第3章 化学反应速率和化学平衡

1、无机化学,高职高专化学教材编写组 编,第三章 化学反应速率和化学平衡,“十二五”职业教育国家规划教材,高等职业教育应用化工技术专业教学资源库建设项目规划教材,知识目标： 1.了解化学反应速率的概念、表示方式； 2.掌握理想气体状态方程、分压定律、分体积定律； 3.掌握化学平衡的特征及化学平衡常数的概念； 4.掌握有关化学平衡的计算； 5.掌握吕查德里原理，并解决实际生产问题。 能力目标： 1.能判断浓度、压力、温度及催化剂对反应速度的影响； 2.能正确写出基元反应的速率方程； 3.能判断浓度、压力和温度对化学平衡的影响； 4.能综合运用化学反应速率和化学平衡原理处理化学反应。,第一节 化学反应

2、速率 第二节 化学平衡 第三节 化学平衡的移动,一、化学反应速率的概念 二、物质的聚集状态 三、化学反应速率理论 四、影响化学反应速率的因素,第一节 化学反应速率,1.化学反应速率的概念 化学反应速率是指给定条件下反应物通过化学反应转化为产物的快慢，常用单位时间内反应物浓度的减少或者产物浓度的增加来表示。 浓度常用mol/l，时间常用s、min、h、d、y。,一、化学反应速率的概念,2.化学反应速率的表示方式 （1）平均速率 绝大多数的化学反应不是等速率进行的。因此，化学反应速率又分为平均速率和瞬时速率。 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 （2）瞬时速率 某一时刻的化学反

3、应速率称为瞬时反应速率。它可以用时间间隔t趋于无限小时的平均速率的极限值或微分求得。,1.气体 气体的基本特征是具有扩散性和可压缩性。物质处在气体状态时，分子彼此相距其远，分子间的引力非常小，各个分子都在无规则地快速运动。 气体能够充满整个容器，不同气体可以任意比例混合成均匀混合物。通常气体的存在状态几乎和它们的化学组成无关，主要取决于气体的体积、温度、压力和物质的量。,二、物质的聚集状态,（1）理想气体状态方程 （2）气体分压定律 在混合气体中，每一种组分气体总是均匀地充满整个容器，对容器内壁产生压力，并且不受其他组分气体的影响，如同它单独存在于容器中那样。 各组分气体占有与混合气体相同体积

4、时所产生的压力叫做分压力。 混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。这一关系称为道尔顿分压定律。 pp（a）十p（b）十p（c）,（3）气体分体积定律 当组分气体的温度和压力与混合气体相同时，组分气体单独存在时所占有的体积称为分体积，混合气体的总体积等于各组分气体的分体积之和，这一经验规律称为阿玛格分体积定律。 vva+vb+vc+,（4）真实气体和状态方程 实际使用的气体都是真实气体。只有在压力不太高和温度不太低的情况下，分子间的距离甚大，气体所占有的体积远远超过分子本身的体积，分子间的作用力和分子本身的体积均可忽略时，实际气体的存在状态才接近于理想气体，用理想气体的定律进行计算，才不会引

5、起显著的误差。 19世纪后期，荷兰物理学家范德华（jdvan der waals）对理想气体状态方程进行了修正，得到较为准确的真实气体状态方程。,2.液体,在一定温度下，纯溶剂溶入难挥发化合物形成稀溶液（通常，稀溶液的浓度小于0.02mol/l）后，其性质将发生变化，只取决于溶质粒子数目的性质，统称为稀溶液的依数性。 （1）液体的蒸气压 液体表面某些运动速度较大的分子所具有的能量足以克服分子间的吸引力而逸出液面，成为气态分子，这一过程叫做蒸发。 若将液体置于密闭容器中，一方面，液态分子进行蒸发变成气态分子；另一方面，一些气态分子撞击液体表面会重新返回液体，这个与液体蒸发现象相反的过程叫做凝聚。

