第六章第二节 化学反应的速率和限度

(共39张PPT)
化学反应的
速率和限度
第二节
化学反应有快有慢：
HCl＋NaOH＝NaCl＋H2O
千分之一秒即完成
H2＋Cl2＝2HCl
百分之一秒即完成
救心丹
几分钟见效
钢铁腐蚀
若干年
煤、石油等化石燃料的形成
几千万年以上
定义：
化学反应速率用单位时间（如每秒，每分，每小时）内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大来表示。
计算式:
一、化学反应速率
(物质的量浓度)
——衡量化学反应进行的快慢
单位: mol/(L·min)或 mol/(L·s)
例题1
在 N2 + 3H2 2 NH3反应中，自开始至２秒，氨的浓度由０变为0. 6 mol/L，则以氨气表示的化学反应速率是多少？
= 0.3mol/(L·s)
v (NH3) =
△c (NH3)
△t
=
(0. 6 – 0 )mol/L
2s
例题2：反应4NH3+5O2 4NO+6H2O 在5升的密闭容器中进行，30秒后，NO 的物质的量增加了0.3mol，此反应的反应速率用NO来表示为多少？
问题1：若用O2的浓度变化来表示此反应速率是多少？ 若用NH3 来表示呢
问题2：此反应化学反应速率用不同物质表示为什么数值不同？数值上有何规律？
v(NO)=0.002mol/L·s
v(O2)=0.0025mol/L·s
v(NH3)=0.002mol/L·s
化学反应速率的特点
①同一反应，可用不同物质在单位时间内浓度的变化来表示，但必须指明是用哪种反应物或哪种生成物来表示。速率均取正值。
②用不同物质在单位时间内浓度变化表示时，反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。
③一般来说，化学反应速率随反应的进行而逐渐减慢。所以，化学反应速率实际指某一段时间内的平均速率。
向一个容积为1L的密闭容器中放入2moLSO2和1moLO2，在一定条件下反应，2S末，测得容器内有0.8moLSO2，求2S内SO2，O2，SO3的反应速率和反应速率比。
练习1
练习2
在一定条件下，mA+nB=pC的反应中，各物质的化学反应速率为V(A)=amol·L-1·s-1,
V(B)=a/2mol·L-1·s-1,
V(C)=amol·L-1·s-1,
则该反应的化学方程式是 。
2A+B=2C
则该反应速率的快慢顺序为:
反应 A + 3B = 2C + 2D 在四种不同条件下的反应速率为：
(1)ν(A)=0.3mol/(L·s )
(2) ν(B)=0.6mol/(L·s)
(3) ν(C)=0.4mol/(L·s)
(4) ν(D)=0.45mol/(L·s)
(1)>(4)>(2)=(3)
反思:比较反应的快慢，应取同一参照物
练习3
在相同条件下,等质量(金属颗粒大小相
同)的下列金属与足量1mol/L 盐酸反应时,
速率最快的是
A 镁 B 铝 C 钠 D 铁
二、影响化学反应速率的因素
影响化学反应速率的主要因素——内因：由反应物本身的性质决定。
C
影响化学反应速率的外界因素1——温度
实验2－5
现象 结论
热水中
常温
冷水中
产生气泡速率增大
升高温度，
反应速率增大
有气泡冒出
产生气泡速率减小
降低温度，
反应速率减小
2H2O2 = 2H2O +O2
规律：当其它条件不变时，升高温度，化学反应速率增大。降低温度，化学反应速率减小。
实验测得，温度每升高10度，化学反应速率通常增大原来的2～4倍。
注意：温度对所有化学反应速率的影响具有相同的规律性。
（1）温度对化学反应速率的影响
现象 结论
加入MnO2
加入FeCl3
不加其他试剂
气泡冒出速率增大
气泡冒出速率增大
有气泡冒出，较慢
MnO2能加快H2O2的分解速率
FeCl3能加快H2O2的分解速率
无催化剂
反应较慢
影响化学反应速率的外界因素2——催化剂
实验2－6
规律：催化剂能改变化学反应的速率。
有的催化剂能加快化学反应的速率，叫正催化剂；有的催化剂能减慢化学反应速率，叫负催化剂。在实践中，如没有特殊说明，凡催化剂都指正催化剂。
催化剂中毒：催化剂的催化性能往往因接触少量的杂质而明显下降甚至遭破坏，这种现象叫催化剂中毒。
催化剂只有在一定的温度下才能最大限度的显示其催化作用，不同的催化剂对温度的要求不一样。
（2）催化剂对化学反应速率的影响
规律：当其它条件不变时，增大反应物的浓度，化学反应速率增大。减小反应物的浓度，化学反应速率减慢。
（3）浓度对化学反应速率的影响
对于纯液体或固体反应物一般情况下其浓度是常数，因此改变它们的量不会改变化学反应速率。
【注意】
规律：对于有气体参与的反应，其他条件不变，增大压强化学反应速率加快。
原因：气体压强增大，体积减小，气体浓度增大，反应速率增大。
压强对化学反应速率的影响实质上是通过改变气体反应物的浓度来实现的。
（4）压强对化学反应速率的影响
若体系的压强变化而使反应物或生成物的浓度发生变化，则是“真”变，否则是“假”变。
如： 密闭容器中进行的反应：2SO2+O2 2SO3
B.恒温、恒压时充入He（不参与反应的气体）：
A. 恒温、恒容时充入He（不参与反应的气体）：
