普化培训3.ppt

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1、第四节化学反应方程式 化学反应速率与化学平衡,一、化学反应方程式 1化学反应方程的书写：把参加化学反应的反应物的分子式或离子式写在左边,生成物的分子式或离子式写在右边,根据反应物和产物原子总数和电荷总数均相等的原则配平反应方程式。 2.化学反应中的有关计算: aAbB = gGdD,二.化学反应热效应 1.反应热效应:化学反应时所放出或吸收的热叫做反应的热效应，简称反应热。以符号q表示 . q 0 放热； q 0 吸热。 单位：kJmol1,2.热化学反应方程式的书写: 标明温度和压力：T =298.15k,P100kPa 可省略。 右下角标明物质聚集状态： 气态：g 液态： 固态：s 溶液：

2、aq 配平反应方程式：物质前面的计量系数代表物质的量，可为分数。 标明反应热：q0:吸热例:C(s)+O2(g)=CO2(g); q=393.5kJmol1,3、等容反应热（qV）：等容，不做非体积功的条件下的反应热。 U qV ， 即反应中系统内能的变化量（u）在数值上等于等容热效应qV 。 4、焓（H） 热力学系统的状态函数， 定义式：H U pV,5、等压反应热（qp）：等压，不做非体积功的条件下的反应热。 H =qp ， 即反应的焓变H在数值上等于其等压热效应。 因此,若反应在等压条件下，可用反应的焓变H表示反应热效应。通常都是在常压条件下讨论反应的热效应，因此可用焓变表示反应热。 H

3、0 放热；H0 吸热。,6、反应热效应的理论计算 （1）盖斯定律：在恒容或恒压条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与变化的途径无关。 推论：热化学方程式相加减，相应的反应热随之相加减 反应（3）反应（1）反应（2） 则 H 3 = H 1 H 2,例 （1）C(s)+O2(g)=CO2(g); H 1=393.5kJmol1 (2)CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g); H 2=-283.0 kJmol1 （3）C(s) +1/2O2(g)= CO(g) 反应（1）反应（2）=反应（3） 故 H 3=H 1H 2 （393.5）（-283.0） 110.5kJmol1,注

4、意: 1）方程式乘以系数,相应反应热也应乘以该系数. 如反应:（3）2反应（1）3反应（2） 则 H m3 = 2H m1 3H m C(s)+O2(g)=CO2(g); H =393.5kJmol1 2C(s) + 2O2(g)=2CO2(g); H =787kJmol1 2）正逆反应的反应热绝对值相等，符号相反。 如， CO2(g) = C(s)+O2(g); H =393.5kJmol1,136.在温度为298.15K，压力为101.325kPa下，乙炔、乙烷、氢气和氧气反应的热化学方程式为： 2C2H2（g）+5O2（g）=4CO2（g）+2H2O （l） rH m =-2598kJm

5、ol-1 2C2H6（g）+7O2（g）=4CO2（g）+6H2O （2） rH m=-3118kJmol-1 H2（g）+1/2O2（g）=H2O （3）rH m =-285.8kJmol-1 根据以上热化学方程式，计算下列反应的标准摩尔焓变 rH m =（ ）kJmol-1。 C2H2（g）+2H2（g）= C2H6（g）(4) （A）311.6 （B） - 311.6 （C）623.2 （D） -623.2 答案: (4)=1/2(1)-(2)+2(3) rH4 =1/2(rH1- rH2 )+ 2rH3,（2）反应的标准摩尔焓变rH m的计算 1) 标准条件 对于不同状态的物质,其标准

6、的含义不同： 气态物质:指气体混合物中,各气态物质的分压均为标准压力P。P=100kPa 溶液中水合离子或水合分子：指水合离子或水合分子的有效浓度为标准浓度C。 C=1 mol.dm-3 液体或固体：指在标准压力下的纯液体或纯固体。 2)标准状态：反应中的各物质均处于标准条件下称该反应处于标准状态。以“”表示。,3)物质的标准摩尔生成焓：在标准状态下由指定单质生成单位物质量（1mol）的纯物质时反应的焓变称该物质标准摩尔生成焓。 以fH m(298.15K)表示。单位kJmol1 规定：指定单质标准摩尔生成焓为零。 fH m(单质，298.15K)=0， 如， fH m (H2，g，298.1

