化學(xué)反應(yīng)原理課件(精講版)

化學(xué)反應(yīng)原理精講本課件旨在系統(tǒng)講解化學(xué)反應(yīng)的各項(xiàng)原理，從基礎(chǔ)概念到高級(jí)應(yīng)用，深入剖析化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，助力學(xué)員掌握化學(xué)反應(yīng)的核心知識(shí)，為未來的學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程簡(jiǎn)介課程目標(biāo)全面掌握化學(xué)反應(yīng)的基本概念、特點(diǎn)、類型和原理。深入理解化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)因素和熱力學(xué)因素。能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際化學(xué)問題。適用人群化學(xué)、化工、材料等相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生。對(duì)化學(xué)反應(yīng)原理感興趣的科研人員和工程技術(shù)人員。希望系統(tǒng)學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)知識(shí)的化學(xué)愛好者。學(xué)習(xí)方法課件學(xué)習(xí)與習(xí)題練習(xí)相結(jié)合。理論知識(shí)與實(shí)際案例相結(jié)合。在線討論與答疑解惑相結(jié)合。定期復(fù)習(xí)與總結(jié)歸納相結(jié)合。什么是化學(xué)反應(yīng)1定義化學(xué)反應(yīng)是指物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的過程，其本質(zhì)是原子間的重新組合?；瘜W(xué)反應(yīng)伴隨著能量的變化，可能釋放能量（放熱反應(yīng)）或吸收能量（吸熱反應(yīng)）。2特征化學(xué)反應(yīng)具有原子守恒、質(zhì)量守恒和能量守恒的特征。反應(yīng)前后，原子的種類和數(shù)目不變，總質(zhì)量不變，總能量不變。這些守恒定律是化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)。3表示化學(xué)反應(yīng)可以用化學(xué)方程式來表示?；瘜W(xué)方程式清晰地展示了反應(yīng)物和生成物的種類、狀態(tài)和數(shù)量關(guān)系。正確書寫和配平化學(xué)方程式是理解化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵?；瘜W(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)原子重組化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是原子間的重新組合，形成新的分子或離子。能量變化化學(xué)反應(yīng)伴隨著能量的變化，可以是放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)。守恒定律化學(xué)反應(yīng)遵循原子守恒、質(zhì)量守恒和能量守恒定律?；瘜W(xué)反應(yīng)的類型化合反應(yīng)由兩種或兩種以上的物質(zhì)生成一種物質(zhì)的反應(yīng)。分解反應(yīng)由一種物質(zhì)生成兩種或兩種以上物質(zhì)的反應(yīng)。置換反應(yīng)一種單質(zhì)與一種化合物反應(yīng)，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)。復(fù)分解反應(yīng)兩種化合物互相交換成分，生成另外兩種化合物的反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)的原理1反應(yīng)物反應(yīng)物分子必須具有足夠的能量才能發(fā)生有效碰撞。2碰撞反應(yīng)物分子必須以正確的方向碰撞才能發(fā)生反應(yīng)。3活化能反應(yīng)物分子必須克服活化能才能轉(zhuǎn)化為生成物。4生成物生成物分子的能量低于反應(yīng)物分子，反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)因素濃度反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越快。溫度溫度越高，反應(yīng)速率越快。催化劑催化劑能降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率。表面積固體反應(yīng)物的表面積越大，反應(yīng)速率越快。溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響活化分子溫度升高，活化分子百分?jǐn)?shù)增加。1有效碰撞溫度升高，有效碰撞次數(shù)增加。2反應(yīng)速率溫度升高，反應(yīng)速率加快。3壓力對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響1氣體反應(yīng)2物質(zhì)的量3平衡移動(dòng)對(duì)于氣體反應(yīng)，增大壓力，平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動(dòng)。壓力主要影響氣體反應(yīng)的平衡，對(duì)液體和固體反應(yīng)的影響較小。催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用1降低活化能2改變途徑3加快速率催化劑通過降低反應(yīng)的活化能，改變反應(yīng)途徑，從而加快反應(yīng)速率。催化劑本身在反應(yīng)前后不發(fā)生變化，但參與了反應(yīng)過程。化學(xué)反應(yīng)的平衡可逆反應(yīng)在同一條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)?？赡娣磻?yīng)不能進(jìn)行到底。