注册岩土基础-普通化学 (3)

1、普通化学考试大纲普通化学考试大纲三、化学反应速率与化学平衡三、化学反应速率与化学平衡 反应热与热化学方程式；化学反应速率；温度和反应物浓度对反应速率的影响；活化能的物理意义；催化剂；化学反应方向的判断；化学平衡的特征；化学平衡移动原理。一、一、反应热与热化学方程式反应热与热化学方程式1.基本概念：基本概念：（1）系统：）系统：作为研究对象的那一部分物质和作为研究对象的那一部分物质和 空间。空间。 环境：环境：系统之外，与系统密切联系的其它系统之外，与系统密切联系的其它物质和物质和 空间。空间。开放系统：开放系统：有物质和能量交换；有物质和能量交换；封闭系统：封闭系统：只有能量交换；只有能量交换

2、；隔离系统隔离系统：无物质和能量交换无物质和能量交换第三节、化学反应速率与化学平衡第三节、化学反应速率与化学平衡40.体系和环境之间只有能量交换，而没有物体系和环境之间只有能量交换，而没有物质交换，这种体系在热力学上称为（质交换，这种体系在热力学上称为（ ）A. 绝热体系绝热体系 ; B. 循环体系循环体系; C. 孤立体系孤立体系 ; D. 封闭体系。封闭体系。（2 2）相）相: :系统中任何物理和化学性质完系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分称为相。全相同的、均匀部分称为相。 相与相之间有明确的界面相与相之间有明确的界面气体气体:无论几种气体只有无论几种气体只有1相即单相相即单相;

3、液体液体:互溶为互溶为1相相,如乙醇水溶液如乙醇水溶液; 不互溶为多相不互溶为多相,如水与油如水与油;固体固体:几种固体则为几相几种固体则为几相. (互熔则为一相互熔则为一相)7、在一定条件下，由乙醇水溶液、冰、水蒸、在一定条件下，由乙醇水溶液、冰、水蒸气、氮气和氧气组成的系统中，含有气、氮气和氧气组成的系统中，含有( )A、三个相、三个相； B、五个相；、五个相； C、三种组分；、三种组分；D、五种组分、五种组分。（3）状态:就是系统一切性质的总和 (综合表现) 状态函数:用于表示系统性质的物理量. 如, 压力p、体积V、温度T、 焓、熵、吉布斯函数 。状态函数的性质：状态函数的性质：状态函

4、数是状态的单值函数状态函数是状态的单值函数当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始、末态有关，而与变化的实际途径与系统的始、末态有关，而与变化的实际途径无关。无关。1、下列对于功的描述中，正确的是（、下列对于功的描述中，正确的是（A ）A、是途径函数，无确定的变化途径就无确定的、是途径函数，无确定的变化途径就无确定的数值；数值；B、是途径函数，对应于某一状态有一确定的值、是途径函数，对应于某一状态有一确定的值；C、是状态函数，变化量与途径无关；、是状态函数，变化量与途径无关；D、是状态函数，始终态确定，其值也确定。、是状态函数，始终态确定，

5、其值也确定。2.2.反应热反应热: :化学反应时所放出或吸收的热化学反应时所放出或吸收的热叫做反应的热效应，简称反应热。叫做反应的热效应，简称反应热。 q 0 0 放热；放热； q 0 0 吸热。吸热。 单位：单位：kJmolkJmol1 13、等容反应热（、等容反应热（qV）：）：等容，不做非体积功的条件下的反应热。等容，不做非体积功的条件下的反应热。 U qV 即反应中系统内能的变化量（即反应中系统内能的变化量（u）在数值上）在数值上等于等容热效应等于等容热效应qV 。4、等压反应热（、等压反应热（qp）：）：等压，不做非体积功的条件下的反应热。等压，不做非体积功的条件下的反应热。 H =

