键断裂C 1个N N键断裂的同时 有6个H N键断裂D 1个N N键断裂的同时 有3个H N键断裂 AC 2 一定温度的密闭容器中 各反应物和生成物的分子数不变 各物质的体积或体积分数不变 a b c d时 总体积 总压力 总物质的量一定 各物质的物质的量一定 各物质的质量或质量分数一定 3 其他条件不变时 各组分浓度不再变 4 外界条件不变时 转化率不变 5 外界温度不变 正反应放出或吸收的热量不变 6 有色物质参加或生成的反应 颜色不再变时 3 化学平衡状态的判断标志aA g bB g cC g Dd g 单位时间里 amolA消耗的同时就有amolA生成或有bmolB生成或有cmolC消耗或有dmolD消耗 1 V 正 V 逆 0 同一反应里的同一物质 旧知 化学平衡 化学反应限度 化学平衡的特征 化学平衡判断 1 在一定条件下的可逆反应里 正反应和逆反应的速率相等 反应物和生成物各组分浓度保持不变的状态 即为化学平衡状态 2 特征 逆 等 动 定 变 同 1 v 正 v 逆 0 同一反应中的同一物质 2 反应物与生成物浓度不再改变 各物质的物质的量 百分含量 体积分数等保持定 方程式左右两边气体系数和不同的反应 压强 M不变时 3 有色物质参加或生成的反应 颜色不再变时 3 判断依据 例 对于密闭容器里的可逆反应 mA g nB g pC g qD g 根据你对化学平衡的理解 判断下列各种情况下 是否已到达平衡状态 是 是 是 是 是 是 是 是 否 是 否 否 是 是 不一定 不一定 是 是 练习1 在密闭容器中进行如下反应 X2 g Y2 g 2Z g 已知X2 Y2 Z的起始浓度分别为0 1mol L 0 3mol L 0 2mol L 在一定条件下 当反应达到平衡时 各物质的浓度可能是 A Z为0 3mol LB Y2为0 35mol LC X2为0 2mol LD Z为0 4mol L AB 练习2 可逆反应达到平衡的重要特征 A 反应停止了B 正 逆反应速率都为零C 反应物和生成物的浓度相等D 正 逆反应的速率相等 D A M N Q三种物质的浓度一定相等B M N全部变成了QC M N Q的浓度都保持不变D 反应已经停止 C 3 对于可逆反应M NQ达到平衡状态时 下列说法正确的是 4 在一定温度下 可逆反应A g 3B g 2C g 达到平衡的标志是 A A的生成速率与C分解的速率相等B 单位时间内生成nmolA 同时生3nmolBC A B C的浓度不再变化D A B C的分子数比