6、 在恒定温度下，与液体平衡的蒸气称为饱和蒸气，饱和蒸气的压力就是该温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。 蒸气压是物质的一种特性，常用来表征液态分子在一定温度下蒸发成气态分子的倾向大小。在某温度下，蒸气压大的物质为易挥发物质，蒸气压小的物质为难挥发物质。,在敞口容器内加热液体，最初会看到不少细小气泡从液体中逸出，这种现象是由于溶解在液体中的气体因温度升高，溶解度减小所引起的。 当达到一定温度时，整个液体内部都冒出大量气泡，气泡上升至表面，随即破裂而逸出，这种现象叫做沸腾。此时，气泡内部的压力至少应等于液面上的压力，即外界压力（对敞口容器即大气压力），而气泡内部的压力为蒸气压。故液体沸腾的条件是液体的

7、蒸气压等于外界压力，沸腾时的温度叫做该液体的沸点。 液体的蒸气压等于外界压力时的温度即为液体的沸点。如果此时外界压力为101.325 kpa，液体的沸点就叫正常沸点。 液体的沸点随外界压力而变化。若降低液面上的压力，液体的沸点就会降低。,3.固体,固体可由原子、离子或分子组成。固体具有一定的体积、一定的形状以及一定程度的刚性（坚实性）。 多数固体物质受热时能熔化成液体，但有少数固体物质并不经过液体阶段而宜接变成气体，这种现象叫做升华。另一方面，一些气体在一定条件下也能直接变成固体，这一过程叫凝华。与液体一样，固体物质也有饱和蒸气压，并随温度升高而增大。但绝大多数固体的饱和蒸气压很小。 固体可分

8、为晶体和非晶体（无定形体）两大类，多数固体物质是晶体。非晶体没有固定的几何外形，又称无定形体。晶体和非晶体并非不可互相转化。在不同条件下，同一物质可以形成晶体，也可以形成非晶体。,1.浓度对化学反应速率的影响 (1)基元反应和非基元反应 一步完成的化学反应称之为基元反应。 由两个或两个以上基元反应组成的反应为非基元反应或复杂反应。 如2no2h2n22h2o是由三个基元反应组成的。 2non2o2 (快) n2o2h2n2oh2o （慢） n2oh2n2h2o （快）,三、影响化学反应速率的因素,（2）质量作用定律 在一定温度下，对于基元化学反应，化学反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比，浓度

9、的幂改为反应方程式中相应的化学计量数。 数学表达式： aabbc (基元反应) =kca(a)cb(b) 2noo22no2 =kc2(no)c (o2) （3）浓度对化学反应速率的影响 在一定温度下，反应物浓度越大，反应速率就越快，反之亦然。,2.压力对化学反应速率的影响 在一定温度时，增大压力，气态反应物质的浓度增大，反应速率增大；相反，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，由于压力对反应物的浓度影响很小，所以压力改变，其他条件不变时，对反应速率影响不大。,3.温度对化学反应速率的影响 大多数化学反应随着温度的升高而加快，随着温度的降低而减慢。 荷兰物理化学家范

10、特霍夫归纳经验规律：一般化学反应，在一定的温度范围内，温度每升高10，反应速率增加到原来的24倍。,4.催化剂对化学反应速率的影响 催化剂是一种能显著改变化学反应速率，而本身在反应前后的组成、质量和化学性质都保持不变的物质。 能加快反应速率的催化剂，叫正催化剂；能减慢反应速率的催化剂，叫负催化剂。通常我们所说的催化剂是指正催化剂。 催化剂的特点：催化剂可参与反应，改变反应历程和速率；不改变反应方向，不改变反应的热效应；催化剂具有选择性，可有选择的加速某一反应，从而控制副反应的发生，减少副产品（主反应达平衡时，副反应还未达平衡）。 5.其他因素对化学反应速率的影响 超声波、紫外光、x射线和激光灯