6、qp ，即反应的焓变即反应的焓变H在数值上等于其等压热效应在数值上等于其等压热效应。H0 放热；放热；H0 吸热。吸热。5、反应热效应的理论计算、反应热效应的理论计算（1 1）盖斯定律：）盖斯定律：在在恒容或恒压恒容或恒压条件下，化学反条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与变化的途径无关。变化的途径无关。推论：推论：热化学方程式相加减，相应的反应热随之热化学方程式相加减，相应的反应热随之相加减相加减 反应（反应（3 3）反应（）反应（1 1）反应（）反应（2 2）则则 H H 3 3 = = H H 1 1 H H 2 2例例 （1 1）

7、C C(s)(s)+O+O2(g)2(g)=CO=CO2(g)2(g); ; H H 1 1= =393.5kJmol393.5kJmol1 1 (2)CO(2)CO(g)(g)+1/2O+1/2O2(g)2(g)=CO=CO2(g)2(g); ; H H 2 2=-283.0 kJmol=-283.0 kJmol1 1（3 3）C C(s)(s) +1/2O +1/2O2(g)2(g)= CO= CO(g)(g) 反应（反应（1 1）反应（）反应（2 2）= =反应（反应（3 3）故故 H H 3 3= =H H 1 1H H 2 2 （393.5393.5）（）（-283.0-283.0）

8、 110.5kJmol110.5kJmol1 1注意注意:1）方程式乘以系数）方程式乘以系数,相应反应热也应乘以该系数相应反应热也应乘以该系数.如如反应反应: :（3 3）2 2反应（反应（1 1）3 3反应（反应（2 2） 则则 H H m3 m3 = 2= 2H H m1 m1 3 3H H m2 m2C C(s)(s)+O+O2(g)2(g)=CO=CO2(g)2(g); ; H H = =393.5kJmol393.5kJmol1 12C(s) + 2O2(g)=2CO2(g); H =787kJmol12）正逆反应的反应热绝对值相等，符号相反。正逆反应的反应热绝对值相等，符号相反。如

9、，如，CO2(g) = C(s)+O2(g); H =393.5kJmol1（2）反应的标准摩尔焓变）反应的标准摩尔焓变rH m的计算的计算1) 标准条件标准条件气态物质气态物质:指气体混合物中指气体混合物中,各气态物质的分压均为各气态物质的分压均为标准压力标准压力P。P=100kPa溶液中水合离子或水合分子：溶液中水合离子或水合分子：指水合离子或水合分指水合离子或水合分子的有效浓度为标准浓度子的有效浓度为标准浓度C。C=1 mol.dm-3液体或固体：液体或固体：指在标准压力下的纯液体或纯固体。指在标准压力下的纯液体或纯固体。2)标准状态：标准状态：反应中的各物质均处于标准条件下称反应中的各

10、物质均处于标准条件下称该反应处于标准状态。以该反应处于标准状态。以“”表示。表示。3)物质的标准摩尔生成焓（物质的标准摩尔生成焓（fH m ）：）： 在标准状态下由指定单质生成单位物质量在标准状态下由指定单质生成单位物质量（1mol）的纯物质时反应的焓变称该物质标准）的纯物质时反应的焓变称该物质标准摩尔生成焓。单位摩尔生成焓。单位kJmol1规定：指定单质标准摩尔生成焓为零。规定：指定单质标准摩尔生成焓为零。fH m(单质，单质，298.15K)=0，如，如， fH m (H2，g，298.15K)=0；fH m(CO2,g，298.15K)=-393.15 kJmol115r rH H m

11、m(298.15K)(298.15K)= = g gf fH H m m(G,298.15K)+d(G,298.15K)+df fH H m m(D,298.15K) (D,298.15K) - - a af fH H m m(A,298.15K)+ b(A,298.15K)+ bf fH H m m(B,298.15K)(B,298.15K)单位：单位： kJmolkJmol1 1任一反应任一反应: aA +bB = gG +dD: aA +bB = gG +dD(4) 反应的标准摩尔焓变的计算)K15.298()(mrmr HTH二二, ,化学反应速率化学反应速率1. 1. 化学反应速率的

