化学反应速率和化学平衡（基础班）课件 2024年化学奥林匹克竞赛

这是一份化学反应速率和化学平衡（基础班）课件 2024年化学奥林匹克竞赛，共60页。PPT课件主要包含了一化学反应速率，碰撞次数，有效碰撞次数，能量活化分子，取向有效，反应速率，反应分子数，反应级数，半衰期，基元反应的活化能等内容，欢迎下载使用。

对化学反应aA+bB=cC+dD而言：v(A)=┃Δc(A)┃/Δt或v(B)=┃Δc(B)┃/Δt或v(C)=┃Δc(C)┃/Δt或v(D)=┃Δc(D)┃/Δt
同一反应，用不同物质来表示的速率与系数成正比。
例1：在容积为2L的密闭容器中有SO21ml，O22ml，在一定条件下发生反应，2分钟后，测得SO2：0.6ml，求：SO2、O2、SO3的反应速率及它们的比值．
2SO2 + O2 2SO3
例2. 在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨反应，根据下列在相同时间内测定的结果判断，生成氨的速率最快的是（ ）Ａ.v(H2) ＝ 0.4 ml/(L·min)Ｂ. v(N2) ＝0.1 ml/(L·min)Ｃ. v(NH3) ＝0.3 ml/(L·min) Ｄ. v(H2) ＝0.2 ml/(L·min)
N2 + 3H2 2NH3
(1)化学方法 不同时刻取出一定量反应物，设法用骤冷、冲稀、加阻化剂、除去催化剂等方法使反应立即停止，然后进行化学分析。
(2)物理方法 用各种物理性质测定方法(旋光、折射率、电导率、电动势、粘度等)或现代谱仪监测与浓度有定量关系的物理量的变化，从而求得浓度变化。
1、基元反应与总包反应
基元反应简称元反应，如果一个化学反应，反应物分子在碰撞中相互作用直接转化为生成物分子，这种反应称为元反应。
我们通常所写的化学方程式只代表反应的化学计量式，而并不代表反应的真正历程。如果一个化学计量式代表了若干个基元反应的总结果，那这种反应称为总包反应或总反应。
（1）Br2  + M —→2Br + M （2）Br  + H2 —→HBr + H（3）H + Br2 —→HBr + Br（4）H + HBr—→H2 + Br （5）2 Br + M—→Br2 + M
（1）Cl2 + M—→2Cl + M （2）Cl + H2—→H + HCl（3）H + Cl2—→Cl + HCl （4）2Cl + M—→Cl2 + M
反应机理又称为反应历程。在总反应中，连续或同时发生的所有基元反应称为反应机理，在有些情况下，反应机理还要给出所经历的每一步的立体化学结构图。
三、化学反应速率的影响因素
1、浓度对反应速率的影响——质量作用定律
对于基元反应，反应速率与反应物浓度的幂乘积成正比。幂指数就是基元反应方程中各反应物的系数。这就是质量作用定律，它只适用于基元反应。
例如： 基元反应 反应速率v
在基元反应中，实际参加反应的分子数目称为反应分子数。反应分子数可区分为单分子反应、双分子反应和三分子反应，四分子反应目前尚未发现。反应分子数只可能是简单的正整数1，2或3。
对于一般的化学反应aA + bB ==dD + eE ，其速率方程可表示为：v = k•cm(A)•cn(B)，式中m、n分别为反应物A、B的浓度的指数，m+n称为该反应的反应级数。
反应级数不一定是整数，可以是零、分数或小数。反应级数的大小表明了浓度对反应速率的影响程度，反应级数越大，受浓度的影响越大。对于一个具体的化学反应，其反应级数的确定，必须以实验事实为依据。
Cl2 + H2→2HCl
Br2 + H2→2HBr
I2 + H2→2HI
[例3] 制备光气的反应按下式进行：CO + Cl2 = COCl2，实验测得下列数据，求该反应的反应级数和速率常数。
浓度与时间的关系——以一级反应为例
反应速率只与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。常见的一级反应有放射性元素的蜕变、分子重排、五氧化二氮的分解等。
☆☆浓度与时间的关系——以一级反应为例
例4：（较难，了解）某金属钚的同位素进行β放射（一级反应），14d后，同位素活性下降了6.85%。试求该同位素的：(1) 蜕变常数k1，(2) 半衰期，(3) 分解掉90%所需时间。
（1）反应速率随温度的升高而逐渐加快，它们之间呈指数关系，这类反应最为常见。
（2）开始时温度影响不大，到达一定极限时，反应以爆炸的形式极快的进行。
（1）温度对反应速率影响的类型
2、温度对反应速率的影响
（3）在温度不太高时，速率随温度的升高而加快，到达一定的温度，速率反而下降。如多相催化反应和酶催化反应。
（4）速率在随温度升到某一高度时下降，再升高温度，速率又迅速增加，可能发生了副反应。
（5） 温度升高，速率反而下降。这种类型很少，如一氧化氮氧化成二氧化氮。
（1）催化剂不能改变反应的方向和限度
（2）催化剂参与化学反应，改变反应活化能
（3）催化剂具有特殊的选择性
催化剂对反应速率的影响
用碰撞理论解释反应速率的影响因素：
例5：下列说法正确的是A．增大压强，活化分子数增加，化学反应速率增大B．升高温度后，活化分子百分数增加，化学反应速率增大C．活化分子间所发生的分子间碰撞一定为有效碰撞D．加入反应物，使活化分子百分数增加，化学反应速率增大
1、化学平衡状态： 在一定条件下的可逆反应中，正反应和逆反应的速率相等，反应混和物中各组分的浓度保持不变的状态
2、化学平衡状态的特征
(1) 动：动态平衡（正逆反应仍在进行）
(2) 等：正反应速率=逆反应速率
(3) 定：反应混合物中各组分的浓度保持不变， 各组分的含量一定。
(4) 变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件 下建立新的平衡。
① v(B耗) = v(B生)
② v(C生) : v(D耗) = c : d
③ 体系中各物质的含量、浓度等保持不变
例１ 在一定温度下，可逆反应A(g) + 3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是　 （ ）A.　C的生成速率与C分解的速率相等 B.　单位时间内生成nmlA，同时生成3nmlBC.　A、B、C的浓度不再变化 D.　A、B、C的分子数比为1:3:2
