《《揭示化學反應速率和平衡之謎》.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《揭示化學反應速率和平衡之謎》.ppt（64頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、第六章 揭示化學反應速率和平衡之謎,6.1 化學反應為什么有快有慢,舉出幾例你在生活中所遇到與化學反應快慢有關的事例,演示實驗 鈉、鎂分別與水的反應,分析觀察到的實驗現(xiàn)象,一、化學反應有快有慢,決定化學反應速率的因素，既有反應物本身的性質，又有外界條件。,決定化學反應快慢的因素,內因,外因,反應物本身的性質,外界條件（如溫度、壓強、濃度、催化劑）,,,二、化學反應速率,1、化學反應速率的含義,化學反應速率是用來衡量化學反應進行快慢的尺度。,它與兩個因素有關： 一個是反應的時間； 另一個是反應物或生成物的濃度。,反應物濃度隨著反應的進行而不斷減小， 生成物濃度隨著反應的不斷進行而增大。,2、化學
2、反應速率的表示,化學反應速率用單位時間（如每秒，每分，每小時）內反應物濃度的減小或生成物濃度的增大來表示。,某一物質的化學反應速率的計算式為： v = ,c, t,試根據(jù)以上計算式推出v 的單位是什么？,mol/(Ls); mol/(Lmin); mol/(Lh),在容積為2L的一密閉容器中充入一定量的A2氣體和B2氣體，在一定條件下發(fā)生如下反應：A2(g)+B2(g)2C(g)，反應前，容器中A2為0.1mol，經2s后測得A2為0.06mol，求A2在這2s內的平均反應速率。,,那么，B2和C在這2s內的平均反應速率如何計算？,V(B2)=V(A2)=0.01mol/(Ls),V(C
3、)=2V(A2)=0.02mol/(Ls),從上例可以看出，用不同物質表示同一反應時，反應速率不一定相等。,化學方程式中某些物質的系數(shù)不同，表示它們的濃度變化值不同，則分別用這些物質表示其化學反應速率就不同；,化學方程式中某些物質的系數(shù)相同，表示它們的濃度變化值相同，則分別用這些物質表示其化學反應速率就相同。,結論：對同一反應，各物質的反應速率之比等于化學方程式中各物質前面的系數(shù)比。,需指出：用不同物質表示同一反應時，盡管其化學反應速率的數(shù)值不一定相同，但這個化學反應的快慢是一定的。,例題：反應4NH3+5O2 4NO+6H2O 在5升的密閉容器中進行，30秒后，NO 的物質的量增加了0.
4、3mol，此反應的平均反應速率用NO來表示為多少？若用O2的濃度變化來表示此反應速率是多少？,v(NO)=0.002mol/(Ls),v(O2)=0.0025mol/(Ls),注意： 1、在同一反應體系中用不同的物質來表示反應速率時，其數(shù)值是可以不同的，但是這些數(shù)值都表示同一個反應速率。因此化學反應速率的表示必須說明用哪種物質來做標準。,2、用同一反應體系中不同物質表示同一速率時，其數(shù)值比一定等于化學方程式中相應的化學計量數(shù)之比。,3、一般來說，化學反應的速率隨著反應的進行可不斷變化。因此某一時間段內的反應速率實際是指這一時間段內的平均速率，而不是指瞬時速率。,練習一：反應 A + 3B =