7、5K)=0； fH m(Zn，s，298.15K)=0,【例348】已知反应2H2(g)+O2(g)=2H2O() ， rH m 580 kJmol1， 则液态水的标准摩尔生成焓为（ ）kJmol1 A、570 B、280 C、570 D、280,13,rH m(298.15K) = gfH m(G,298.15K)+dfH m(D,298.15K) - afH m(A,298.15K)+ bfH m(B,298.15K) 单位： kJmol1,任一反应: aA +bB = gG +dD,(4) 反应的标准摩尔焓变的计算,【例349】已知在标准压力和298.15K时CO(g)和H2O(g)的标

8、准摩尔生成焓分别为-110.4KJmol-1和-241.7KJmol-1，求生产水煤气反应的 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)的标准摩尔焓变为 （ ）KJmol-1 A.-352.1 B.+131.3 C.-131.3 D.+352.1 答：B,三、化学反应方向判断,1、熵及反应的熵变 （1）熵：是系统内物质微观粒子的混乱度(或无序度)的量度.符号S. 熵是状态函数。 熵值越大,系统混乱度越大。 （2）热力学第三定律:在绝对零度时,一切纯物质的完美晶体的熵值为零,即S(0K)=0. （3)物质的标准摩尔熵：单位物质量的纯物质在标准状态下的规定熵叫做该物质的标准摩尔熵，以Sm表示。

9、单位J.mol-1.K-1.,(4)物质的标准熵值规律：,1) 对于同一种物质： Sg Sl Ss,3) 对于不同种物质： S复杂分子 S简单分子,4) 对于混合物和纯净物： S混合物 S纯物质,2) 同一物质在相同的聚集状态时，其熵值随温度的升高而增大。 S高温S低温,(6)反应标准摩尔熵变 rS m 的计算,任一反应: aA + bB = gG + dD,2、吉布斯函数变及反应方向(自发性)的判断,（1）吉布斯函数： G = H TS ,为一复合状态函数 （2）吉布斯函数变： G =H TS （3）反应方向(自发性)的判断： G0 反应正向自发; G =0 平衡状态; G 0反应逆向自发，

10、正向非自发。,考虑H和S两个因素的影响,分为四种情况: 1)H0，S 0；G0 正向自发 2)H0，S 0；G0正向非自发 3)H0，S 0；升高至某温度时G由正值变为负值，高温有利于正向自发 4)H0，S 0；降低至某温度时G由正值变为负值，低温有利于正向自发 （4）反应自发进行的临界温度为：,3. r G m (298.15 K)的计算,标准摩尔生成吉布斯函数：在标准状态时，由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的吉布斯函数变，叫做该物质的标准摩尔生成吉布斯函数 。,(1)利用物质的标准摩尔生成吉布斯函数计算,符号: fG m (物质，298.15 K) ,单位: kJ. mol-1,规

11、定: fG m (单质，298.15 K)0,反应的标准摩尔吉布斯函数变 rG m计算公式为：,任一反应: aA + bB = gG + dD,(2) 利用rH m(298.15K)和 rS m(298.15K)的数据求算：,rG m (298.15 K) = rH m(298.15K)- 298.15. rS m(298.15K),41、暴露在常温空气中的碳并不燃烧，只是由于反应C（s）+ O2（g）= CO2（g） (已知CO2（g）的fGm(298.15K)=-394.36kJ/mol) A、fGm0,不能自发； B、fGm0；但反应速率缓慢; C、逆反应速率大于正反应速率； D、上述原