例2 在一定温度下，该可逆反应中，下列情况属于平衡状态的是A. N2O4不再分解 B. v(生成N2O4) : v(消耗NO2) = 1:2C. 体系的颜色不再改变 D. NO2的浓度与N2O4的浓度之比2：1
例3 下列说法可以证明反应N2+3H2 2NH3 已达平衡状态的是( )
A.1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键形成
B.1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键断裂
C.1个N≡N键断裂的同时，有6个N-H键断裂
D.1个N≡N键断裂的同时，有6个N-H键形成
例4 下列说法中可以充分说明反应: P(g)+Q(g) R(g)+S(g) , 在恒温下已达平衡状态的是（ ） 反应容器内压强不随时间变化B. P和S的生成速率相等C. 反应容器内P、Q、R、S四者共存且浓度相等D. 反应容器内总物质的量不随时间而变化
例5 在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时，不能表明反应: A(g)+3B(g) 2C(g)+D(g)已达平衡状态的是 ( )A.混合气体的压强 B.混合气体的密度C.B的物质的量浓度 D.混合气体平均摩尔质量
固体、纯液体的浓度作为常数1,在平衡表达式中不出现固体、液体浓度项
对于气相反应，平衡常数也可以用平衡时各物质的分压表示，符号为Kp，不难证明，Kc与Kp有下列关系：Kp = Kc(RT) n，式中Δn = c+d-a-b。
平衡常数只与温度有关， 放热反应，温度越高，平衡常数越小。 吸热反应，温度越高，平衡常数越大。
[例6] 已知在800K时，反应： CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g) 起始浓度c(CO) = 2ml•L-1，c(H2O) = 3ml•L-1，达平衡时，CO的转化率为60%，如将H2O的起始浓度加大为6 ml•L-1，试求此时CO的转化率。
化学平衡常数与化学方程式的关系
对于mA(g)+nB(g) pC (g) +qD (g)
1、化学平衡的移动方向的判断
Q与K的大小关系的用途
（1）浓度对平衡的影响
其它条件一定时，增大（减少）反应物浓度或减少（增大）生成物浓度，平衡正向（逆向）移动。
2、化学平衡的移动规律
（2）温度对平衡的影响
其他条件一定时，升温（降温），平衡向吸热（放热）反应方向移动。
（3）压强对化学平衡的影响
注:对于反应物和生成物的气体分子总数没有变化的反应，增大压强平衡不移动。
其他条件一定时，加压（减压），平衡向气体减少（增大）方向移动；
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)
N2O4(g) 2NO2(g)
（4）催化剂对平衡的影响
使用催化剂不会改变Q，也不会改变K，对平衡没有影响。
练习1．已知某可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)在密闭容器中进行，下图表示在不同反应时间t，不同温度T时，反应物B在混合气体中的体积分数B%的变化曲线。试分析此反应是放热反应还是吸热反应 。
练习2. 下图中A%为气态反应物在平衡体系中的体积分数，T为温度,符合此图的反应为 ( ) A. N2＋3H2 2NH3 （正反应为放热反应） B. C(s)＋CO2 2CO（正反应为吸热反应） C. N2＋O2 2NO（正反应为吸热反应） D. CaO＋CO2 CaCO3（正反应为放热反应）
例7:在密闭体系中进行反应2NO2(g) N2O4(g)； △H＜0，如果只改变影响平衡的一个条件，完成下表。
改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
例8：在10℃，2×105Pa的条件下，反应aA (g) dD (g)+eE (g)建立平衡，再逐步减小体系的压强（温度不变）。表中列出不同压强下反应建立平衡时D的浓度
则平衡向__________方向移动
1、某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律（图中P表示压强，T表示温度，n表示物质的量）：
A．反应Ⅰ：△H＞0，P2＞P1B．反应Ⅱ：△H＜0，T1＞T2
图中P表示压强，T表示温度，n表示物质的量：
C．反应Ⅲ：△H＞0，T2＞T1； 或△H＜0，T2＜T1D．反应Ⅳ：△H＜0，T2＞T1
(1) 该反应的化学平衡常数表达式为K＝________________。(2) 该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。(3) 某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为______________。
　　　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
A. 气体的压强不变B. v正(N2O4)＝2v逆(NO2)C. K不变D. 容器内气体的密度不变E. 容器内颜色不变
5.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(3) (2022·扬州期末)反应CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g)达到平衡后，向该容器中充入少量CO2，保持温度不变，反应再次达到平衡时，c(CO2)增大( )
A. 使用催化剂能缩短该反应达到平衡所需的时间B. 温度升高有利于提高SO2的平衡转化率
D. 增大体系的压强能提高SO2的反应速率和转化率
7. 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。