大學(xué)基礎(chǔ)類(lèi)課件化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡

基礎(chǔ)化學(xué)課件2003年9月第二章：化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡（第一講）第一節(jié)：化學(xué)反應(yīng)速率基礎(chǔ)化學(xué)課件2003年9月1第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行快慢是化學(xué)反應(yīng)速率所要討論的問(wèn)題，反應(yīng)的快慢是物質(zhì)本性決定的，當(dāng)然也與外部環(huán)境也很大的關(guān)系。一、化學(xué)反應(yīng)速度的表示方法:aA+bB==dD+eEVA=-ΔCA

/ΔtVD=ΔCD/Δt濃度的單位常用mol/L時(shí)間常用單位秒(s)、分(min)、小時(shí)(h)，所以化學(xué)反應(yīng)速率的的單位常用mol/(LXS)mol/(LXmin)mol/(LXh)。第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率2例:在某條件下,將2molN2O5放入1升的容器中加熱分解,4秒鐘后測(cè)的的濃度是1.2mol/L,求該反應(yīng)的反應(yīng)速度.解:2N2O5==4NO2+O2開(kāi)始時(shí)各物質(zhì)的濃度(mol/L)2004秒內(nèi)反應(yīng)的物質(zhì)濃度(mol/L)1.2-21.60.4平均每秒的濃度變化(mol/(L*S))-0.20.40.1當(dāng)用N2O5的濃度變化來(lái)表示反應(yīng)速度,則:VN2O5

=-ΔCN2O5/Δt=0.2mol/(L*S)當(dāng)用NO2的濃度變化來(lái)表示反應(yīng)速度,則:VNO2=ΔCNO2/Δt=0.4mol/(L*S)例:在某條件下,將2molN2O5放入1升的容器中加熱分解3該反應(yīng)如果用VO2表示，則VO2=0.1mol/(L*S).則VN2O5:VNO2

:VO2

==2:4:1對(duì)于一般的反應(yīng)aA+bB==dD+eEVA/a=VB/b=VD/d=VE/e

該反應(yīng)如果用VO2表示，則VO2=0.1mol4二、反應(yīng)速度理論與活化能有效碰撞理論（2）反應(yīng)分子具備一定能量（1）碰撞頻率反應(yīng)物分子間的相互碰撞是反應(yīng)進(jìn)行的先決條件碰撞頻率越高，反應(yīng)速率越大活化分子：能量超出一定值，直接作用后能發(fā)生化學(xué)作用的分子活化能：活化分子所具有的最低能量與反應(yīng)物分子的平均能量的差值二、反應(yīng)速度理論與活化能有效碰撞理論（2）反應(yīng)分子具備一定能5活化分子EE1分子的平均能量E2活化分子的最低能量活化能Ea=E2-E1Ea活化分子EE16（3）、碰撞有效方位CO（g)+NO2(g)=CO2(g)+NO(g)總結(jié)：能量較高，方位合適的分子的碰撞才是有效碰撞。OOCOCNOOOON無(wú)效碰撞有效碰撞OCON產(chǎn)物（3）、碰撞有效方位CO（g)+NO2(g)=CO2(g7ΔH<0反應(yīng)物分子平均能量活化分子最低能量生成物分子平均能量Ea

