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1、第二章化学反应速率及化学平衡第1页，本讲稿共39页1、熟悉化学反应的速率及影响因素。熟悉化学反应的速率及影响因素。2、掌握化学平衡及标准平衡常数的表达方式、意义和计算。掌握化学平衡及标准平衡常数的表达方式、意义和计算。3、理解浓度、压力、温度对化学平衡移动的影响理解浓度、压力、温度对化学平衡移动的影响。4、初步认识多重平衡原理和多重平衡常数的表达。初步认识多重平衡原理和多重平衡常数的表达。5、熟悉化学平衡在药物生产、药物质量控制上的应用。熟悉化学平衡在药物生产、药物质量控制上的应用。本章教学要求本章教学要求第2页，本讲稿共39页1 1 1 1、在指定条件下反应进行的方向和限度化学热力学。2 2
2、 2 2、反应进行速率和具体步骤(反应机理)化学动力学。研究化学反应速率与化学反应的机理，是化学动力学的任务。研究化学反应速率与化学反应的机理，是化学动力学的任务。第一节：化学反应速率和反应机理 前言前言化学反应涉及两个基本问题：化学反应涉及两个基本问题：第3页，本讲稿共39页一、反应速率的表示方法一、反应速率的表示方法 反应速率一般以在单位时间、单位体积中反应物的量的减少或产物的量的增加来表示。1 1、平均速率、平均速率反应物取反应物取“-”-”，产物取产物取“+”+”第4页，本讲稿共39页例例：在：在298K下，将下，将2.1 molL-1的的N2O5充入一密闭容器中，分解充入一密闭容器中
3、，分解反应中各物质浓度变化如下：反应中各物质浓度变化如下：课 堂 例 题 2 N2O5（g）4NO2(g)+O2(g)起始浓度起始浓度/molL/molL-1-1 2.1 2.1 0 0 0 0100100秒末浓度秒末浓度/molL/molL-1-1 1.95 1.95 0.30 0.30 0.0750.075试计算反应开始试计算反应开始100秒内的平均速率。秒内的平均速率。第5页，本讲稿共39页苯苯 胺胺2 2、瞬时速率、瞬时速率瞬时速率是缩短时间间隔，令t趋近于零时的速率。瞬时速率只能用作图的方法得到，例如对于反应（瞬时速率只能用作图的方法得到，例如对于反应（45 ）：）：2N2O5 4N
4、O2 +O2一、反应速率的表示方法一、反应速率的表示方法第6页，本讲稿共39页 相关图片 第7页，本讲稿共39页第一节：第一节：胺胺 类类一、化学反应的可逆性一、化学反应的可逆性 在同一条件下，某一反应既能向正反应方向又能向逆反应方向进行，这便叫做反应的可逆性。几乎所有的化学反应都具有可逆性，即为可逆反应(reversibleleaction)，例如:在高温时，一氧化碳与水蒸气作用生成二氧化碳和氢气：第二节:化学反应的可逆性和化学平衡CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)第8页，本讲稿共39页可逆反应实例以下反应均为可逆反应：（氧化还原反应）（弱酸电离平衡）(配 位 平 衡)(沉淀溶
5、解平衡）HAc+H2O Ac-+H3+O Ag+2NH3 Ag(NH3)2+AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)M Mn+ne第9页，本讲稿共39页第一节：第一节：胺胺 类类苯苯 胺胺二、化二、化 学学 平平 衡衡 经过一定时间，正反应速率和逆反应速率相等了，CO2、H2、H2O、CO四种气体的浓度不再随时间改变，这时建立了化学平衡。CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)化学平衡建立的标志：化学平衡建立的标志：物料浓度不随时间发物料浓度不随时间发生变化生变化第10页，本讲稿共39页反反应应速速率率时间时间T T正逆反应速率变化示意图正正逆逆化学平衡化学平衡正逆反应速率变化示意
6、图化学平衡建立的条件：化学平衡建立的条件：正逆反应速率相等正逆反应速率相等第11页，本讲稿共39页化学平衡建立的条件:正向反应和逆向反应的反应速率相等。化学建立平衡的标志:反应物和生成物的浓度不随时间改变。化学平衡是相对的和有条件的动态平衡。(提示：提示：A：可逆反应：可逆反应 B：恒温：恒温 C：密闭条件）：密闭条件）当外界因素改变时，正、逆反应速率发生变化，原有平衡将受到破坏，直至在新条件下又建立起新的化学平衡。化学平衡状态具有以下几个重要特点第12页，本讲稿共39页第一节：第一节：胺胺 类类一、标准平衡常数一、标准平衡常数、稀溶液中反应的标准平衡常数:在一定温度下达到化学平衡时，各物质的