11、,一、可逆反应与化学平衡 二、化学平衡常数,第二节 化学平衡,1.可逆反应 在一定条件下既可以向正向进行，又能向逆向进行的反应称为可逆反应。例如： 2no(g) + o2(g) 2no2(g) 几乎所有的化学反应都具有可逆性。即在密闭容器中，反应不能进行到底，反应物不能全部转化为产物。 从左到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。,一、可逆反应与化学平衡,2.化学平衡,当正反应速率和逆反应速率相等时，体系中反应物和生成物的浓度不再随时间改变而改变，体系所处的状态称为化学平衡。 宏观上处于静止状态，产物不再增加，反应物不再减少，实际上，正、逆反应仍在进行，只不过它们的速率相等，

12、方向相反。,化学平衡具有如下特点：,（1）化学平衡是一动态平衡，此时正=逆0。外界条件不变，体系中各物质的量不随时间变化。 （2）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。 （3）反应是可逆的，化学平衡既可以有反应物开始达到平衡，也可以由产物开始达到平衡。,1.实验平衡常数 对于任意的化学反应 aabb ddgg 在一定温度下达到平衡时，实验平衡常数用各生成物平衡浓度幂的乘积与各反应物平衡浓度幂的乘积之比表示，即 kc称为浓度平衡常数,二、平衡常数,对于气相中的可逆反应： aa（g）bb（g） dd（g）gg（g） 在一定温度下达到平衡时，实验平衡常数用各生成物平衡

13、分压幂的乘积与各反应物平衡分压幂的乘积之比表示，即 kp称为压力平衡常数。,2.标准平衡常数 对于气相中的可逆反应： aa（g）bb（g） dd（g）gg（g） 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，即 kp称为压力平衡常数。,3.平衡常数的书写 （1）对于有纯固体、纯液体和水参加反应的平衡体系，其中纯固体、纯液体和水无浓度可言，不要写入表达式中。例如 caco3(s) cao(s)+ co2(g) k=p(co2),（2）平衡常数的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。例如 n2o4(g) 2no2(g)

14、n2o4(g) no2(g) 以上两种平衡常数表达式都描述同一平衡体系，但k1k2。所以使用时，平衡表达式必须与反应方程式相对应。,（3）多重平衡规则 如有两个反应相加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 2no2(g) n2o4(g) k2 若两个反应相加得 2no(g)+o2(g) n2o4(g) 则 k= k1 k2,4.平衡常数的意义 （1）平衡常数是可逆反应的特征常数。对同种类型的反应来说，平衡常数越大，反应进行的程度就越大，

15、即越完全。 （2）平衡常数可以用来判断一个反应是否已经达到平衡状态。 当qk时，正反应自发进行。 当q=k时，反应处于平衡状态。 当qk时，逆反应自发进行。 （3）平衡常数与反应系统的浓度无关，它只是温度的函数。因此，使用时必须注明对应的温度。,一、影响化学平衡移动的因素 二、化学反应速率与化学平衡的应用,第三节 化学平衡的移动,化学平衡是一种动态平衡，在外界条件改变时，会使反应的平衡条件遭到破坏，从而会向某一个方向进行，这种由于外界条件的改变，使反应从一种平衡状态向另一种平衡状态转变的过程叫做化学平衡的移动。,1.浓度对化学平衡的影响 对于任意可逆反应 aabb ddgg qk平衡向左移动

16、q=k平衡 其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向右移动；增大生成物浓度或减小反应物浓度，平衡向左移动。,一、影响化学平衡移动的因素,2.压力对化学平衡的影响 对液相和固相中发生的反应，改变压力，对平衡几乎没有什么影响。但对于有气体参加的反应，压力的影响必须考虑。 其他条件不变时，增加总压时，平衡向气体分子减小的方向移动，减小总压，平衡向气体分子数增大的方向移动，n=0时，改变总压平衡不移动。,3.温度对化学平衡的影响 对于正向放热（q k,平衡向左移动，即向吸热方向移动。 对于正向吸热的反应，温度升高，平衡常数增大，此时，qk，平衡向右移动。 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。 4.催化剂对化学平衡的影响 催化剂同等程度的增加正逆反应速率，加入催化剂后，体系的始态和终态并未改变，k也不变，q也不变，此平衡不移动,5.化学平衡移动原理 1884年法国科学家吕查德里概括出一