12、因均不正确。,二化学反应速率 1. 化学反应速率的表示 B:B物质的化学计量数。反应物取负值，生成物取正值 单位:moldm-3 s-1 对于反应： aA + bB = gG + dD,例： N2+3H2 = 2NH3 103.反应2H2+O22H2O的反应速率可表示为（ D ） （A） （B） （C） （D）全部正确,化学反应速率与：反应物浓度(压力)、温度、催化剂等因素有关。 2.浓度的影响和反应级数 浓度对反应速率的影响:增加反应物或减少生成物的浓度,反应速率加大。 (1)质量作用定律：在一定温度下，对于元反应（即一步完成的反应，又称基元反应或简单反应），反应速率与反应物浓度（以反应方程

13、式中相应物质的化学计量数为指数）的乘积成正比。 (2)速率方程式 元反应： aA + bB = gG + dD 速率方程式：=c(A)ac(B)b :速率常数，表示反应物均为单位浓度时的反应速率。 大小取决于反应物性质、温度及催化剂，与反应物浓度无关。 n=a+b:称反应级数；,（3）非元反应：（即两个或两个以上元反应构成）： aA +bB=gG +dD 速率方程式：=c(A)xc(B)y 反应级数: n=x + y x 、y反应级数，由试验来确定。 注意：在书写反应速率方程式时，反应中液态和固态纯物质的浓度作为常数“1”。,68某基元反应2A(g)+B(g)=C(g),将2mol2A(g)和

14、1mol B(g)放在1L容器中混合,问反应开始的反应速率是A、B都消耗一半时反应速率的（ ）倍。 A025 B.4 C.8 D.1,例题,54.对于反应而言，当的浓度保持不变，的起始浓度增加到两倍时，起始反应速率增加到两倍；当的浓度保持不变，的起始浓度增加到两倍时，起始反应速率增加到四倍，则该反应的速率方程式为_。 .k . kB .k CB2 D. V=kCA2CB2 70.反应2H2+2NO2H2O+N2的速率方程为 V=kC（H2）C（NO）2，则此反应的总级数为_。 A.4 B.3 C.2 D.1,2温度对反应速率的影响 温度对反应速率的影响体现在反应速率常数上 阿仑尼乌斯公式： Z

15、:指前因子；Ea:活化能 (1)温度升高（T);速率常数升高k（k正，k逆）; 反应速率。 温度每增加10oC， 或k增大23倍。 (2) 活化能越低Ea，速率常数升高k,反应速率越高,1.反应 C（s）+ O2（g）=CO2（g） , 的 H0 ,欲加快正反应速率,下列措施无用的是（ ） A. 增大O2的分压; B.升温; C.使用催化剂; D.增加C碳的浓度.,6.下列关于化学反应速率常数的说法正确的是： （A） 值较大的反应，其反应速率在任何条件下都大； （B）通常一个反应的温度越高，其值越大； （C）一个反应的值大小与反应物的性质无关； （D）通常一个反应的浓度越大，其值越大。,3活化

16、能与催化剂 （1）活化分子：具有足够能量，能发生反应的分子。 （1）活化能：活化分子的平均能量与反应物分子平均能量之差。 即反应发生所必须的最低能量。 Ea(正) Ea(逆)H （2）催化剂：改变反应历程，降低反应活化能，加快反应速率。而本身组成、质量及化学性质在反应前后保持不变。,反应过程,能量,EI,EII,Ea (正),Ea (逆),E rHm,终态,始态,(过渡态),I,II,图2.4 反应系统中活化能示意图,4从活化分子、活化能的观点解释加快反应速率的方法： 从活化分子、活化能的观点来看，增加活化分子总数可加快反应速率。 活化分子总数分子总数活化分子数% （1）增大浓度：活化分子一定

17、，浓度增大，增加单位体积内分子总数，增加活化分子总数，从而加快反应速率。 （2）升高温度：分子总数不变，升高温度,一方面,分子运动速率加快,分子碰撞几率增加,反应速率增加;另一方面,升高温度使更多分子获得能量而成为活化分子，活化分子显著增加，增加活化分子总数，从而加快反应速率。 （3）催化剂：降低反应的活化能，使更多分子成为活化分子，活化分子显著增加，增加活化分子总数，从而加快反应速率。(正 逆，催化剂不能使平衡发生移动),66.催化剂加快反应进行的原因在于它（ ） 提高反应活化能; 降低反应活化能; 使平衡发生移动; 提高反应分子总数. 67升高温度可以增加反应速率，主要是因为 _。 增加了

