《化學 》課件 第五章 化學反應速率與化學平衡

《

化

學

》（通用類）第五章化學反應速率與化學平衡

第五章化學反應速率與化學平衡

【預期目標】能說出化學反應速率和化學平衡的概念,能用宏觀與微觀相結合的方式思考和解決問題。知道反應條件對化學反應速率和化學平衡的影響,學會用變化觀念與平衡思想分析和解決問題。通過探究濃度、溫度、催化劑和壓強等外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響,進一步發(fā)展科學探究能力、樹立創(chuàng)新意識。第五章

化學反應速率與化學平衡

在化學反應的研究和實際應用中,人們常關注兩個問題:一是化學反應進行的快慢,即反應速率的問題;二是反應物轉變?yōu)樯晌锏某潭?即反應限度也就是反應是否達到平衡的問題。

研究這兩個問題,有助于我們深入了解化學反應的本質,根據(jù)實際需要選擇最適宜的條件調控化學反應,提高反應速率。第五章

化學反應速率與化學平衡

【節(jié)目錄】第一節(jié)化學反應速率第二節(jié)化學平衡第一節(jié)

化學反應速率

【溫故知新】我們知道鈉、鎂、鋁和水反應的劇烈程度逐漸減弱,說明不同化學反應的快慢程度不同。那如何來定量描述化學反應的快慢呢?又有哪些因素影響了化學反應的快慢呢?

鈉、鎂、鋁和水的反應

化學反應速率可用單位時間內(nèi)反應物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示，定義式為：反應進行的時間反應物或生成物的物質的量濃度的變化值（取正值）第一節(jié)

化學反應速率

一、化學反應速率的表示方法

濃度單位常用：mol/L；時間單位可用：s（秒）、min（分）、h（小時）等；

化學反應速率單位為：mol/(L·s)、mol/(L·min)、mol/(L·h)等。結合化學反應速率的表達式，思考以下問題：1.化學反應速率是瞬時速率還是平均速率？2.能否用純固體或者純液體來表示化學反應速率？3.同一反應，當用不同物質表示時，數(shù)值相同嗎？

第一節(jié)

化學反應速率

一、化學反應速率的表示方法

提示：

由于在反應過程中，反應物和生成物的濃度及反應速率均隨時間不斷改變，因此上述定義所指的化學反應速率是指一段時間內(nèi)的平均速率。純固體（如Fe單質）、純液體（如H2O）的濃度視為常數(shù)。

【問題解決】

某反應物在4min內(nèi),濃度由6mol/L降到了2mol/L，求該反應物在這段時間內(nèi)的平均反應速率。

解：

答：該反應物在這段時間內(nèi)的平均反應速率為1mol/（L·min）。

第一節(jié)化學反應速率

一、化學反應速率的表示方法

【問題解決】例一定條件下，合成氨的反應中，若N2和H2的起始濃度和2min后各物質的濃度數(shù)值如下:

N2

+

H2

2NH3第一節(jié)化學反應速率

一、化學反應速率的表示方法

起始濃度/(mol/L)1302min后濃度/(mol/L)0.61.80.8求該反應的反應速率是多少？

N2

+

H2

2NH3

解：答:在該反應過程中，

為0.2mol/(L·min)，

為0.6mol/(L·min),為0.4mol/(L·min)。

第一節(jié)

化學反應速率

一、化學反應速率的表示方法

合成氨的反應中(N2

+

H2

2NH3)，n(N2):n(H2):n(NH3)

=1∶3∶2，各反應物和生成物的濃度變化不相同。

結論：（1）用不同的反應物或生成物（固體、純液體除外）表示化學反應速率時，其數(shù)值可能不同，但表示的都是同一反應在同一條件下的反應速率。（2）這些反應速率之比等于反應方程式中的化學計量數(shù)之比。

第一節(jié)

化學反應速率

一、化學反應速率的表示方法

第一節(jié)

化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素外因反應物本身的結構和性質濃度溫度催化劑壓強其他內(nèi)因影響因素不同的化學反應會有不同的反應速率。第一節(jié)

化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素

方法導引

控制變量法

控制變量法是科學探究的重要方法之一，即在研究和解決問題的過程中，當研究一個物理量與多個因素之間的關系時，往往控制其他幾個因素不變，先只讓某一個因素發(fā)生變化，集中研究這一因素變化所產(chǎn)生的影響,對得出的數(shù)據(jù)進行對比、總結、歸納，最終解決所研究問題。這種方法在科學研究、工程實踐和其他實驗設計中具有廣泛的應用。例如，研究外界條件對化學反應速率的影響時，研究者在其他條件不變的情況下，分次改變某個條件(反應物濃度、溫度、催化劑等)，即可分別得出濃度、溫度、催化劑等條件對化學反應速率影響的結論。