12、表示化学反应速率的表示B B:B:B物质的化学计量数。物质的化学计量数。反应物取负值，生成物取正值反应物取负值，生成物取正值单位单位:moldm:moldm-3 -3 s s-1-1对于反应：对于反应： aA + bB = gG + dD aA + bB = gG + dD dtBdcvB)(1dtGdcgdtDdcdatBdcbatAdca)(1)(1)(1)(1例：例： N N2 2+3H+3H2 2 = 2NH = 2NH3 3 dtNHdcdtHdcdtNdc)(21)(31)(322平均反应速率平均反应速率231)(NH2gH3gN.mol,322NHHN32213：）（）（单位gs

13、dmtcii 影响反应速率的因素：影响反应速率的因素： 化反应物浓度化反应物浓度( (压压力力) )、温度、温度、催化剂。催化剂。 2.2.浓度的影响和反应级数浓度的影响和反应级数浓度影响浓度影响: :增加反应物或减少生成物的浓度增加反应物或减少生成物的浓度, ,反反应速率加大。应速率加大。(1)(1)质量作用定律：质量作用定律：在一定温度下，对于在一定温度下，对于元反元反应应反应速率与反应物浓度（以反应方程式中反应速率与反应物浓度（以反应方程式中相应物质的化学计量数为指数）的乘积成正相应物质的化学计量数为指数）的乘积成正比。比。元反应元反应: :即一步完成的反应，又称基元反应或即一步完成的反

14、应，又称基元反应或简单反应简单反应. .(2)(2)速率方程速率方程元反应：元反应： aA + bB = gG + dD aA + bB = gG + dD速率方程：速率方程：=c(A)c(A)a ac(B)c(B)b b:速率常数速率常数，表示反应物均为单位浓度时的，表示反应物均为单位浓度时的反应速率。反应速率。 大小取决于大小取决于反应物性质、温度及催化剂，反应物性质、温度及催化剂，与反应物浓度无与反应物浓度无关。关。 n=a+b:n=a+b:称称反应级数反应级数； （3 3）非元反应：）非元反应：（即两个或两个以上元反应构成）：（即两个或两个以上元反应构成）： aA +bB=gG +dD

15、 aA +bB=gG +dD速率方程式：速率方程式：=c(A)c(A)x xc(B)c(B)y y 反应级数反应级数: : n=x + yn=x + y x x 、y y反应级数，由试验来确定。反应级数，由试验来确定。注意：注意：在书写反应速率方程式时，反应中在书写反应速率方程式时，反应中液态和固态液态和固态纯物质的浓度作为纯物质的浓度作为常数常数“1”。54.54.对于反应对于反应而言，当的浓度保持不变，而言，当的浓度保持不变，的起始浓度增加到两倍时，起始反应速率增加的起始浓度增加到两倍时，起始反应速率增加到两倍；当的浓度保持不变，的起始浓度增到两倍；当的浓度保持不变，的起始浓度增加到两倍时

16、，起始反应速率增加到四倍，则该反加到两倍时，起始反应速率增加到四倍，则该反应的速率方程式为应的速率方程式为_。 . .k k . . k kB B. .k k CCB B 2 2 D. V=kCD. V=kCA A 2 2CCB B 2 2 70.70.反应反应2H2H2 2+2NO+2NO2H2H2 2O+NO+N2 2的速率方程为的速率方程为V=kCV=kC（H H2 2）CC（NONO） 2 2，则此反应的总级数为，则此反应的总级数为_。A.4 A.4 B.3 B.3 C.2 D.1 C.2 D.1例题例题2 2温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响 温度对反应速率的影响体现在反应速率