能量反應(yīng)進(jìn)程fEa’ΔH=Ea–Ea’ΔH<0反應(yīng)物分子平均能量活化分子最低能量生成物分子平均能量8二、影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素：(濃度\溫度\壓強(qiáng)\催化劑)1、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響。恒溫下的化學(xué)反應(yīng)，其速度主要取決于反應(yīng)物濃度，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速度越快。對(duì)于一般的反應(yīng)aA+bB==dD+eEv=kCAmXCBnE2E原始濃度濃度增大大后二、影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素：E2E原始濃度9壓強(qiáng)只對(duì)有氣體參加的反應(yīng)有影響,壓強(qiáng)增大,單位體積內(nèi)的分子數(shù)目增多,單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)目增多,反應(yīng)速度增大,反之,減小壓強(qiáng),反應(yīng)速度減慢.二、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響壓強(qiáng)只對(duì)有氣體參加的反應(yīng)有影響,壓強(qiáng)增大,單10實(shí)驗(yàn)：H2+O2H2O常溫反應(yīng)速度很慢H2+O2H2O873K時(shí)爆炸式反應(yīng)近似規(guī)律：大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)溫度每升高10K反應(yīng)速率大約增加2~4倍阿侖尼烏斯(Arrhenius)1889年溫度與反應(yīng)速率關(guān)系：1、阿侖尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式2、溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)：H2+O2H2O常溫反應(yīng)速度11阿侖尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式：-RTEaAek=k——反應(yīng)速率常數(shù)A——指前因子或頻率因子Ea——實(shí)驗(yàn)活化能T——熱力學(xué)溫度R——?dú)怏w常數(shù)（8.341J?K-1?mol-1)E-ARTkalnln+=阿侖尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式：-RTEaAek=k——反應(yīng)速率常數(shù)E-12阿侖尼烏斯公式推論：（1）反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系：在一定溫度范圍內(nèi)，對(duì)同一個(gè)反應(yīng)，活化能Ea和頻率因子A是常數(shù)，指數(shù)因子e-Ea/RT隨T升高而增大，k增大。溫度上升，反應(yīng)速率增加（2）反應(yīng)速率k與活化能Ea關(guān)系對(duì)不同反應(yīng)，當(dāng)溫度一定時(shí)，活化能Ea越大，lnk越小。反應(yīng)活化能越大，反應(yīng)速率越小E-ARTkalnln+=阿侖尼烏斯公式推論：溫度上升，反應(yīng)速率增加（2）反應(yīng)速率k與13活化分子EE1分子的平均能量E2活化分子的最低能量初始狀態(tài)溫度升高后EaE1’Ea’活化分子活化分子EE114獲取外界能量后，活化分子數(shù)量增加溫度與反應(yīng)速率的關(guān)系溫度提高單位時(shí)間內(nèi)，分子間有效碰撞頻率增加反應(yīng)速率增加獲取外界能量后，活化分子數(shù)量增加溫度與反應(yīng)速率的關(guān)系溫度提高15A、催化劑及催化作用

催化劑分類(lèi)正催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率

負(fù)催化劑

減慢化學(xué)反應(yīng)速率

（1）定義：在化學(xué)反應(yīng)中能顯著改變化學(xué)反應(yīng)速率而本身在反應(yīng)前后其組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)保持不變的物質(zhì)。H2+O2==H2O

鉑粉

（2）基本特征

i、催化劑的作用是化學(xué)作用，化學(xué)性質(zhì)不變，物理性質(zhì)可能變化

ii、催化劑只改變反應(yīng)速率,不改變反應(yīng)的可能性，不能使非自發(fā)反應(yīng)變成自發(fā)反應(yīng)

iiii、催化劑只能縮短可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間,不能改變平衡狀態(tài)

3、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響A、催化劑及催化作用催化劑分類(lèi)正催化劑加快化16iv、催化劑有高度選擇性

a、某種催化劑只對(duì)某一反應(yīng)或某一類(lèi)型的反應(yīng)有催化作用b、對(duì)同一種反應(yīng)物用不同的催化劑,得到不同產(chǎn)物

Cu

C2H5OHCH3CHO+H2

473k—523k

Al2O3

C2H5OHCH2CH2+H2O

623Kv、許多催化劑對(duì)雜質(zhì)敏感

助催化劑

催化毒物

iv、催化劑有高度選擇性CuC2H5OH17B、催化作用理論

催化劑加快反應(yīng)速率的原因：改變?cè)瓉?lái)的反應(yīng)歷程,降低反應(yīng)的活化能

反應(yīng)物有催化無(wú)催化E’aEacE’ac生成物BB’Ea反應(yīng)歷程能量例如N2+H2==2NH3沒(méi)有催化劑Ea=326KJ/molN2+H2==2NH3有催化劑Ea=175.5KJ/molB、催化作用理論催化劑加快反應(yīng)速率的原因：反應(yīng)物有催化無(wú)催18C、催化反應(yīng)的種類(lèi)

均相催化反應(yīng)

催化劑和反應(yīng)物同處一相

多相催化反應(yīng)

催化劑和反應(yīng)物不同相

（1）均相催化反應(yīng)

例CH3CHO→CH4+CO(慢)Ea=190.37KJ/mol加催化劑I2

CH3CHO+I2→CH3I+HI+CO

(較快)Ea1=136KJ/mol<EaCH3I+HI→CH4+I2

(快)Ea2<EaC、催化反應(yīng)的種類(lèi)均相催化反應(yīng)催化劑和反應(yīng)物同處一相19H2O2+H2SO4+KMnO4→Mn2++O2+H2O+K2SO4

酸堿催化反應(yīng)酯的水解CH3COOCH3+H2O→CH3COOH+CH3OH

H+H2O2的分解

H2O2→H2O+O2

OH-（2）多相催化反應(yīng)