平衡狀態(tài)當(dāng)正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率時(shí)，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度保持不變的狀態(tài)稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡?；瘜W(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)平衡常數(shù)（K）是衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度的量。K值越大，正反應(yīng)進(jìn)行得越徹底，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物的程度越高。K值與溫度有關(guān)，與濃度、壓力和催化劑無關(guān)。平衡常數(shù)的性質(zhì)和意義1意義平衡常數(shù)可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，K值越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。2預(yù)測(cè)平衡常數(shù)可以預(yù)測(cè)反應(yīng)的方向，Q<K時(shí)，反應(yīng)正向進(jìn)行；Q>K時(shí)，反應(yīng)逆向進(jìn)行；Q=K時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。3計(jì)算平衡常數(shù)可以計(jì)算反應(yīng)體系中各物質(zhì)的平衡濃度。影響平衡的因素濃度改變反應(yīng)物或生成物的濃度，平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。溫度改變溫度，平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)；降低溫度，平衡向放熱方向移動(dòng)。壓力對(duì)于氣體反應(yīng)，改變壓力，平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。增大壓力，平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動(dòng)；減小壓力，平衡向氣體物質(zhì)的量增大的方向移動(dòng)。利用LeChatelier原理控制化學(xué)反應(yīng)選擇條件根據(jù)反應(yīng)的特點(diǎn)，選擇合適的濃度、溫度和壓力條件?？刂茥l件通過控制反應(yīng)條件，使平衡向有利于生成物的方向移動(dòng)。提高產(chǎn)量最終達(dá)到提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的目的。化學(xué)反應(yīng)熱定義在化學(xué)反應(yīng)過程中，當(dāng)反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，反應(yīng)體系所吸收或放出的熱量稱為化學(xué)反應(yīng)熱。反應(yīng)熱通常用符號(hào)ΔH表示。測(cè)量反應(yīng)熱可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量，也可以通過理論計(jì)算。常用的實(shí)驗(yàn)方法有量熱法，常用的理論方法有蓋斯定律。放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)釋放熱量的反應(yīng)，ΔH<0。燃燒反應(yīng)、中和反應(yīng)等都是常見的放熱反應(yīng)。放熱反應(yīng)通常容易發(fā)生。吸熱反應(yīng)吸收熱量的反應(yīng)，ΔH>0。水的電解、銨鹽的溶解等都是常見的吸熱反應(yīng)。吸熱反應(yīng)通常需要加熱才能發(fā)生。標(biāo)準(zhǔn)生成焓和標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)指定溫度（通常為298K）和標(biāo)準(zhǔn)壓力（100kPa）下的狀態(tài)。2標(biāo)準(zhǔn)生成焓在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物時(shí)的焓變，用ΔfHmθ表示。3標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)物完全轉(zhuǎn)化為生成物時(shí)的焓變，用ΔrHmθ表示。ΔrHmθ=ΣΔfHmθ(生成物)-ΣΔfHmθ(反應(yīng)物)。Hess定律及其應(yīng)用內(nèi)容反應(yīng)的焓變只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。應(yīng)用可以計(jì)算難以直接測(cè)量的反應(yīng)的焓變。方法通過組合已知的反應(yīng)焓變，求得目標(biāo)反應(yīng)的焓變。化學(xué)鍵的形成吸引力原子核和電子之間的吸引力。1排斥力電子和電子之間、原子核和原子核之間的排斥力。2穩(wěn)定當(dāng)吸引力和排斥力達(dá)到平衡時(shí)，化學(xué)鍵形成，體系能量降低。3離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵離子鍵帶相反電荷的離子之間的靜電作用，常見于金屬和非金屬之間。共價(jià)鍵原子之間通過共用電子對(duì)形成的化學(xué)鍵，常見于非金屬元素之間。金屬鍵金屬原子和自由電子之間的相互作用，存在于金屬晶體中。分子間作用力1范德華力包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力，影響物質(zhì)的物理性質(zhì)。2氫鍵存在于含有O-H、N-H或F-H鍵的分子之間，影響物質(zhì)的沸點(diǎn)、溶解度等?；瘜W(xué)反應(yīng)的進(jìn)程1反應(yīng)物2過渡態(tài)3生成物化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，反應(yīng)物通過過渡態(tài)轉(zhuǎn)化為生成物。過渡態(tài)是反應(yīng)過程中能量最高的中間狀態(tài)。化學(xué)反應(yīng)速率定義表示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度。通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示。