第一節(jié)

化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素1.反應物濃度對化學反應速率的影響【實驗探究】向相同體積、不同濃度的Na2S2O3溶液中同時加入相同體積、相同濃度的稀H2SO4，觀察并記錄現(xiàn)象。Na2S2O3H2SO4Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓（淡黃色）+SO2↑+H2O第一節(jié)化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素1.反應物濃度對化學反應速率的影響【實驗探究】向相同體積、不同濃度的Na2S2O3溶液中同時加入相同體積、相同濃度的稀H2SO4溶液，觀察并記錄現(xiàn)象。

反應物濃度對化學反應速率影響的實驗現(xiàn)象記錄試管號0.1mol/LNa2S2O3溶液/mLH2O/mL0.1mol/LH2SO4溶液/mL出現(xiàn)渾濁所需時間/s12242404長短第一節(jié)

化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素1.反應物濃度對化學反應速率的影響實驗顯示：Na2S2O3的濃度越大，反應出現(xiàn)渾濁的時間越短，反應速率越快。結論：當其他條件不變時，增大反應物的濃度，反應速率加快；

減小反應物的濃度，反應速率減慢。注：物質B的物質的量濃度通常用cB或c(B)表示，但在需要時，也可以用[B]表示。Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓（淡黃色）+SO2↑+H2O第一節(jié)

化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素

拓展延伸

反應速率與質量作用定律

化學家在大量實驗的基礎上總結出：對于一步完成的簡單反應，即基元反應，在一定條件下，其反應速率與反應物濃度冪的乘積成正比，各濃度冪次與反應物的系數(shù)相一致。這個規(guī)律稱為質量作用定律。例如，對于基元反應aA+bB=cC+dD，反應速率與反應物濃度的關系為：

v=kcaAcbB或v=k[A]a[B]b

k是化學反應在一定溫度下的特征常數(shù)，即k由反應的性質和溫度決定,而與濃度無關；溫度一定時，速率常數(shù)為一定值。k值越大,則反應速率越快。

第一節(jié)化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素2.反應溫度對化學反應速率的影響【實驗探究】

在不同溫度下，分別進行相同濃度的Na2S2O3溶液和稀H2SO4溶液反應的實驗，觀察并記錄現(xiàn)象。

反應溫度對化學反應速率影響的實驗現(xiàn)象記錄試管號0.1mol/LNa2S2O3溶液/mL0.1mol/LH2SO4溶液/mLNa2S2O3溶液溫度出現(xiàn)渾濁所需時間/s144室溫244約50℃長短第一節(jié)化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素2.反應溫度對化學反應速率的影響實驗顯示：當Na2S2O3溶液濃度不變時，溫度升高，反應速率加快。結論：當其他條件不變時，升高溫度，反應速率加快；

降低溫度，反應速率減慢。經(jīng)驗規(guī)律：溫度每升高10℃，反應速率約增大到原來的2～4倍。Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓(淡黃色)+SO2↑+H2O第一節(jié)化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素3.催化劑對化學反應速率的影響【實驗探究】以雙氧水的分解實驗說明催化劑對反應速率的影響。

↑+2222OO2HOH2MnO2

催化劑是一種能改變其他物質的化學反應速率,而自身質量和化學性質都沒有改變的物質。

大量實驗和理論研究發(fā)現(xiàn)：催化劑能顯著地改變化學反應速率。第一節(jié)

化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素

院士風采中國石油催化劑之父———閔恩澤

閔恩澤(1924—2016),四川成都人,石油化工催化劑專家,中國科學院和中國工程院院士,我國煉油催化應用科學的奠基人、石油化工技術自主創(chuàng)新的先行者、綠色化學的開拓者,被譽為“中國催化劑之父”。閔恩澤院士畢生致力于催化劑的開發(fā)和研究,他和他的研究團隊突破了某些國家的技術封鎖,研制了一些具有自主知識產(chǎn)權的石油煉制催化劑,使我國在該領域達到國際先進水平。1995年后,閔恩澤院士牽頭指導開發(fā)化纖生產(chǎn)新工藝、生物柴油清潔生產(chǎn)新工藝,開啟了我國的綠色化工時代。因成就突出,閔恩澤院士獲得國家最高科學技術獎,成為一顆小行星的冠名者。