多相催化反應(yīng)五步驟

1）反應(yīng)物分子擴(kuò)散到催化劑表面

2）反應(yīng)物分子吸附在催化劑表面上

3）反應(yīng)物分子在催化劑表面上進(jìn)行反應(yīng)，生成產(chǎn)物

4）產(chǎn)物從催化劑表面解吸

5）產(chǎn)物通過(guò)擴(kuò)散，離開(kāi)表面

自動(dòng)催化作用

H2O2+H2SO4+KMnO4→Mn2++20例如

合成氨的反應(yīng)中，用鐵作催化劑

N2+H2→NH3

FeN2+2Fe→2N﹉﹉Fe2N﹉﹉Fe

+3H2→2NH3+2Fe例如合成氨的反應(yīng)中，用鐵作催化劑N2+H221總結(jié)

溫度、濃度、催化劑對(duì)反應(yīng)速度的影響因素

單位體積內(nèi)反應(yīng)物分子數(shù)

活化能Ea活化分子百分?jǐn)?shù)

活化分子總數(shù)

反應(yīng)速度v速度常數(shù)k

增大反應(yīng)物濃度

升高溫度

加催化劑

總結(jié)溫度、濃度、催化劑對(duì)反應(yīng)速度的影響因素單位體積內(nèi)反應(yīng)22基礎(chǔ)化學(xué)課件2003年9月第二章：化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡（第一講）第一節(jié)：化學(xué)反應(yīng)速率基礎(chǔ)化學(xué)課件2003年9月23第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行快慢是化學(xué)反應(yīng)速率所要討論的問(wèn)題，反應(yīng)的快慢是物質(zhì)本性決定的，當(dāng)然也與外部環(huán)境也很大的關(guān)系。一、化學(xué)反應(yīng)速度的表示方法:aA+bB==dD+eEVA=-ΔCA

/ΔtVD=ΔCD/Δt濃度的單位常用mol/L時(shí)間常用單位秒(s)、分(min)、小時(shí)(h)，所以化學(xué)反應(yīng)速率的的單位常用mol/(LXS)mol/(LXmin)mol/(LXh)。第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率24例:在某條件下,將2molN2O5放入1升的容器中加熱分解,4秒鐘后測(cè)的的濃度是1.2mol/L,求該反應(yīng)的反應(yīng)速度.解:2N2O5==4NO2+O2開(kāi)始時(shí)各物質(zhì)的濃度(mol/L)2004秒內(nèi)反應(yīng)的物質(zhì)濃度(mol/L)1.2-21.60.4平均每秒的濃度變化(mol/(L*S))-0.20.40.1當(dāng)用N2O5的濃度變化來(lái)表示反應(yīng)速度,則:VN2O5

=-ΔCN2O5/Δt=0.2mol/(L*S)當(dāng)用NO2的濃度變化來(lái)表示反應(yīng)速度,則:VNO2=ΔCNO2/Δt=0.4mol/(L*S)例:在某條件下,將2molN2O5放入1升的容器中加熱分解25該反應(yīng)如果用VO2表示，則VO2=0.1mol/(L*S).則VN2O5:VNO2

:VO2

==2:4:1對(duì)于一般的反應(yīng)aA+bB==dD+eEVA/a=VB/b=VD/d=VE/e

該反應(yīng)如果用VO2表示，則VO2=0.1mol26二、反應(yīng)速度理論與活化能有效碰撞理論（2）反應(yīng)分子具備一定能量（1）碰撞頻率反應(yīng)物分子間的相互碰撞是反應(yīng)進(jìn)行的先決條件碰撞頻率越高，反應(yīng)速率越大活化分子：能量超出一定值，直接作用后能發(fā)生化學(xué)作用的分子活化能：活化分子所具有的最低能量與反應(yīng)物分子的平均能量的差值二、反應(yīng)速度理論與活化能有效碰撞理論（2）反應(yīng)分子具備一定能27活化分子EE1分子的平均能量E2活化分子的最低能量活化能Ea=E2-E1Ea活化分子EE128（3）、碰撞有效方位CO（g)+NO2(g)=CO2(g)+NO(g)總結(jié)：能量較高，方位合適的分子的碰撞才是有效碰撞。OOCOCNOOOON無(wú)效碰撞有效碰撞OCON產(chǎn)物（3）、碰撞有效方位CO（g)+NO2(g)=CO2(g29ΔH<0反應(yīng)物分子平均能量活化分子最低能量生成物分子平均能量Ea