5、2C + 2D 在四種不同條件下的反應速率為： (1) v(A)=0.3mol/(Ls) (2) v(B)=0.6mol/(Ls) (3) v(C)=0.4mol/(Ls) (4) v(D)=0.45mol/(Ls) 則該反應速率的快慢順序為。,(1)(4)(2)=(3),所以比較反應速率大小時，不僅要看反應速率數(shù)值本身的大小，還要結合化學方程式中物質的化學計量數(shù)的大小來說明。,練習二：在25時，向100mL含HCl 14.6g的鹽酸中，放入5.6g鐵粉，反應進行到2s時收集到氫氣1.12L(標況)，之后反應又進行了4s，鐵粉全溶解。若不考慮體積變化，則： (1)前2s內用FeCl2表
6、示的平均反應速率為 ； (2)后4s內用HCl表示的平均反應速率為 ； (3)前2s與后4s比較，反應速率 較快，其原因可能 。,0.25mol/(Ls),0.25mol/(Ls),前2s,前2s時段鹽酸濃度比后4s時段大,練習三： 1、在2L的密閉容器中，發(fā)生下列反應： 3A(g)+ B(g)=2C(g)+D(g)。若最初加入的A 和B 都是4mol，在前10sA 的平均反應速率為0.12mol/(Ls)，則10s時，容器中B的物質的量為 。,2、一定溫度下，向一容積為2L的真空容器中加入1mol氮氣，3mol氫氣
7、，3min后測得容器內的壓強是起始時壓強的0.9倍，在此時間內用氫氣的變化來表示反應速率為 。,3.2mol,0.1mol/(Lmin),三、影響化學反應速率的因素,反應物濃度,溫 度,催化劑,氣體壓強,其他因素,固體顆粒大小,固體顆粒越細,反應速率越快,濃度越大, 反應速率越快,氣體的壓強越大, 反應速率越快,加入催化劑能加快 反應速率,溫度升高, 反應速率加快,光、超聲波、激光、放射線、電磁波、溶劑、擴散速度等,在分別盛有塊狀大理石和粉狀大理石的試管中，同時加入相同濃度的稀鹽酸，粉狀大理石產生氣泡的速率快得多。,外界條件對化學反應速率的影響,什么是有效碰撞？什么是活化分子
8、？,化學反應能發(fā)生的先決條件是：反應物分子(離子)之間發(fā)生碰撞。但是并不是每次碰撞都能發(fā)生化學反應，只有具備一定能量的分子(離子)相互碰撞才可能發(fā)生反應。,有效碰撞：能夠發(fā)生化學反應的碰撞。,活化分子：能夠發(fā)生有效碰撞的分子。,活化分子百分數(shù)： （活化分子數(shù)/反應物分子數(shù)）100%,1、濃度對化學反應速率的影響,原因：在其他條件不變時，對某一反應來說，活化分子百分數(shù)是一定的，即單位體積內的活化分子數(shù)與反應物的濃度成正比。所以當反應物的濃度增大時，單位體積內的分子數(shù)增多，活化分子數(shù)也相應的增多，反應速率也必然增大。,規(guī)律：其他條件不變時，增大反應物的濃度，可以增大反應速率；
9、減小反應物的濃度，可以減小化學反應的速率。,注意：a、此規(guī)律只適用于氣體或溶液的反應，對于純固體或液體的反應物，一般情況下其濃度是常數(shù)，因此改變它們的量不會改變化學反應速率。,b、化學反應若是可逆反應，反應物或生成物的濃度改變，其正反應速率和逆反應速率的改變也符合上述規(guī)律。,c、氣體或溶液濃度的改變與反應速率的關系并不是一概如此，若隨著濃度的改變，物質的本質發(fā)生了變化，那么反應速率的含義也不同了。,2、壓強對反應速率的影響,原因：對氣體來說，若其他條件不變，增大壓強，就是增加單位體積的反應物的物質的量，即增加反應物的濃度，因而可以增大化學反應的速率。,規(guī)律：對于有氣體參加的反應，若其他條件不變