第一節(jié)化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素4.壓強對化學反應速率的影響

溫度一定時，壓強的改變會明顯影響氣體的體積。

增大壓強氣體體積變小濃度增大

結論：對于有氣體參加的反應，當其它條件相同時，

增大壓強，相當于增大了氣體反應物的濃度，反應速率加快；

減小壓強，相當于減小了氣體反應物的濃度，反應速率減小。

第一節(jié)化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素5.其他因素對化學反應速率的影響此外，反應物的接觸面積、光照、超聲波、強磁場等因素對一些化學反應的速率也有一定影響。【小結】外因反應物本身的結構和性質濃度溫度催化劑壓強其他內(nèi)因影響因素第一節(jié)化學反應速率

二、影響化學反應速率的因素【問題解決】分析在下列事實中，是什么因素影響了化學反應速率。(1)木炭在純氧氣中燃燒比在空氣中燃燒劇烈得多。(2)把新鮮水果和食物放在陰涼、低溫處或置于冰箱內(nèi)保存。(3)實驗室利用氯酸鉀制取氧氣時加入少量的MnO2粉末能使產(chǎn)生氣體的速率變快。(4)工業(yè)制硫酸的第一步是煅燒硫鐵礦制取二氧化硫，煅燒前要將礦石粉碎再投入沸騰爐中,并鼓入強大的空氣流,使礦粒在爐中劇烈翻騰。實地走訪超市，通過與超市工作者交流或采用訪談等形式，了解如何正確儲存糕點、水果、牛奶、零食等商品，試運用本節(jié)所學知識進行解釋。實踐活動第一節(jié)化學反應速率

【學習評價】1.下列關于化學反應速率的說法中，正確的是(

)A.化學反應速率是用來衡量化學反應進行的快慢程度B.用不同的反應物或生成物表示反應速率時,數(shù)值相同C.對于任何化學反應,反應速率越大,反應現(xiàn)象越明顯D.化學反應速率為0.1mol/(L·min)，表示1min后，某物質的濃度為0.1mol/L第一節(jié)

化學反應速率【學習評價】2.在一定條件下，向1L密閉容器中加入4molN2和10molH2，發(fā)生反應N2+3H2=2NH3，2min后，測得剩余N2為2mol，下列有關該反應的化學反應速率的描述不正確的是（）A.v(N2)=1mol/(L?min)B.v(H2)=3mol/(L?min)C.v(NH3)=2mol/(L?min)D.v(N2)=v(H2)=v(NH3)=1mol/(L?min)3.決定化學反應速率快慢的根本因素是(

)A.溫度

B.壓強

C.濃度

D.反應物本身的結構和性質第一節(jié)

化學反應速率【學習評價】4.影響化學反應速率的外界因素主要有

、

、

和

。5.運用化學反應速率知識解釋下列現(xiàn)象(1)窗簾上直接受陽光照射的一面布料容易變色。(2)某些藥物需要盛放在棕色瓶里,并在陰涼、低溫下儲存。(3)發(fā)面時,將面團放在溫暖的環(huán)境效果更好。第一節(jié)

化學反應速率第二節(jié)

化學平衡

【溫故知新】

寫出氯水中Cl2與H2O的化學反應方程式，思考反應

物是否能按化學計量關系完全轉變成產(chǎn)物？氯水呈淺黃綠色，說明氯水中存在溶于水的Cl2；但氯水有漂白作用，說明部分Cl2與H2O發(fā)生反應，生成了HClO。因此，該反應只能部分進行，反應物不能按化學計量關系完全轉變成產(chǎn)物。什么樣的反應只能部分進行，而不能進行到底?Cl2+H2OHCl+HClO

可逆反應：在同一條件下,既能向正反應方向進行，又能向逆反應方向進行的化學反應。特點：反應不能進行到底，反應物和生成物同時存在。

符號：

例如：

第二節(jié)

化學平衡

一、可逆反應

高溫高壓催化劑從左向右進行的反應稱為正反應。從右向左進行的反應稱為逆反應。

逆反應

正反應

可逆反應在密閉容器中的反應是有限度的，只能達到平衡狀態(tài)。以合成氨為例:

第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的概念

逆反應正反應υ正υt0υ逆υ正=υ逆

反應瞬間，υ正最大，υ逆為零。

反應開始后，υ正逐漸減小，υ逆逐漸增大，正反應為主。

一段時間后，υ正

=υ逆，容器中[H2]、[N2]和[NH3]的濃度不再隨時間而改變，達到化學平衡狀態(tài)。

在一定條件下，可逆反應中正反應速率和逆反應速率相等，各物質的濃度不再隨時間而改變的狀態(tài)，稱為化學平衡。

化學平衡的特征：逆、等、動、定、變

逆：可逆反應或可逆過程。

等：正反應和逆反應速率相等，υ正=υ逆≠0。

動：化學平衡是一種動態(tài)平衡，反應并未靜止。

定：化學平衡是可逆反應進行的最大限度，各物質濃度保持恒定。

變：化學平衡可以改變，條件改變，平衡發(fā)生移動。第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的概念