影響因素濃度、溫度、催化劑、表面積等因素都會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率。這些因素通過影響反應(yīng)物分子間的有效碰撞來改變反應(yīng)速率。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素濃度濃度越高，反應(yīng)速率越快。溫度溫度越高，反應(yīng)速率越快。催化劑催化劑加快反應(yīng)速率?；罨芘cArrhenius方程1Arrhenius方程2活化能3反應(yīng)速率活化能是反應(yīng)物分子發(fā)生有效碰撞所需的最低能量。Arrhenius方程描述了反應(yīng)速率常數(shù)與溫度和活化能之間的關(guān)系。Ea越大，k越小，反應(yīng)速率越慢；T越高，k越大，反應(yīng)速率越快。碰撞理論與過渡態(tài)理論碰撞理論反應(yīng)速率與有效碰撞次數(shù)成正比。反應(yīng)物分子必須以正確的方向碰撞且具有足夠的能量才能發(fā)生反應(yīng)。過渡態(tài)理論反應(yīng)物分子通過形成過渡態(tài)轉(zhuǎn)化為生成物。過渡態(tài)是反應(yīng)過程中能量最高的中間狀態(tài)?；瘜W(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程速率方程描述反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度之間關(guān)系的方程。速率方程的形式由實(shí)驗(yàn)確定。積分方程描述反應(yīng)物濃度隨時(shí)間變化的方程。積分方程可以通過對(duì)速率方程進(jìn)行積分得到。反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)的測(cè)定1定義反應(yīng)級(jí)數(shù)是指速率方程中各反應(yīng)物濃度項(xiàng)的指數(shù)之和。反應(yīng)級(jí)數(shù)可以是整數(shù)、分?jǐn)?shù)或零。2測(cè)定方法實(shí)驗(yàn)方法：初始速率法、積分法、半衰期法等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定速率方程的形式，從而確定反應(yīng)級(jí)數(shù)。多步反應(yīng)的速率決定步驟多步反應(yīng)由多個(gè)基元反應(yīng)組成的反應(yīng)。速率決定步驟多步反應(yīng)中速率最慢的步驟，決定整個(gè)反應(yīng)的速率。酶促反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)米氏方程描述酶促反應(yīng)速率與底物濃度之間關(guān)系的方程。米氏常數(shù)反映酶與底物親和力的常數(shù)?；瘜W(xué)反應(yīng)的類型和特點(diǎn)氧化還原反應(yīng)有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，涉及氧化劑和還原劑。酸堿反應(yīng)質(zhì)子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，涉及酸和堿。沉淀反應(yīng)生成難溶物的反應(yīng)。單元反應(yīng)和連鎖反應(yīng)1單元反應(yīng)一步完成的反應(yīng)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度直接相關(guān)。2連鎖反應(yīng)由多個(gè)基元反應(yīng)組成的反應(yīng)，包括鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)和鏈終止三個(gè)階段。化學(xué)反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)過程多個(gè)反應(yīng)同一反應(yīng)物可以發(fā)生多個(gè)不同的反應(yīng)。競(jìng)爭(zhēng)過程不同反應(yīng)的速率不同，產(chǎn)物比例受反應(yīng)條件影響。自發(fā)和非自發(fā)反應(yīng)自發(fā)反應(yīng)在一定條件下，不需要外界能量的持續(xù)供給就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)。非自發(fā)反應(yīng)需要外界能量的持續(xù)供給才能進(jìn)行的反應(yīng)。自發(fā)反應(yīng)的判據(jù)1吉布斯自由能2焓變和熵變3溫度吉布斯自由能（ΔG）是判斷反應(yīng)自發(fā)性的重要判據(jù)。ΔG<0，反應(yīng)自發(fā)；ΔG>0，反應(yīng)非自發(fā)；ΔG=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。熵的概念及其作用定義熵是描述體系混亂程度的物理量，用符號(hào)S表示。熵值越大，體系越混亂。作用熵變（ΔS）是判斷反應(yīng)自發(fā)性的重要因素。ΔS>0，有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。焦耳-湯姆遜效應(yīng)1氣體膨脹實(shí)際氣體經(jīng)過節(jié)流閥后，壓力降低，體積增大。2溫度變化氣體膨脹過程中，溫度可能升高、降低或不變。3應(yīng)用可用于氣體液化和制冷?；瘜W(xué)反應(yīng)和熱力學(xué)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律。熱力學(xué)第二定律熵增原理。熱力學(xué)第三定律在絕對(duì)零度時(shí)，完美晶體的熵為零?；瘜W(xué)反應(yīng)的自由能和平衡常數(shù)自由能變?chǔ)=-RTlnK，自由能變與平衡常數(shù)之間存在定量關(guān)系。平衡常數(shù)平衡常數(shù)越大，自由能變?cè)叫?，反?yīng)越容易自發(fā)進(jìn)行。電化學(xué)反應(yīng)氧化還原反應(yīng)在電極上發(fā)生的反應(yīng)，包括氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。電極陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)。電極電位和電池電動(dòng)勢(shì)1電