7、浓度不再随时间而变,这时 的浓度称为平衡浓度。它们之间存在如下定量关系：第二节：标准平衡常数及其计算(aq)eE(aq)=(aq)+hH(aq)第13页，本讲稿共39页、气体混合物反应的标准平衡常数对气体混合物中的可逆反应：对气体混合物中的可逆反应：平衡分压之间存在如下定量关系：()eE()=()+hH(g)一、标准平衡常数一、标准平衡常数第14页，本讲稿共39页对非均相可逆反应：对非均相可逆反应：eE(s)+f(aq)=dD(l)+hH(g)、非均相反应的标准平衡常数在一定温度下达到平衡时，存在如下定量关系：一、标准平衡常数一、标准平衡常数第15页，本讲稿共39页例如用盐酸溶解碳酸钙的离子反
8、应：CaCO3（s）+2H+（aq）=Ca2+（aq）+CO2（g）+H2O（l）在一定温度下达到平衡时，其标准平衡常数的表达式为：课堂习题第16页，本讲稿共39页书写标准平衡常数表达式时应注意以下几点：1、有纯固体、纯液体参加反应的体系:CaCO3（s）=CaO（s）CO2（g）固体物质、纯液体或稀溶液中的溶剂，其浓度不随反应而变化，所以可将它们的浓度视为1。第17页，本讲稿共39页2、多重反应平衡体系:将两个独立反应相加，所得总反应的标准平衡常数等于这两个相加反应的标准平衡常数之乘积。2NO(g)O2(g)2NO2(g)(1)2NO2(g)N2O4(g)(2)2NO(g)O2(g)N2O4
9、(g)(3)从反应式看（1）+（2）=（3）而且：=K3 第18页，本讲稿共39页多重平衡原理多重平衡原理（1）+（2）=（3）K3=K1 K2（1）（2）=（3）K3=K1 /K2（2）=（1）mK2=K1 m多重平衡多重平衡原理原理书写标准平衡常数表达式时应注意以下几点：书写标准平衡常数表达式时应注意以下几点：多重平衡原理多重平衡原理：第19页，本讲稿共39页3、不同写法的同一反应标准平衡常数间的关系2SO2(g)O2(g)2SO3(g)(1)SO3(g)SO2(g)1/21/2O2(g)(2)你能总结规你能总结规律吗律吗?第20页，本讲稿共39页课堂习题、某温度下，反应SO2 +1/2
10、O2 =SO3的平衡常数K=50；在同一温度下，反应2SO3 =2SO2 +O2的平衡常数K =（）A：2500 B：410-4 C：100 D：210-2 第21页，本讲稿共39页课堂习题请理论上预测下列反应的趋势：解：解：（）=（）+（）（-2-2）（）（）（）因此Mg(OH)2在氯化铵溶液中的溶解趋势不大,实际工作中,应该用大浓度的氯化铵溶液。第22页，本讲稿共39页化学平衡常数与电离度化学平衡常数化学平衡常数Kc电离度电离度表达意义表达意义化学反应的趋势化学反应的趋势电离的程度电离的程度表现形式表现形式平衡常数平衡常数转化率转化率浓度影响浓度影响 压力影响压力影响 温度影响温度影响 第
11、23页，本讲稿共39页 当外界条件改变，可逆反应从一种平衡状态转变到另一种条件下的平衡状态的过程，叫做化学平衡的移动。第三节:化学平衡的移动浓度、压力、浓度、压力、温度对平衡的温度对平衡的影响影响第24页，本讲稿共39页一定温度下,对于可逆反应：反应商：一、浓度对化学平衡的影响一、浓度对化学平衡的影响任任意意状状态态浓度浓度为了讨论的方便，我们人为地定义：a A+b B d D +e E第25页，本讲稿共39页 在平衡体系中，如果其它条件不变，增大（或减小）其中某物质的浓度，平衡就向减小（或增大）该物质浓度的方向移动。Qc K 正反应自发进行 Qc=K 反应处于平衡状态 Qc K 逆反应自发进
12、行平衡移动原平衡移动原理理一、浓度对化学平衡的影响一、浓度对化学平衡的影响第26页，本讲稿共39页 由于压力对固体和液体体积的影响极小，所以压力改变对固体和液体反应的平衡体系几乎没有影响。对于有气体参加的反应，压力改变可能使平衡发生移动。压力改变有两种情况：、改变某气体的分压、改变体系的总压力 二、压力对化学平衡的影响二、压力对化学平衡的影响与改变浓度的与改变浓度的效果是一样的效果是一样的第27页，本讲稿共39页 改变体系的总压力只对那些反应前后气体分子数目有变化的反应有影响：增大体系的总压力，平衡向气体分子数目减少的方向移动。减小体系的总压力，平衡向气体分子数目增多的方向移动。二、压力对化学
