《无机及分析化学》课件-5.化学反应原理

1.化学反应速率知识点讲解内容化学反应速率的定义化学反应速率的表示方式化学反应速率理论影响化学反应速率的因素1.化学反应速率炸药爆炸(快)铜的冶炼(快)千万年才形成的溶洞风光(慢)化学反应速率化学反应速率（v）：给定条件下，反应物通过化学反应转化为生成物的快慢。

反应速率单位：mol/L·s浓度常用：mol/L；时间常用：s通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示。2.化学反应速率的表示方法化学反应速率分类化学反应速率分为：平均反应速率和瞬时反应速率两种表示方法。平均反应速率平均反应速率是指某一段时间内反应的平均速率，可以表示为：

例反应开始浓度/(mol·L-1)2.1000100秒浓度/(mol·L-1)

1.950.300.075

2N2O5=4NO2+O2瞬时反应速率瞬时反应速率：某一时刻的化学反应速率。t1c

tc1c2t2AB3.化学反应速率理论分子碰撞理论分子碰撞理论认为：反应物分子(或原子、离子)之间必须相互碰撞，才有可能发生化学反应。反应物分子之间并不是每一次碰撞都能发生反应。绝大多数碰撞是无效的弹性碰撞，不能发生反应。活化分子：能够发生有效碰撞的分子。非活化分子(或普通分子)：不能发生有效碰撞的分子活化能反应活化能(Ea)：活化分子发生有效碰撞应具有的最低能量(E1

)，与反应物分子的平均能量(E平均)之差。大部分分子的能量接近E平均值，能量大于E1分子只占少数，只有能量大于E1的分子才能发生有效碰撞。E1右侧面积为活化分子所占比例。反应活化能(Ea)越高，则反应物分子中活化分子比例越小，反应速率越低。气体分子的能量分布图非活化分子要吸收足够的能量才能转变为活化分子，才能发生有效碰撞。化学反应不是通过反应物分子之间简单碰撞就能完成的，在碰撞后先要经过一个中间的过渡状态，即首先形成一种活性基团(活化配合物)，然后再分解为产物。过渡状态理论++活化配合物(过渡状态c)如：NO2+CO→[ONOCO]→NO+CO2

反应物

(始态a)生成物(终态b)

acb如NO2+CO→[ONOCO]→NO+CO2

a点为反应物分子的平均势能c点为活化配合物势能b点为生成物分子的平均势能acbEa,逆∆rHm势能(E)反应进程Ea,正Ea逆：逆反应活化能活化能Ea正：正反应活化能活化能反应过程中势能变化示意图4.影响化学反应速率的因素化学反应速率的大小决定于反应物的本性，其次才受反应物浓度、温度、压力和催化剂等外界因素影响。4.影响化学反应速的因素基元反应和非基元反应基元反应(简单反应)：能一步就直接转变为产物。如：2NO2→2NO+O2

非基元反应：由多个基元反应组成的反应。如：2NO＋2H2→N2＋2H2O①2NO→N2O2(快)②N2O2＋H2→N2O＋H2O（慢）③

N2O＋H2→N2＋H2O（快）反应②速率决定了整个反应的速率浓度对化学反应速率的影响在一定温度下，基元反应（非基元反应的每个步骤）的化学反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比，反应物浓度的幂指数为各反应物分子式前计量系数。例：

2NO＋O2→2NO2υ=kc2(NO)·c(O2)k为速率常数，与浓度无关，与温度、催化剂等有关。k越大，给定条件下的反应速率越大。在一定温度下，反应物浓度越大，反应速率越大。压力对化学反应速率的影响有气体参加的反应，在一定温度下，增大压力，气态反应物质的浓度增大，反应速率增大；降低压力，气态反应物浓度减少，反应速率减小。没有气体参加的反应，压力对反应速率无影响。温度对化学反应速率的影响大多数化学反应，温度升高，反应速率增大。经验规律：反应温度升高10℃,反应速率一般增大2~4倍。催化剂对化学反应速率的影响催化剂:能显著改变反应速率，而反应前后组成、质量和化学性质基本不变的物质。降低活化能，增加活化分子数，有效碰撞次数增多，反应速率增大。催化剂只能改变反应历程，不改变反应方向和程度。催化剂显著增大反应速率的原因：催化剂对化学反应速率的影响催化剂:能显著改变反应速率，而反应前后组成、质量和化学性质基本不变的物质。催化剂分类作用具体应用案例正催化剂加快反应速率V2O5用于硫酸生产负催化剂减缓反应速率防止橡胶、塑料老化的防老剂降低活化能，增加活化分子数，有效碰撞次数增多，反应速率增大。催化剂只能改变反应历程，不改变反应方向和程度。催化剂显著增大反应速率的原因：知识点讲解内容化学反应速率的定义化学反应速率的表示方式化学反应速率理论影响化学反应速率的因素2.化学平衡知识点讲解内容化学平衡可逆反应1.可逆反应不可逆反应仅有少数的化学反应为不可逆反应。不可逆反应：反应物能全部转变为生成物,亦即能进行到底的化学反应。HCl+NaOH→NaCl+H2O例如：2KClO32KCl+3O2↑MnO2

可逆反应同一条件下可同时向正、逆两个方向进行的反应。可逆反应：正反应：从左到右进行的反应逆反应：从右向左进行的反应当p=100kPa、T=773K，SO2与O2以2:l体积比在密闭容器内进行反应时，SO2转化为SO3的最大转化率为90％，为什么？讨论：2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)V2O5