17、温度对反应速率的影响体现在反应速率常数上常数上阿仑尼乌斯公式：阿仑尼乌斯公式：Z:Z:指前因子；指前因子；Ea:Ea:活化能活化能(1)(1)温度升高（温度升高（T);T);速率常数升高速率常数升高kk（k k正正，k k逆逆）; ; 反应速率反应速率。(2)(2) 活化能越低活化能越低EaEa，速率常数升高，速率常数升高k,k,反应速率越高反应速率越高RTEaZekzRTEaklnln1.反应反应 C（s）+ O2（g）=CO2（g） , 的的 HS() S(s) .2)同一物质同一物质,聚集状态相同时聚集状态相同时,熵值随温度升高熵值随温度升高而增大而增大. 即即S(高温高温)(S低温低温

18、)3)当温度和聚集状态相同时，结构较复杂物质当温度和聚集状态相同时，结构较复杂物质的熵值大于结构简单的。的熵值大于结构简单的。S（复杂分子）（复杂分子）S（简单分子）。（简单分子）。1.下列反应中下列反应中rSm0的是（）的是（）A、2H2（g）+O2（g）=H2O(g)， B、N2（g）+3H2（g）=2NH3(g)，C、NH4Cl（s）=NH3(g)+HCl（g），）， D、CO2（g）+2NaOH（aq）=Na2CO3（aq）+ H2O(l)2、吉布斯函数变及反应方向、吉布斯函数变及反应方向(自发性自发性)的判断的判断（1）吉布斯函数）吉布斯函数 G = H TS , 为一复合状态函数为

19、一复合状态函数（2）吉布斯函数变）吉布斯函数变 G =H TS ，吉布斯等温方程式吉布斯等温方程式（3）反应方向）反应方向(自发性自发性)的判断：的判断： G0 反应正向自发反应正向自发; G =0 平衡状态平衡状态; G 0反应逆向自发，正向非自发。反应逆向自发，正向非自发。考虑考虑H和和S两个因素的影响两个因素的影响,分为四种情况分为四种情况:1)H0，S 0；G0 正向自发正向自发2)H0，S 0；G0正向非自发正向非自发3)H0，S 0；升高至某温度时；升高至某温度时G由正值由正值变为负值，高温有利于正向自发变为负值，高温有利于正向自发4)H0，S 0；降低至某温度时；降低至某温度时G

20、由正值由正值变为负值，低温有利于正向自发变为负值，低温有利于正向自发（4）反应自发进行的临界温度为：）反应自发进行的临界温度为：SHTc例：例：化学反应低温自发，高温非自发（）化学反应低温自发，高温非自发（）1)H0，S 02)H0，S 03)H0，S 04)H0，S 0四化学平衡四化学平衡1 1化学平衡的特征：化学平衡的特征： （1 1）正正逆逆即正、逆两方向反应即正、逆两方向反应速率相等时速率相等时, ,系统达到平衡状态。系统达到平衡状态。（2 2）生成物和反应物的）生成物和反应物的浓度（或压力）浓度（或压力）不再发生变化（恒定）。不再发生变化（恒定）。(3(3）化学平衡是）化学平衡是有条

21、件的、相对的、有条件的、相对的、暂时的暂时的动态平衡。条件改变动态平衡。条件改变, ,平衡会平衡会发生移动。发生移动。2. 2. 标准平衡常数标准平衡常数k k(1)(1)试验证明：生成物相对浓度（或相对压试验证明：生成物相对浓度（或相对压力）以计量系数为指数的的乘积与反应力）以计量系数为指数的的乘积与反应物相对浓度（或相对压力）以计量系数物相对浓度（或相对压力）以计量系数为指数的的乘积的比值为一常数，此常为指数的的乘积的比值为一常数，此常数称为该反应在该温度下的标准平衡常数称为该反应在该温度下的标准平衡常数，以数，以k k表示。表示。(2) k(2) k的表达式的表达式对于气体反应：对于气体