13、平衡的影响二、压力对化学平衡的影响第28页，本讲稿共39页 eE(g)+f(g)dD(g)+hH(g)只改变体系的总压力使之为原来的m倍时：A：增大体系的总压力，即：m1时a.当当（ef）（）（dh）时，）时，BBn0Qc K平衡向正反应方向b.当（当（ef）（）（dh）时）时BBn0QcK平衡向逆反应方向B：减小体系的总压力时.（略）数 学 演 算第29页，本讲稿共39页FeCl3三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响FeCl3+H2O Fe(OH)3+3HCl加热促进水解进行形成Fe(OH)3溶胶升温有利于水解反应模模 拟拟 实实 验验：把淡黄色的三氯化铁溶液分别加入到冷水和热水
14、中,观察现象。第30页，本讲稿共39页 浓度和压力对化学平衡的影响是通过改变体系的反应商Qc，使之不再等于K来实现的。这时K不变。温度的影响则不同，它是通过改变K,导致平衡发生移动的。三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响第31页，本讲稿共39页三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响讨论讨论状态一：1 K1对某个可逆反应来说，我们做如下改变：从T 1状态 T 2状态状态二：2 K2请问：我们最后作为评判标准的化学平衡常数是K1还是K2？T 1状态T 2状态第32页，本讲稿共39页1、若正反应是吸热反应，rH 则为正值:A：升高温度：T2 T1 0，K2 K1 使K值增大，向
15、正反应方向 B：降低温度：T2 T1 0，K2 K1 使K值减小，向逆反应方向2、若反应是放热反应，rH 则为负值:略（同学们自己推导一下结论，总结一下温度对化学平衡的综合影响）三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响第33页，本讲稿共39页 总之，升高温度，有利于吸热反应，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，有利于放热反应，平衡向放热反应方向移动。第34页，本讲稿共39页温度对化学平衡影响的实验三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响 2NO2(g)N2O4(g)rH=-57.19kJ.mol-1 (红棕色)(无 色)第35页，本讲稿共39页 假如改变平衡系统的条件之一，如温度
16、、压力、浓度等，平衡就向能减弱这个改变的方向移动。这个规律叫做吕查德里原理，也叫做平衡移动原理。平衡平衡 反应物 生成物 浓度、压力、温度化学平衡移动的规律 法国的化学家吕查德里（Le Chatelier）在1887年从以上这些结论中，总结出一条著名规律：第36页，本讲稿共39页课堂习题1、下列方法中，能改变可逆反应的标准平衡常数的是（）A:改变体系的温度 B:改变反应物浓度 C:加入催化剂 D:改变平衡压力2、化学反应达到平衡的特征是（）A:反应物和生成物的浓度相等 B:正逆反应物的速率常数相等C:反应物和生成物的浓度为常数 D:各物质的浓度不随时间而变第37页，本讲稿共39页课堂习题3、反
17、应A+B C+D 为放热反应，若温度升高10，将（）A:对反应没有影响 B:使平衡常数增大一倍C:不改变反应速率 D:使平衡常数减小 4、可逆反应2NO（g）=N2（g）+O2（g）rH=-173.4 kJmol-1。对此反应的逆反应来说，下列说法正确的是（）A:K 与温度无关 C:温度升高，K 减小B:当温度升高时，K 增大 D:增大NO的分压，K 将改变第38页，本讲稿共39页课堂习题5、可使任何反应达到平衡时增加产率的措施是（）A:升温 B:加压 C:增加反应物浓度 D:加催化剂6、反应N2（g）+3H2（g）=2NH3（g），rH 0，理论上采用的反应条件是（）。A:低温低压 B:高温高压 C:低温高压 D:高温低压第39页，本讲稿共39页