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1、基础化学第5章教学课件基础化学基础化学 第5章 化学反应速率和反应平衡5.1化学反应速率5.2化学反应平衡及平衡常数 5.1 化学反应速率 化学反应速率的表示方法化学反应速率的表示方法 5.1.1平均速率平均速率1.平均速率v是指在时间间隔t内某化学反应的反应速率，可以用参加反应的任一物质的浓度ci在时间间隔t内的浓度变化ci来表示，即 平均反应速率习惯用正值表示，若反应物浓度随时间变化而降低，式前加负号，即 若用生成物浓度随时间变化来表示平均反应速率，则不用在式前加负号，即 瞬时速率瞬时速率2.（1）作化学反应的反应物与生成物的浓度随反应时间变化的曲线图，即ct图。（2）在指定时间ti时刻所
2、对应曲线位置上作切线。（3）求出切线的斜率（用截距法，量出线段长，求出比值），即可求得ti时刻的瞬时速率。图5-1 瞬时速率的图示法求解5.1 化学反应速率 反应速率理论反应速率理论 5.1.2碰撞理论碰撞理论1.（1）互相碰撞时的反应物分子（或原子、离子）应有合适的碰撞取向。（2）互相碰撞的分子在碰撞时必须具有足够的能量，只有具有较高能量的分子才能够在取向合适的前提下克服碰撞分子间电子的相互斥力，完成化学键的改组，使反应完成。图5-2 分子碰撞的不同取向5.1 化学反应速率 过渡状态理论过渡状态理论2.碰撞理论比较直观，但在具体处理时，把分子当成刚性球体，而忽略了分子的内部结构。活化络合物中
3、的价键结构处于原有化学键被削弱、新化学键正在形成的一种过渡状态。过渡态理论认为的化学反应机制是：反应物分子的形状和内部结构的变化，在相互靠近时即已开始，而不仅是在碰撞的一瞬间发生变化。化络合物由于能量高、不稳定，或是恢复成反应物，或是变成产物。5.1 化学反应速率 基元反应和非基元反应基元反应和非基元反应 5.1.35.1 化学反应速率 反应机理是对化学反应历程的描述，是化学反应过程中经历的真实反应步骤的集合。化学反应可以分为基元反应和非基元反应两大类。基元反应是指由反应物一步到达生成物的反应，没有可用实验检验得到的中间产物。非基元反应是一连串基元反应步骤的集合。这一连串的基元反应代表了反应时
4、所经历的具体途径，动力学上称之为反应机理或反应历程。影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 5.1.4浓度（压力）对反应速率的影响浓度（压力）对反应速率的影响1.5.1 化学反应速率 在基元反应中，或在非基元反应的基元步骤中，反应速率和反应物浓度之间，有严格的数量关系，即遵循质量作用定律：基元反应的反应速率与各反应物的浓度的幂的乘积成正比，其中各反应物的幂的指数即为基元反应方程式中该反应物化学计量数的绝对值。例5-1 在碱性溶液中，次磷酸根离子（H2PO-2）分解为亚磷酸根离子（HPO2-3）和氢气（H2），反应式为在一定温度下，实验测得数据如下：解：（1）设x和y分别为反应对H2PO2
5、 和OH 的反应级数，则该反应的速率方程式可写为-5.1 化学反应速率 例5-1 将表中三组数据分别代入上式，得5.3010-9k（0.10）x（0.10）y2.6710-8k（0.50）x（0.10）y4.251-7k（0.50）x（0.40）y解上述方程可得x=1，y=2所以反应总级数为x+y=1+2=3（2）将表中任意一组数据代入速率方程式中可得k值。如取第一组数据，则有5.3010 k0.100.10即k5.3010 mol L s-92-6-22-15.1 化学反应速率 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响2.5.1 化学反应速率 温度对化学反应速率的影响特别显著，温度升高往往能
6、加速反应的进行是人们早已熟知的事实。同反应具有不同的速率系数；同一反应在不同温度下有不同数值的速率系数。温度对反应速率的影响主要体现在温度对反应速率系数的影响上。催化剂对反应速率的影响催化剂对反应速率的影响3.（1）催化剂只能对热力学上可能发生的反应起作用；热力学上不可能发生的反应，催化剂对它并不起作用。（2）催化剂只能改变反应途径，不能改变反应的始态和终态，即催化剂同时改变了正、逆反应的速率，缩短了达到平衡的时间，但并不能改变平衡状态。（3）催化剂有选择性，不同的反应常采用不同的催化剂，即每个反应有它特有的催化剂。（4）每种催化剂只有在特定条件下才能体现出它的活性，否则会失去活性或发生催化剂