18、分子总数 增加了活化分子百分数 降低了反应的活化能 使平衡向吸热方向移动,四化学平衡 1化学平衡的特征： （1）正逆即正、逆两方向反应速率相等时,系统达到平衡状态。 （2）生成物和反应物的浓度（或压力）不再发生变化（恒定）。 (3）化学平衡是有条件的、相对的、暂时的动态平衡。条件改变,平衡会发生移动。,61.在指定条件下，可逆反应达到平衡时 （） .各反应物和生成物的浓度相等 .各反应物浓度的乘积小于各生成物浓度的乘积 .各生成物浓度的乘积小于各反应物浓度的乘积 .各反应物和生成物浓度均为定值,2. 标准平衡常数k (1)试验证明：生成物相对浓度（或相对压力）以计量系数为指数的的乘积与反应物相

19、对浓度（或相对压力）以计量系数为指数的的乘积的比值为一常数，此常数称为该反应在该温度下的标准平衡常数，以k表示。,(2) k的表达式 对于气体反应： aA(g) +bB(g)=gG(g) +dD(g) 对于溶液中的反应: aA(aq) +bB(aq)=gG(aq) +dD(aq) p=100kPa ; C=1moldm-3 纯固体、纯液体不的浓度不列入表达式。,说明: k只是温度的函数,温度一定, k为一常数,不随浓度或压力而变。 k表达式,与化学方程式的书写方式有关 N2 + 3H2 = 2NH3 ; k1 N2 + H2 = NH3 ; k2 2NH3 = N2 + 3H2 ; k3 k1

20、=k22=, 多重平衡规则 反应（3）反应（1）+反应（2）; k3= k1. k2 反应（3）反应（1）反应（2）; k3= k1/k2,44、在一定温度下，某反应的标准平衡常数k的数值（） A、恒为常数，并与反应方程式的写法有关； B、由反应方程式的写法有关； C随平衡浓度和平衡压力而定； D、由加入反应物的量而定。 答：A 答：在一定温度下，对于一个确定的反应，其标准平衡常数k为定值，但若该反应化学计量系数改变，其值也随着改变。,69.一密闭容器中，有A、B、C三种气体建立了化学平衡，它们的反应是 A（g）+B（g）C（g），相同温度下，体积缩小2/3，则平衡常数K为原来的：_。 A.3

21、倍 B.2倍 C.9倍 D.不变 66.某温度时反应 H2(g)+Cl2(g)=2HCl2(g)的K1=410-2，则反应 HCl2(g)=1/2 H2(g)+ 1/2 Cl2(g)的K2为_。 A. 25 B. 5 C .410-2 D.210-1,71.已知: (1) C(s)+CO2(g)=2CO(g),K1 (2)CO(g)+Cl2(g)=COCl2(g),K2则反应 2COCl2(g)=C(s)+CO2(g)+2Cl2(g)的平衡常数为: A. K1(K2)2 B. (K1)2K2 C.1/ K1(K2)2 D. 1/( K1)2K2,3.温度对平衡常数的影响: 对于吸热反应：H0,

22、随温度升高,平衡常数增大. 即T, k 对于放热反应：H0, 随温度升高,平衡常数减少. 即T, k,56.某反应的H0，某k与温度T的关系符合( B ).。 A.k与T无关系 B. T升高，k变小 C. T升高，k变大 D.不确定 73.反应H2g+I2（g）2HI（g），在350oC时浓度平衡常数Kc=66.9；448oC时浓度平衡常数KC=50.0。 由此判断下列说法正确的是： A。该反应的正反应是吸热反应 B。该反应的逆反应是放热反应 C。该反应的正反应是放热反应 D。温度对该反应没有影响,4.平衡的有关计算 已知初始浓度和转化率,通过化学平衡可求平衡常数; 或已知平衡常和数初始浓度,