能量反應(yīng)進(jìn)程fEa’ΔH=Ea–Ea’ΔH<0反應(yīng)物分子平均能量活化分子最低能量生成物分子平均能量30二、影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素：(濃度\溫度\壓強(qiáng)\催化劑)1、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響。恒溫下的化學(xué)反應(yīng)，其速度主要取決于反應(yīng)物濃度，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速度越快。對(duì)于一般的反應(yīng)aA+bB==dD+eEv=kCAmXCBnE2E原始濃度濃度增大大后二、影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素：E2E原始濃度31壓強(qiáng)只對(duì)有氣體參加的反應(yīng)有影響,壓強(qiáng)增大,單位體積內(nèi)的分子數(shù)目增多,單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)目增多,反應(yīng)速度增大,反之,減小壓強(qiáng),反應(yīng)速度減慢.二、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響壓強(qiáng)只對(duì)有氣體參加的反應(yīng)有影響,壓強(qiáng)增大,單32實(shí)驗(yàn)：H2+O2H2O常溫反應(yīng)速度很慢H2+O2H2O873K時(shí)爆炸式反應(yīng)近似規(guī)律：大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)溫度每升高10K反應(yīng)速率大約增加2~4倍阿侖尼烏斯(Arrhenius)1889年溫度與反應(yīng)速率關(guān)系：1、阿侖尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式2、溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)：H2+O2H2O常溫反應(yīng)速度33阿侖尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式：-RTEaAek=k——反應(yīng)速率常數(shù)A——指前因子或頻率因子Ea——實(shí)驗(yàn)活化能T——熱力學(xué)溫度R——?dú)怏w常數(shù)（8.341J?K-1?mol-1)E-ARTkalnln+=阿侖尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式：-RTEaAek=k——反應(yīng)速率常數(shù)E-34阿侖尼烏斯公式推論：（1）反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系：在一定溫度范圍內(nèi)，對(duì)同一個(gè)反應(yīng)，活化能Ea和頻率因子A是常數(shù)，指數(shù)因子e-Ea/RT隨T升高而增大，k增大。溫度上升，反應(yīng)速率增加（2）反應(yīng)速率k與活化能Ea關(guān)系對(duì)不同反應(yīng)，當(dāng)溫度一定時(shí)，活化能Ea越大，lnk越小。反應(yīng)活化能越大，反應(yīng)速率越小E-ARTkalnln+=阿侖尼烏斯公式推論：溫度上升，反應(yīng)速率增加（2）反應(yīng)速率k與35活化分子EE1分子的平均能量E2活化分子的最低能量初始狀態(tài)溫度升高后EaE1’Ea’活化分子活化分子EE136獲取外界能量后，活化分子數(shù)量增加溫度與反應(yīng)速率的關(guān)系溫度提高單位時(shí)間內(nèi)，分子間有效碰撞頻率增加反應(yīng)速率增加獲取外界能量后，活化分子數(shù)量增加溫度與反應(yīng)速率的關(guān)系溫度提高37A、催化劑及催化作用

催化劑分類(lèi)正催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率

負(fù)催化劑

減慢化學(xué)反應(yīng)速率

（1）定義：在化學(xué)反應(yīng)中能顯著改變化學(xué)反應(yīng)速率而本身在反應(yīng)前后其組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)保持不變的物質(zhì)。H2+O2==H2O

鉑粉

（2）基本特征

i、催化劑的作用是化學(xué)作用，化學(xué)性質(zhì)不變，物理性質(zhì)可能變化

ii、催化劑只改變反應(yīng)速率,不改變反應(yīng)的可能性，不能使非自發(fā)反應(yīng)變成自發(fā)反應(yīng)

iiii、催化劑只能縮短可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間,不能改變平衡狀態(tài)

3、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響A、催化劑及催化作用催化劑分類(lèi)正催化劑加快化38iv、催化劑有高度選擇性

a、某種催化劑只對(duì)某一反應(yīng)或某一類(lèi)型的反應(yīng)有催化作用b、對(duì)同一種反應(yīng)物用不同的催化劑,得到不同產(chǎn)物

Cu

C2H5OHCH3CHO+H2

473k—523k

Al2O3

C2H5OHCH2CH2+H2O

623Kv、許多催化劑對(duì)雜質(zhì)敏感

助催化劑

催化毒物

iv、催化劑有高度選擇性CuC2H5OH39B、催化作用理論

催化劑加快反應(yīng)速率的原因：改變?cè)瓉?lái)的反應(yīng)歷程,降低反應(yīng)的活化能

反應(yīng)物有催化無(wú)催化E’aEacE’ac生成物BB’Ea反應(yīng)歷程能量例如N2+H2==2NH3沒(méi)有催化劑Ea=326KJ/molN2+H2==2NH3有催化劑Ea=175.5KJ/molB、催化作用理論催化劑加快反應(yīng)速