研究發(fā)現(xiàn)，其他條件不變時，不管氨的初始濃度如何，達到平衡狀態(tài)后，體系中各組分的平衡濃度之間總是存在以下關系：

第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的概念

比值為常數(shù)大量實驗證明,在一定溫度下,對于某可逆反應:aA+bB

dD+eE

達到化學平衡時，生成物濃度冪的乘積與反應物濃度冪的乘積之比是一個常數(shù)。這個常數(shù)稱為化學平衡常數(shù)。第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的概念

aA+bB

dD+eE

化學平衡常數(shù)符號：K

表達式：

式中[A]、[B]、[C]、[D]為反應物和生成物平衡時的物質的量濃度，a、b、c、d為方程式中各相應化學式前面的系數(shù)。

意義：平衡常數(shù)K表示平衡體系中正反應進行的程度。K值越大，表示正反應進行得越完全；K值越小，表示正反應進行得越不完全。第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的概念

寫出下列可逆反應的平衡常數(shù)表達式，并總結書寫注意事項。

交流討論可逆反應平衡常數(shù)表達式N2O4(g)2NO2(g)2NO2(g)N2O4(g)2C(s)+O2(g)2CO(g)Cl2(g)+H2O(l)HCl(l)+HClO(l)第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的概念

書寫平衡常數(shù)表達式需注意：

化學方程式不同，平衡常數(shù)的表達式也不同。

固體、純液體、水溶液中水的濃度可視為定值,其濃度不代入表達式中。

此外，對于同一可逆反應，平衡常數(shù)K隨溫度變化而變化，故使用時必須注意相應的溫度。對于同一可逆反應，K與濃度無關，與溫度有關。

交流討論

化學平衡只是可逆反應在一定條件下的一種暫時的、相對的穩(wěn)定狀態(tài)。

因反應條件的改變，使可逆反應從一種平衡狀態(tài)向另一種平衡狀態(tài)轉變的過程，稱為化學平衡的移動。

移動的原因：外界條件發(fā)生變化。第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

舊平衡v正=v逆條件改變v'正

≠

v'逆新平衡v''正=v''逆

平衡移動的方向：

當外界條件改變后

第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

①若v'正

>v'逆，c''生成物>c生成物，平衡向正反應方向移動（向右移動）。平衡不移動。平衡向逆反應方向移動（向左移動）。②若v'

=v'逆，c''生成物=c生成物，③若v'正

<v'逆，c''生成物<c生成物，影響平衡移動的因素第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

濃度溫度壓強1.濃度變化對化學平衡的影響【實驗探究】+KSCNFe(SCN)3]FeCl3血紅色3Fe(SCN)33KCl

KSCN3FeCl++第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

1.濃度變化對化學平衡的影響【實驗探究】

將Fe(SCN)3溶液分為4份，進行以下對照實驗：

濃度變化對化學平衡移動的影響

試管號再滴入0.1mol/LFeCl3溶液/滴再滴入0.1mol/LKSCN溶液/滴KCl晶體紅色深淺變化解釋150020503000400少量平衡向右移動平衡向右移動平衡向左移動對照第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

在其他條件不變時，增大反應物的濃度后，血紅色化合物Fe(SCN)3

的濃度增加，

v'正

>v'逆

，平衡右移。

【思考】在其他條件不變時，減小反應物的濃度：

v'正

和

v'逆

哪個大？平衡如何移動？結論：當其他條件不變時，

增加反應物的濃度或減少生成物的濃度,平衡向正反應方向移動;

增加生成物的濃度或減少反應物的濃度,平衡向逆反應方向移動。黑枸杞泡水會變色黑枸杞味甘、性平，富含花青素。花青素是一種天然抗氧化劑，被譽為“軟黃金”?；ㄇ嗨厥且环N水溶性色素,對酸堿性特別敏感，隨著環(huán)境的酸堿性而呈現(xiàn)不同的顏色，在酸性水中是紫色系(紫色、紫紅色、鐵紅色等)，在堿性水中是藍色系(藍色、藍綠色、湖藍色等)。因此，用不同的水泡黑枸杞,泡出來的水會呈現(xiàn)不一樣的顏色。在家用礦泉水(堿性水)沖泡黑枸杞，水中立刻出現(xiàn)拉絲感并變成藍色,等待片刻，又變成藍墨水的顏色；用純凈水(酸性水)沖泡黑枸杞，水中立刻出現(xiàn)拉絲感并變成紫色，等待片刻，又變成紫黑色?；ㄇ嗨卦谒芤褐写嬖诙鄠€可逆過程，其中與顏色有關的可逆過程可表示如下：化學與生活第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