10、，增大壓強，反應速率加快；減小壓強，反應速率減慢。,注意： a、壓強影響，只適用于討論有氣體參加的反應，當然并不一定全部是氣體參加的反應。,b、壓強影響反應速率，必須伴隨有壓強改變時體積的改變現(xiàn)象。否則，壓強的變化并沒有作用到反應的體系上。即壓強變則體積變，實際是濃度的變化。若容器的體積不變，因為各氣體的濃度沒有變，則速率不變。如在密閉容器中通入惰性氣體。,3、溫度對化學反應速率的影響,原因：(1)濃度一定時，升高溫度，分子的能量增加，從而增加了活化分子的數(shù)量，反應速率增大。 (2)溫度升高，使分子運動的速度加快，單位時間內反應物分子間的碰撞次數(shù)增加，反應速率也
11、會相應的加快。前者是主要原因。,規(guī)律：其他條件不變時，升高溫度，可以增大反應速率，降低溫度，可以減慢反應速率。,注意： a、溫度對化學反應速率的影響對放熱反應和吸熱反應都適用。,b、反應若是可逆反應，升高溫度時，正反應速率、逆反應速率都加快，但吸熱反應比放熱反應增加的程度要大；降低溫度時，正反應速率、逆反應速率都減小，但吸熱反應速率減小的程度比放熱反應減小的程度要大。,4、催化劑對化學反應速率的影響,原因：在其他條件不變時，使用催化劑可以大大降低反應所需要的能量，會使更多的反應物分子成為活化分子，大大增加活化分子百分數(shù)，因而使反應速率加快。,規(guī)律：催化劑可以改變化學反應的速率。正催化劑：能夠加
12、快反應速率的催化劑。 負催化劑：能夠減慢反應速率的催化劑。 如不特意說明，則指正催化劑。,注意： a、凡是能改變反應速率而自身在化學變化前后化學性質和質量沒有發(fā)生變化的物質叫催化劑。,b、同一催化劑能同等程度的改變化學反應的速率。,c、催化劑中毒：催化劑的活性因接觸少量的雜質而明顯下降甚至遭到破壞，這種現(xiàn)象叫催化劑中毒。,5、其他如光照、反應物固體的顆粒大小、電磁波、超聲波、溶劑的性質等，也會對化學反應的速率產生影響,練習1：對于在溶液間進行的反應，對反應速率影響最小的因素是（ ） A、溫度 B、濃度 C、壓強 D、催化劑,練習2：下列條件的變化，是因為降低反應所需的能量而增
13、加單位體積內的反應物活化分子百分數(shù)致使反應速率加快的是（ ） A、增大濃度 B、增大壓強 C、升高溫度 D、使用催化劑,C,D,練習3： 設NO+CO2 2CO(正反應吸熱)反應速率為v1；N2+3H2 2NH3(正反應放熱)反應速率為v2。 對于上述反應，當溫度升高時，v1和v2變化情況為（ ） A、同時增大 B、 同時減小 C、v1減少,v2增大 D、v1增大,v2減小,A,練習4：KClO3和NaHSO3間的反應生成Cl-和SO42-離子的速度與時間關系如圖所示，已知反應速率隨c(H+)的增加而加快，試說明 (1)為什么反應開始時
14、，反應速率增大？ (2)反應后期速率降低的主要原因是什么？,,,反應速率,時間,,6.2 反應物如何盡可能轉變成生成物,我們知道,在一定條件下,有的化學反應能夠發(fā)生,有的化學反應不能發(fā)生;有的反應進行得很快,有的反應卻進行得很慢.那么,能夠發(fā)生的化學反應是否能趨于完成,也就是說反應物是否能全部轉變成生成物呢?,一、可逆反應中的化學平衡,,1、什么是可逆反應？,在同一條件下,既能向正反應方向進行,同時又能向逆反應方向進行的反應,叫做可逆反應。,注意：可逆反應總是不能進行到底，得到的總是反應物與生成物的混合物。,我們知道,在一定條件下,有的化學反應能夠發(fā)生,有的化學反應不能發(fā)生;有的反應進行得很快