2.化学平衡化学平衡υ正＝υ逆υ逆t/sυ正υ/(mol·L-1·s-1)一定的温度下，在密闭容器内进行可逆反应，随着反应物不断消耗、生成物不断增加，v正不断减小，v逆不断增大，反应进行到一定程度，v正=v逆，各反应物、生成物的浓度不再变化，这时反应体系所处的状态称为“化学平衡”。可逆反应的正、逆反应速率随时间变化曲线图化学平衡的特征：可逆反应的正、逆反应速率相等。外界条件不变，平衡保持不变。化学平衡是一种动态平衡。反应达到平衡后,v正=v逆，体系中各物质浓度不变，但反应没有停止。化学平衡是有条件的。条件改变时，原平衡被破坏，在新的条件下，建立新的平衡。实验平衡常数若任意可逆反应：aA＋bB⇌dD＋gG

aA(g)

+

bB(g)

⇌dD(g)+

gG(g)气相的可逆反应：

压力平衡常数在一定温度下达到平衡时，实验平衡常数用各生成物平衡分压幂的乘积与各反应物平衡分压幂的乘积之比表示，Kp称为压力平衡常数。Kc、Kp有单位，其单位取决于生成物与反应物的化学计量数之差(∆n)，∆n=(a+b)-(d+g)。通常Kc、Kp只给出数值不标出单位。

根据理想气体状态方程pV=nRT可得：Kp=Kc(RT)∆n

Kc与Kp的关系标准平衡常数(Kɵ)在一定温度下达到平衡时，用标准平衡常数表示为：例气相中的可逆反应：aA(g)＋bB(g)⇌

dD(g)＋gG(g)Kɵ中的pɵ=101.325KPaKɵ=Kc若任意化学反应：

aA＋bB⇌

dD＋gG，参加反应的各物质均为稀溶液，则可用标准平衡常数表示为：Kɵ中的cɵ=1mol/L平衡常数的书写规则CaCO3(s)⇌CaO(s)+CO2(g)

K=p(CO2)平衡体系中参与反应的纯固体、纯液体和水没有浓度，不要写入平衡常数表达式中。例如：平衡常数表达式及数值随化学反应方程式的写法不同而不同，但其实际含义相同。平衡常数表达式必须对应反应方程式。例如：N2O4(g)⇌2NO2(g)N2O4(g)⇌NO2(g)多重平衡规则：若两个反应相加（相减）可得到第三个反应式，则其平衡常数为前两个化学反应的平衡常数之积（或商）。当反应式乘以系数时，则该系数作为平衡常数的指数。例如，某温度下，已知反应2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)K1=a2NO2(g)⇌N2O4(g)K2=b则可得，相加后反应方程式的平衡常数K=K1×K2=a×b上述两个反应相加可得反应：2NO(g)+O2(g)⇌N2O4(g)平衡常数的意义平衡常数是可逆反应的特征常数，其大小表明了在一定条件下反应进行的程度。平衡常数与反应体系的浓度(分压)无关，与温度有关，使用时须注明对应温度。同一类型反应，给定条件下，K值越大，表示正反应进行得越完全。知识点讲解内容化学平衡可逆反应3.化学平衡移动知识点讲解内容化学平衡移动的概念影响化学平衡移动的因素化学平衡移动原理化学平衡移动的应用1.化学平衡移动的概念因条件改变，使可逆反应从一种平衡状态向另外一种平衡状态转变的过程。化学平衡的移动：化学平衡是一种动态平衡，随着外部环境的变化，化学平衡会被破坏。2.影响化学平衡移动的因素浓度对化学平衡的影响例如：任意可逆反应aA＋bB⇌dD＋gG浓度(分压)商：任意可逆反应的生成物浓度(分压)幂的乘积与反应物浓度(分压)幂的乘积之比。浓度(分压)商(Q)

浓度对化学平衡的影响当c(反应物)↑或c(生成物)↓Q<Kɵ平衡正向移动随着c(反应物)↓或c(生成物)↑Q=Kɵ反应达到新的平衡当c(反应物)↓或c(生成物)↑Q>Kɵ平衡逆向移动压力对化学平衡的影响例：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)达到平衡后，将反应体系p增大一倍，则体系中各物质的分p也增大一倍则可得到Qp平衡时合成NH3的Kɵ由于增大压力后，Qp<Kɵ

平衡会向气体分子数减少的方向移动，即正方向移动。若平衡后的上述体系p减小1/2，则体系中各物质的分p也减小1/2，则可得到Qp。减小压力后，Qp>Kɵ,平衡会向气体分子数增多的方向移动，即逆方向移动。若反应体系无气体，或气体分子的变化量：∆n=0，则改变体系总压力，平衡不移动。温度对化学平衡的影响温度变化正反应方向放热反应(q<0)正反应方向吸热反应(q>0)平衡移动方向升高温度Kɵ

值变小Q>KɵKɵ

值增大Q<Kɵ吸热方向移动其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热方向移动，降低温度，化学平衡向放热方向移动。催化剂对化学平衡的影响在可逆反应中，使用催化剂同等程度的增加正、逆反应速率，体系终态和始态未改变，Kɵ和Q均不变,平衡不移动。催化剂虽不影响化学平衡移动，但催化剂能改变反应速率，可缩短达到平衡的时间，有利于生产效率的提高。3.化学平衡移动原理化学平衡移动原理只适用于已达化学平衡的反应体系，而不适用于非化学平衡的反应体系。当化学反应体系达到平衡后，若改变化学平衡的任一条件（如浓度，压力,温度），平衡就向着能减弱其改变的方向移动。平衡移动原理：注意：4.化学平衡移动的应用讨论分析：要使合成氨反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)(q<0)的平衡向生成NH3的方向移动，可以通过改变哪些条件