+H+

紅色

藍色第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

2.溫度變化對化學平衡的影響

化學反應常伴隨著放熱或吸熱現(xiàn)象的發(fā)生。熱量符號用“Q”表示。

放出熱量的反應稱為放熱反應，+Q表示放熱；

吸收熱量的反應稱為吸熱反應，-Q表示吸熱。

反應中的熱效應的表示方法：

2NO2(g)N2O4

(g)+56.9kJ/mol放熱（紅棕色）（無色）N2O4

(g)

2NO2(g)-56.9kJ/mol吸熱（紅棕色）（無色）第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

2.溫度變化對化學平衡的影響【實驗探究】

燒杯熱水杯(左)冷水杯(右)球內(nèi)氣體顏色變化顏色變深顏色變淺2NO2(g)N2O4

(g)+56.9kJ/mol放熱（紅棕色）（無色）第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

2.溫度變化對化學平衡的影響

結論：當其他條件不變時，

升高反應溫度，平衡向吸熱反應(-Q)方向移動；

降低反應溫度，平衡向放熱反應(+Q)方向移動。

【問題解決】

合成氨反應

N2＋3H22NH3+Q，為了使平衡體系中有更多的氨氣，如何控制溫度？

第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

3.壓強變化對化學平衡的影響

壓強變化會對氣體的體積產(chǎn)生影響，以NO2和N2O4的平衡體系為例說明壓強變化對化學平衡的影響。

【實驗探究】

注射器中吸入一定量NO2和N2O4的平衡氣體,用橡皮塞將細端管口封閉?？焖偻七M、拉出注射器活塞,仔細觀察管中氣體的顏色變化。2NO2(g)N2O4

(g)+56.9kJ/mol放熱（紅棕色）（無色）第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

3.壓強變化對化學平衡的影響

快速推進注射器活塞平衡移動增壓并達平衡快速拉出注射器活塞平衡移動減壓并達平衡原始狀態(tài)實驗操作氣體體積變化壓強變化顏色深淺變化解釋推進注射器活塞推進注射器活塞變小變大紅棕色變淺平衡向N2O4方向（分子總數(shù)減少）方向移動變小變大紅棕色變深平衡向NO2方向（分子總數(shù)增加）方向移動2NO2(g)N2O4

(g)+56.9kJ/mol放熱（紅棕色）（無色）第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

結論：其他條件不變時，對有氣體參加的可逆反應

增大壓強,平衡向氣體分子總數(shù)減少的方向進行;

減小壓強,平衡向氣體分子總數(shù)增大的方向進行。注意：對于反應前后氣體分子總數(shù)相等或者無氣體參加的可逆反應，改變壓力，化學平衡不移動。例如：CO+H2O(g)CO2+H2第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

對于氣體反應：

氣體分子數(shù)a+bd+eaA(g)+bB(g)

dD(g)+eE(g)【問題解決】

分析下列可逆反應達到平衡后，當改變壓力平衡是否移動？怎樣移動？化學反應增大壓強減小壓強H2+I2(g)2HI2C(s)+O22CON2+3H22NH3不移動不移動向左移動向右移動向右移動向左移動第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

【思考】

催化劑對化學平衡有無影響？

由于催化劑能同等程度地增加正、逆反應速率,所以使用催化劑,對平衡沒有影響。

催化劑能縮短可逆反應達到平衡的時間,從而提高生產(chǎn)效率。

如果改變影響平衡的一個條件（如溫度、壓強，以及參加反應的化學物質的濃度），平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動。這就是著名的勒夏特列原理，又稱化學平衡移動原理。碳達峰和碳中和

氣候變化是人類面臨的全球性問題。為減少溫室氣體CO2的排放，保護生態(tài)系統(tǒng)，我國由此提出碳達峰和碳中和目標。CO2減排策略主要有三方面:減少排放、捕集封存、轉化利用。如利用CO2和H2在高溫、高壓和催化條件下反應生成甲醇，可實現(xiàn)碳資源的綠色循環(huán)。CO2(g)+H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。

化學與強國第二節(jié)

化學平衡

二、化學平衡的移動

2020年我國在海南建成了5000t級的CO2制備甲醇的生產(chǎn)裝置,該裝置提高了CO2轉化能力、降低了CO2排放量,標志著我國在“碳中和”領域已經(jīng)走到了世界前列。查閱資料,了解合成氨工業(yè)的相關信息,運