15、,有的反應卻進行得很慢.那么,能夠發(fā)生的化學反應是否能趨于完成,也就是說反應物是否能全部轉變成生成物呢?,一、可逆反應中的化學平衡,,什么是飽和溶液？,在一定溫度下，在一定量的溶劑里，不能再溶解某種溶質的溶液，叫做這種溶質的飽和溶液。,飽和溶液中溶質的溶解過程完全停止了嗎？,沒有！以蔗糖溶解于水為例，蔗糖分子離開蔗糖表面擴散到水中的速率與溶解在水中的蔗糖分子在蔗糖表面聚集成為晶體的速率相等。,平衡的特征：,實驗一：探索溶解平衡,,思考： 大NaCl晶體會溶解嗎？ 大NaCl晶體的質量有何變 化？ 大NaCl晶體的形狀呢？,會溶解,質量不變,形狀會改變,,是動態(tài)平衡（動）,V溶解=V結晶，即V正
16、=V逆（等）,各組分的含量保持不變（定）,發(fā)生在一定條件（溫度一定）下的可逆反應里，隨溫度的改變而發(fā)生變化（變）,中學階段平衡的分類：,即：溶解速率=結晶速率 達到了溶解的平衡狀態(tài)， 溶解達到最大限度！ 一種動態(tài)平衡！,那么，可逆反應的情況又怎樣呢？,V=1L的密閉容器，800，101.3kPa CO + H2O CO2 + H2,始 0. 1 0. 1 0 0 (mol/L) 0.5min 0.08 0.08 0.02 0.02 1min 0.06 0.06 0.04 0.04 2min 0.05 0.05
17、 0.05 0.05 4min 0.05 0.05 0.05 0.05,,,開始時c(CO) 、c(H2O)最大，c(CO2) 、c(H2)=0,隨著反應的進行， c(CO) 、c(H2O)逐漸減小,,c(CO2) 、c(H2)逐漸增大,,所以，正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，進行到一定程度，總有那么一刻，正反應速率=逆反應速率，且正反應速率和逆反應速率的大小不再變化 。,正反應速率=逆反應速率,,,,正反應速率,逆反應速率,相等,時間,速率,這時，同一瞬間正反應生成CO2和H2 的分子數(shù)等于逆反應消耗的CO2和H2的分子數(shù)。,反應仍在進行，但是四種物質的濃度均保持不變
18、，達到動態(tài)平衡，這就是我們要重點掌握的重要概念化學平衡狀態(tài)。,定義：化學平衡狀態(tài)，就是指在一定條件 下的可逆反應里，正反應速率和逆反應 速率相等，反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。,強調三點,前提條件：可逆反應,實質：正反應速率 = 逆反應速率,標志：反應混合物中各組分的 濃度保持不變的狀態(tài),有關化學平衡的歷史,翻開20世紀的史書，你會發(fā)現(xiàn)一個響亮的名字------弗里茨哈伯，德國天才化學家，因對化學平衡的突出貢獻獲得1918年諾貝爾化學獎哈伯在1906年使用鋨作催化劑在200.3個大氣壓，600的高溫下，使N2和H2反應獲得了8%的NH3，震動了整個歐洲化學界；和世界上幾乎所有的
19、新發(fā)明一樣，最先應用的是軍事、是戰(zhàn)爭，1914年1918年的第一次世界大戰(zhàn)。正如戰(zhàn)后有些著名的軍事家指出那樣，如果德國沒有哈伯、沒有發(fā)現(xiàn)化學平衡，戰(zhàn)爭恐怕早就結束了--------因為哈伯一方面給德國提供了糧食（合成氨發(fā)明以前，農作物所需的氨肥主要來自糞便、花生餅、豆餅等），另一方面給德國提供了軍火(生產硝銨和黃色炸藥),弗里茨哈伯,化學反應進行的程度問題 （即化學平衡）,,,化學平衡的研究對象,,工程師的設想,,19世紀后期，人們發(fā)現(xiàn)高爐煉鐵所排出的高爐氣中含有相當量的CO，作為工業(yè)革命發(fā)源地的英國有些工程師認為-------這是由于CO和鐵礦石的接觸時間不長所造成的，于是在英國耗費了大量資