7、中毒。5.1 化学反应速率 5.2 化学反应平衡及平衡常数 化学反应的可逆性和化学平衡化学反应的可逆性和化学平衡 5.2.1（1）在适宜条件下，可逆反应可以达到平衡状态。（2）化学平衡是动态平衡，从表面上看来反应好像停止了，而实际上正、逆反应仍在继续进行着，只是由于正、逆反应速率相等，致使各物质浓度不再变化。（3）化学平衡是有条件的、相对的。（4）只要当系统中各物种的组成相同（各种原子的总数各自保持不变），不管反应从哪个方向开始，最终达到平衡时，系统的组成相同，即平衡组成与达到平衡的途径无关。化学平衡常数化学平衡常数 5.2.2 （1）在标准平衡常数表达式中，各物种均以各自的标准态为参考态，常
8、用“”表示平衡时物质的浓度。（2）K是量纲为1的量。（3）在标准平衡常数表达式中，其分子是平衡时产物pB/p b或cB/c b的乘积，分母是平衡时反应物pB/p b或cB/c b的乘积 （4）如果多个反应的计量式经过线性组合得到一个总的化学反应计量式，则总反应的标准平衡常数等于各反应的标准平衡常数之积或商（这一结论被称为多重平衡原理）。5.2 化学反应平衡及平衡常数 例5-3 GeWO4(g)是一种不常见的化合物，可在高温下由相应氧化物生成，化学式为 2GeO(g)W2O6(g)2GeWO4(g)某容器中充有GeO(g)与W2O6(g)的混合气体，反应开始前，它们的分压均为100.00 kPa
9、。在定温定容下达到平衡时，GeWO4(g)的分压为98.00 kPa。试确定平衡时GeO(g)和W2O6(g)的分压及该反应的标准平衡常数。解：该反应是在定温定容下进行的，各物种的分压与其物质的量成正比。2GeO(g)W2O6(g)2GeWO4(g)5.2 化学反应平衡及平衡常数 例5-3 开始分压/kPa 100.00 100.00 0分压变化/kPa x x/2 x平衡分压/kPa100.00 x 100.00 x/2 98.00根据各物种的计量关系，可得平衡时 p(GeO)=100.0098.00=2.0 kPa，p(W2O6)=100.0098.00/2=51.0 kPa 所以5.2
10、化学反应平衡及平衡常数 化学平衡常数的应用化学平衡常数的应用 5.2.3判断反应进行的程度判断反应进行的程度1.5.2 化学反应平衡及平衡常数 在一定条件下，化学反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，净反应速率等于零，平衡组成不再改变。这表明在这种条件下反应物向产物转化达到了最大限度。预测反应进行的方向预测反应进行的方向2.当标准平衡常数K 确定之后，在给定温度T下，反应达到平衡时各反应物和产物的数量就是确定的。如果按照K 表达式的同样形式来表示反应在任意状态下反应物和产物的数量关系，可以得到式中 pj、cj分别表示某时刻j时物质的分压和浓度；J反应商。5.2 化学反应平衡及平衡常数 计算反
11、应达到平衡时的组成计算反应达到平衡时的组成3.若已知反应系统的开始组成，利用标准平衡常数可以计算出反应达到平衡时系统的组成。具体步骤如下：（1）由开始时各组分的浓度计算出开始时各组分相应的分压，即 p0(CO)=c(CO)RT=0.0358.314373=108.5 kPa p0(Cl2)=0.0278.314373=83.7 kPa （2）由于反应在定温定容下进行，则压力的变化正比于物质的量的变化，故可以直接由开始时的分压减去转化了的分压而得到平衡时的分压。（3）由于该反应的K 很大，则可以推知反应进行得很完全。（4）写出标准平衡常数表达式，并将各物种平衡分压代入。5.2 化学反应平衡及平衡
12、常数 化学平衡的移动化学平衡的移动 5.2.4浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响1.5.2 化学反应平衡及平衡常数 浓度虽然可以使化学平衡发生移动，但是它不能改变标准平衡常数的数值，因为在一定温度下，K 值一定。在其他条件不变的情况下，增加反应物的浓度或减小生成物的浓度，平衡向正反应方向移动；相反，减小反应物的浓度或增大生成物的浓度，平衡向逆反应方向移动。压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响2.（3）惰性气体的影响。（1）部分物种分压发生改变。（2）体积变化引起的压力变化。5.2 化学反应平衡及平衡常数 温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响3.浓度和压力对化学平衡的影响是通过改变系统的组成来使J改变，但是K 并不改变。温度对化学平衡的影响则不同，温度变化会引起平衡常数的改变，从而使化学平衡发生移动。总之，在化学反应平衡系统中，升高温度，平衡总是向吸热方向移动；反之，降低温度，平衡则向放热方向移动。5.2 化学反应平衡及平衡常数 催化剂对化学平衡的影响催化剂对化学平衡的影响4.5.2 化学反应平衡及平衡常数 催化剂不能改变标准平衡常数。同时，催化剂并不出现在化学反应计量式中，不能使反应商改变，但它能改变达到反应平衡状态的时间。催化剂只能改变正、逆反应的进行，缩短达到平衡的时间，不能改变平衡组成。谢谢观看！