23、通过化学平衡可求平衡浓度和转化率.,例: 5.在温度和压强不变的情况下, 1dm3NO2在高温时按 2NO2（g） O2（g）+2 NO（g）分解,达到平衡时,体 积变为1.2dm3,此时, NO2的转化率为: A.10% ; B.20% C.40% ; D.50% 提示:设反应前的总摩尔数为n1,平衡时的总摩尔数为n2,则; 2NO2（g）= O2（g）+2 NO（g） 平衡摩尔数: n1-2x x 2x n2=（n1-2x）+x+2x= n1+x=1.2n1;x=0.2n1;,例: 6.在一定温度下,将1.0mol N2O4（g）放入一密闭容器中,当反应N2O4（g） 2NO2（g）达到平

24、衡时,容器内有0.8mol NO2（g）,气体总压力为100.0kPa,则该反应的K为: （A）0.76 （B）1.3 （C）0.67 （D）4.0 提示： N2O4（g） = 2NO2（g） 平衡时物质的量/mol 0.6 0.8 平衡时的摩尔分数 x 0.6/1.4 0.8/1.4 平衡分压为： 0.6/1.4 P总=42.86 kPa ; 0.8/1.4 P总=57.14 kPa,38、在一定温度下，反应2CO（g）+ O2（g）= 2CO2（g）的Kp与Kc之间的关系正确的是（） A、Kp=Kc；B、Kp=Kc（RT）； C、Kp=Kc/（RT）；D、Kp=1/Kc。 答：C,4.化学

25、平衡的移动:因条件的改变使化学反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程叫化学平衡的移动。 (1)吕.查德里原理:假如改变平衡系统的条件之一,如浓度、压力或温度,平衡就向能减弱这个改变的方向移动。即 浓度对化学平衡的影响: 在其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减少生成物的浓度, 都可以使平衡向正反应的方向移动;增大生成物的浓度或减少反应物的浓度,都可以使平衡向逆反应的方向移动。,压力对化学平衡的影响:在其他条件不变的情况下,增大压力会使化学平衡向着气体体积（分子数）减小的方向移动;减小压力,会使平衡向着气体体积增大的方向移动。 温度对化学平衡的影响:在其他条件不变的情况下,升高温度,会

26、使化学平衡向着吸热反应的方向移动;降低温度,会使化学平衡向着放热反应的方向移动。 注意:催化剂同时加快正逆反应速率,故不能使平衡发生移动.,69.在一定条件下,已建立平衡的某可逆反应,当改变反应条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列有关叙述正确的是: A.生成物的体积分数一定增加;B.生成物的产量一定增加; C.反应物浓度一定降低; D.使用了合适的催化剂.,例题,55.某温度，下列反应达到平衡， CO（）H2O（） CO2（） H2（）, HO ， 为了提高CO的转化率，可采取的方法是。 A.升高温度 B.降低温度 C.增加总压力 C. 减少总压力 76.已知反应NO（g）+CO（g）=1/

27、2N2(g)+CO2(g) ，有利于有毒气体NO和CO最大转化率的措施是: A.低温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.高温低压,（2）利用反应商判断反应移动的方向 反应商: 反应在任意状态（或起始状态）时,生成物相对浓度（或相对压力）以计量系数为指数的的乘积与反应物相对浓度（或相对压力）以计量系数为指数的的乘积的比值称为反应商。以Q表示. 对于反应: aAbBgGdD 在任意状态（或起始状态）时：,反应方向（即平衡移动）判断: 若Qk平衡向左移动，反应逆向自发进行。,例题,126. 反应 在 298K时标准平衡常数 . 若在此温度时,该反应的反应商Q=1.2则反应进行的方向是: ( C ) (A)处于平衡状态; (B)逆向进行; (C) 正向进行; (D)无法判断.,