20、金建造了一個高大的煉鐵高爐（如圖），以增加CO和鐵礦石的接觸時間。可是后來發(fā)現(xiàn)用這個高爐煉鐵，所排出的高爐氣中CO的含量并沒有減少，你知道為什么嗎？,可逆反應,化學平衡狀態(tài)的理解：,,用Ct圖象描述化學平衡：,C-t圖象： 如圖：求該反應的化學方程式是：,V-t圖象： 如圖已知X和Y反應生成Z，反應式如下： 用Y物質的V正、V逆和時間t 畫出反應開始至平衡的大致圖象？,,化學平衡狀態(tài)的理解：,用 vt 圖象描述化學平衡：,,達平衡狀態(tài),2、化學平衡狀態(tài)的特征,(1)動：動態(tài)平衡（正逆反應仍在進行）,(2)等：正反應速率=逆反應速率,(3)定：反應混合物中各組分的濃度保 持不變，各組分的
21、含量一定。,(4)變： 條件改變，原平衡被破壞，在 新的條件下建立新的平衡。,容器內N2、H2、NH3三者共存 容器內N2、H2、NH3三者濃度相等 容器內N2、H2、NH3的濃度比恰為1:3:2 t min內生成1molNH3同時消耗0.5molN2 t min內，生成1molN2同時消耗3molH2,判斷可逆反應是否達到平衡狀態(tài)？, 某時內斷裂3molHH鍵的同時，斷裂6molNH鍵,容器內質量不隨時間的變化而變化,容器內壓強不隨時間的變化而變化,容器內密度不再發(fā)生變化,容器內的平均摩爾質量不再發(fā)生變化,二、影響化學平衡移動的因素,練習,將2mol SO2 和1mol O2充入體積為1L的
22、密閉容器中，保持一定溫度，一段時間后，反應達平衡，測得平衡時SO3 = 1mol/L。畫出整個過程的v-t圖和c-t圖,,V正,V逆,一、化學平衡的移動,一定條件下的化學平衡（v正 = v逆）,,條件改變,原化學平衡被破壞（v正 v逆）,,一定時間后,二、影響化學平衡的條件,1、濃度對化學平衡的影響,結論：增大反應物濃度平衡向正反應方向移動,圖示：（達平衡后增大某反應物的濃度）,原因：當增大反應物濃度，正反應速率增大（此時逆反應速率不變），使得v正v逆，所以平衡向正反應方向移動（新平衡速率大于原平衡速率）。,增加反應物濃度或減少生成物濃度，化學平衡向正反應方向移動！ 增加生成物濃度或減少反應
23、物濃度，化學平衡向逆反應方向移動！,結論：其它條件不變的情況下,增大反應物濃度， V（正）V（逆），平衡正方向移動。,減小生成物濃度， V（正）V（逆），平衡正方向移動。,增大生成物濃度， V（正）V（逆），平衡逆方向移動。,減小反應物濃度， V（正）V（逆），平衡逆方向移動。,原因：反應物或生成物濃度的變化導致正、逆反應速率變化不一致，從而使平衡發(fā)生移動。,【討論】下列各圖表示某可逆反應在t1時刻達平衡后，于t2時刻改變某種物質的濃度，再于t3時刻達到新平衡。試判斷t2時刻是如何改變物質的濃度的及平衡移動的方向？,增大生成物濃度 平衡向逆反應方向移動,減小反應物濃度 平衡向逆反應方向移動,【