22、反应： aA(g) +bB(g)=gG(g) +dD(g) aA(g) +bB(g)=gG(g) +dD(g)对于溶液中的反应对于溶液中的反应: aA(aq) +bB(aq)=gG(aq) +dD(aq): aA(aq) +bB(aq)=gG(aq) +dD(aq)p p=100kPa ; C=100kPa ; C=1moldm=1moldm-3-3 纯固体、纯液体不的浓度不列入表达式。纯固体、纯液体不的浓度不列入表达式。beqaeqdeqgeqCBCCAcCDCCGck/ )(/ )(/ )(/ )(beqaeqdeqgeqpBppApPDppGpk/ )(/ )(/ )(/ )(1.下列反

23、应的平衡常数可用下列反应的平衡常数可用p p/P/PH2H2表示的。表示的。A. H2(g)+S(g)=H2S(g);B. H2(g)+S(s)=H2S(g);C. H2(g)+S(s)=H2S(L);D. H2(L)+S(s)=H2S(s);答：C41.反应反应PCl3（g）+Cl2（g）PCl5（g），），在在298 K时，时，K=0.767，此温度下平衡时，此温度下平衡时，如，如p（PCl5） = p（PCl3），），则则p（Cl2）=？A. 130.38 kPa; B. 0.767 kPa; C. 7607 kPa ; D. 7.6710-3 kPa。)()()(;.dDgGbBaAb

24、adgnRTKcKpPPPPKpCCCCKcnbBaAdDggbBaAdDgg分压平衡常数，浓度平衡常数，对于反应，38、在一定温度下，反应在一定温度下，反应2CO（g）+ O2（g）= 2CO2（g）的）的Kp与与Kc之间的关系正确的是（）之间的关系正确的是（）A、Kp=Kc； B、Kp=Kc（RT）；）；C、Kp=Kc/（RT）；）；D、Kp=1/Kc。答：答：CRTKcKp;)(.)()()(.)()()().()(222222222222即：RTKcCOcRTOcCOcRTCOcRTOcRTCOcCOpOpCOpKp说明说明: : k k只是温度的函数只是温度的函数, ,温度一定温度一

25、定, k, k为一常数为一常数, ,不随浓度或压力而变。不随浓度或压力而变。 k k表达式表达式, ,与化学方程式的书写方式有关与化学方程式的书写方式有关 N N2 2 + 3H+ 3H2 2 = 2NH= 2NH3 ; 3 ; k k1 1 N N2 2 + H+ H2 2 = NH= NH3 ; 3 ; k k2 2 2NH 2NH3 3 = N= N2 2 + 3H+ 3H2 2 ; k ; k3 3 k k1 1= =k k2 22 2= =212331K 多重平衡规则多重平衡规则反应（反应（3 3）反应（）反应（1 1）+ +反应（反应（2 2）; ; k k3 3= k= k1 1

26、. . k k2 2反应（反应（3 3）反应（）反应（1 1）反应（）反应（2 2）; ; k k3 3= k= k1 1/k/k2 269.69.一密闭容器中，有一密闭容器中，有A A、B B、C C三种气体建立了化学平三种气体建立了化学平衡，它们的反应是衡，它们的反应是: A: A（g g）+B+B（g g）CC（g g），相同温度下，体积缩小相同温度下，体积缩小2/32/3，则平衡常数，则平衡常数K K为原来的：为原来的：_。 A.3 A.3倍倍 B.2 B.2倍倍 C.9 C.9倍倍 D. D.不变不变66.66.某温度时反应某温度时反应 H H2 2(g)+Cl(g)+Cl2 2(g

27、)=2HCl(g)=2HCl2 2(g)(g)的的K K1 1=4=41010-2-2，则反应，则反应HClHCl2 2(g)=(g)=1 1/ /2 2 H H2 2(g)+ (g)+ 1 1/ /2 2 Cl Cl2 2(g)(g)的的K K2 2为为_。A. 25A. 25 B. 5 B. 5 C .4C .41010-2-2 D.2 D.21010-1-13.3.温度对平衡常数的影响温度对平衡常数的影响: :对于吸热反应：对于吸热反应：H0,H0,随温度升高随温度升高, ,平衡常数增大平衡常数增大. .即即T, kT, k对于放热反应：对于放热反应：H0, H0,K 0, K1C、 r