24、討論】,現(xiàn)有反應 已知1mol CO和2molH2O在一定條件下反應，達平衡時，生成0.7molCO2。若其它條件不變，將2molH2O改為4molH2O，達到新平衡時，生成的CO2的量可能是( ) A. 0.65mol B. 0.83mol C. 1.0mol D. 1.4mol,B,2、壓強對化學平衡的影響,結論：增大壓強平衡向氣體體積縮小的方向移動,推論：其它條件不變時，減小壓強平衡向氣體體積增大的方向移動；若反應前后氣體體積不變，則改變壓強時平衡不移動。,原因：增大壓強，體積縮小，反應物和生成物的濃度均增大，故正逆反應速率均增大；但逆反應
25、參加反應的氣體分子數(shù)多，其速率增加得更多。,圖示：（反應 達平衡后增大壓強）,先決條件：反應物或生成物中有氣體。,增大壓強， V（正）V（逆），平衡正方向移動。,減小壓強， V（正） V（逆），平衡逆方向移動。,增大壓強， V（正）V（逆），平衡逆方向移動。,減小壓強， V（正） V（逆），平衡正方向移動。,當 m + n p + q時：,當 m + n p + q時：,討論壓強對平衡的影響時應注意：,1、對沒有氣體參加或生成的可逆反應，因壓強對其速率無影響，故此類反應達平衡后改變壓強，平衡不移動。,2、對于非純氣相反應，達平衡后改變壓強，平衡移動方向只與反應前后氣體分子數(shù)的相對
26、大小有關。如可逆反應 ，達平衡后增大壓強，平衡應向右移動。,3、反應前后氣體分子數(shù)沒有發(fā)生改變的可逆反應，如 改變壓強，平衡不發(fā)生移動。,2A(g)B(g) 3C(g),思考,1、現(xiàn)有平衡體系 下列情況下，平衡如何移動？ 保持溫度、體積不變加入氬氣； 保持溫度、壓強不變加入氬氣。,3、溫度對化學平衡的影響,結論：升高溫度平衡向吸熱反應方向移動 降低溫度平衡向放熱反應方向移動。,原因：升向溫度，正逆反應速率均增大；但吸熱反應比放熱反應的速率增加得更多。,圖示：（反應 ，正反應為吸熱反應，達平衡后升高溫度）,溫度對化學平衡的影響,1.先決條件：可逆
27、反應有反應熱，若正反應為放熱反應，則 逆反應為吸熱反應。,2.結 論：在其他條件不變時，溫度升高，會使化學平衡向 吸熱反應的方向移動，溫度降低會使化學平衡向 放熱的方向移動。,當 Q 0 時：, 升高溫度， V（正）V（逆），平衡逆方向移動。, 降低溫度， V（正）V（逆），平衡正方向移動。,當 Q 0 時：, 升高溫度， V（正）V（逆），平衡正方向移動。, 降低溫度， V（正）V（逆），平衡逆方向移動。,,一定條件下帶活塞的密閉容器中，發(fā)生如下可逆反應： （正反應為放熱反應），達平衡后，四次改變條件（每次只改變一個條件），對v正、v逆
28、的影響如圖所示。則改變的這四個條件依次為：,練習,增大壓強,減小反應物濃度,升高溫度,加入催化劑,勒夏特列原理,向正方向移動,反應物濃度降低,向正方向移動,生成物濃度增大,向體積減小方向移動,體系壓強減小,向吸熱反應方向移動,體系溫度降低,如果改變影響平衡的一個條件（如濃度、溫度、壓強等），平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。,1、可逆反應 達平衡時，測得SO2、O2、SO3三者的濃度依次為a、b、c（mol/L），現(xiàn)保持體積和溫度不變，再加入amolSO2、bmolO2、cmolSO3，問平衡是否移動？為什么？,2、向氯化鈣溶液中通入CO2，無沉淀產生，若先向氯化鈣溶液中通入適量氨水，再通入CO2則有白色沉淀生成，請運用勒夏特列原理簡要解釋上述現(xiàn)象？,思考,同學們稍等,
《揭示化學反應速率和平衡之謎》.ppt