28、G m 0, K=1D、 rG m 0, K14.平衡的有关计算平衡的有关计算 已知初始浓度和转化率已知初始浓度和转化率,通过化学平衡可求平衡常通过化学平衡可求平衡常数数;或已知平衡常和数初始浓度或已知平衡常和数初始浓度,通过化学平衡可求平衡通过化学平衡可求平衡浓度和转化率浓度和转化率.某反应物的起始浓度反应物平衡浓度某反应物起始浓度某反应物起始时的量某反应物已转化的量转化率100100例例:5.在温度和压强不变的情况下在温度和压强不变的情况下, 1dm3NO2在高温时按在高温时按2NO2（g） O2（g）+2 NO（g）分解）分解,达到平衡时达到平衡时,体体积变为积变为1.2dm3,此时此时

29、, NO2的转化率为的转化率为: A.10% ; B.20% C.40% ; D.50%提示提示:设反应前的总摩尔数为设反应前的总摩尔数为n1,平衡时的总摩尔数为平衡时的总摩尔数为n2,则则; 2NO2（g）= O2（g）+2 NO（g） 平衡摩尔数平衡摩尔数: n1-2x x 2xn2=（n1-2x）+x+2x= n1+x=1.2n1;x=0.2n1;%40%1002 . 02%1002111nnnx1212222 . 1; 2 . 1nnnnVV例例:6.在一定温度下在一定温度下,将将1.0mol N2O4（g）放入一密闭容器中）放入一密闭容器中,当反当反应应N2O4（g） 2NO2（g）

30、达到平衡时）达到平衡时,容器内有容器内有0.8mol NO2（g）,气体总压力为气体总压力为100.0kPa,则该反应的则该反应的K 为为:（A）0.76 （B）1.3（C）0.67 （D）4.0 提示：提示： N2O4（g） = 2NO2（g）平衡时物质的量平衡时物质的量/mol 0.6 0.8平衡时的摩尔分数平衡时的摩尔分数 x 0.6/1.4 0.8/1.4平衡分压为：平衡分压为： 0.6/1.4 P总总=42.86 kPa ; 0.8/1.4 P总总=57.14 kPa76. 0100/86.42)100/14.57(/)/(22422PPPPKONNO4.4.化学平衡的移动化学平衡的

31、移动 (1)(1)吕吕. .查德里原理查德里原理: : 假如改变平衡系统的条件之一假如改变平衡系统的条件之一, , 平衡就向能平衡就向能减弱这个改变的方向移动。减弱这个改变的方向移动。浓度对平衡影响浓度对平衡影响: : 增大反应物的浓度或减少生成物的浓度增大反应物的浓度或减少生成物的浓度, , 都可都可以使平衡向正反应的方向移动以使平衡向正反应的方向移动; ;增大生成物的浓度或减少反应物的浓度增大生成物的浓度或减少反应物的浓度, ,都可以都可以使平衡向逆反应的方向移动。使平衡向逆反应的方向移动。压力平衡影响压力平衡影响: :增大压力会使化学平衡向着气体体增大压力会使化学平衡向着气体体积（分子数）减小的方向移动积（分子数）减小的方向移动; ;减小压力减小压力, ,会使平会使平衡向着气体体积增大的方向移动。衡向着气体体积增大的方向移动。温度平衡影响温度平衡影响: :升高温度升高温度, ,会使化学平衡向着吸热会使化学平衡向着吸热反应的方向移动反应的方向移动; ;降低温度降低温度, ,会使化学平衡向着放会使化学平衡向着放热反应的方向移动。热反应的方向移动。注意注意: :催化剂同时加快正逆反应速率催化剂同时加快正逆反应速率, ,故不能使平衡故不能使平衡发生移动发生移动. .3-40在一个容器中在一个容器中,反应反应2NO2（g）2NO（g）