由于反应物生成物浓度不变，反应速率不变。
相当于于“假”变。
由于SO2、O2、SO3的物质的量不变，体积V变大，
浓度降低，相当于“减压”，反应速率降低。
提示：判断压强的变化是否影响化学反应速率，一定要看压强的变化是否引起反应物的浓度变化。
补充：注意压强“真”变和“假”变
规律：当其它条件不变时，增大固体反应物的表面积，化学反应速率增大。减小固体反应物的表面积，化学反应速率减慢。
（5）固体反应物的表面积对化学反应速率的 影响
（6）其他条件对化学反应速率的影响
如：溶剂、光照、磁场等。
下图表示锌和稀盐酸反应时产生氢气的速率与反应时间的关系，回答下列问题：
V(H2)
t/秒
0 a b
(1) 从0到a时间段内反应速率加快的原因是：
（2）从a到b时间段内反应速率减慢的原因是:
该反应是放热反应,在0到a时间段内浓度变化不大，但温度升高，所以反应速率增大。
随着反应的进行，到a 后盐酸的浓度不断降低，反应速率将不断减小。
练习1
如下图所示，相同体积的a、b、c三密闭容器，其中c容器有一活塞，a、b两容器为定容容器，起始向三容器中都加入相同量的SO2和O2使三容器压强相等，一定条件下发生2SO2+O2=2SO3的反应。问：
③ 如起始在a、c两容器中通入同量的N2， 则此时三容器起始压强为Pa ___Pb ___Pc；
① 起始a、c两容器的反应速率大小关系为Va __Vc；
② 反应一段时间后a、c中速率大小关系为Va __Vc ；
=
<
> =
= >
起始反应速率关系为Va __Vb ___Vc
练习2
在25℃时，向100mL含HCl 14.6g的盐酸中，放入5.6g铁粉，反应进行到2s时收集到氢气1.12L(标况)，之后反应又进行了4s，铁粉全溶解。若不考虑体积变化，则：
(1)前2s内用FeCl2表示的平均反应速率为 ；
(2)后4s内用HCl表示的平均反应速率为 ；
(3)前2s与后4s比较，反应速率 较快，其原因可能是 。
0.25mol/L·s
0.25mol/L·s
前2s
前2s内盐酸浓度比后4s盐酸浓度大
练习3
化学反应速率
课堂小结
概念
影响因素
内因
外因
概 念
表示方法
单 位
特 征
浓
度
温
度
压
强
催化剂
其 它
在化学反应中，反应物之间是按照化学方程式中的系数比进行反应的，那么，是不是在所有反应中，反应物都能按相应的计量比完全转化为生成物呢？
三、化学反应的限度——化学平衡
H2 + I2 2HI
正反应
逆反应
回忆：什么叫做可逆反应？
在同一条件下，既向正反应方向进行，同时又向逆反应方向进行的反应。
典型的可逆反应有:
N2+3H2 2NH3
催化剂
高温高压
2SO2+O2 2SO3
催化剂
高温
SO2 +H2O H2SO3
Cl2 +H2O HCl+HClO
启示:化学反应是有限度的，有些能进行地较彻底，有些反应是不彻底的，甚至是可逆的。
（1）正逆反应同时进行
正反应：反应物 生成物
逆反应：生成物 反应物
复习：可逆反应的特点
（2）可逆反应不能进行彻底，反应体系中得到的总是反应物与生成物的混合物。
正反应速率：用反应物的消耗速率或生成物的生成速率表示
逆反应速率：用生成物的消耗速率或反应物的生成速率表示
催化剂
N2 + 3 H2 2NH3
高温高压
v(正)
v(逆)
反应速率v
时间（t）
0
达到该反应的限度，即化学平衡状态!
t1
v(正)= v(逆)
以工业合成氨为例讨论化学反应进行的限度。
由于v(正)= v(逆) ≠0，正、逆反应都在进行，但各种物质的百分含量、浓度都不会发生变化 。
定义：
在一定条件下的可逆反应中，当正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
前提（适用范围）：可逆反应
内在本质：v(正)= v(逆) ≠0
外在标志：反应混合物中各组分的浓度保持不变
一、化学平衡状态
（2）动：动态平衡，正逆反应均未停止，只是速率相等
（3）等： v(正)= v(逆)≠0，对同一物质而言， v消耗= v生成
（4）定：反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量保持不变。
（5）变：化学平衡是在一定条件下的平衡。当反应条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。
（1）逆：研究对象是可逆反应
二、化学平衡的特征
此条件下进行到什么时候达到了这个反应的限度
此时的反应是否停止了？
此时为何3种物质的浓度保持不变
某温度和压强下的密闭容器中,2SO2+O2 2SO3
△
催化剂
时间
（min)
物质的量
浓度(mol/L) 0 10 20 30 40 50 60 70
SO2 1 0.7 0.5 0.35 0.2 0.1 0.1 0.1
O2 0.5 0.35 0.25 0.18 0.1 0.05 0.05 0.05
SO3 0 0.3 0.5 0.65 0.8 0.9 0.9 0.9
1、可逆反应达到平衡的依据是（　　　）
A.反应停止了
B.正、逆反应速率都为零
C.反应物和生成物的浓度相等
D.正、逆反应的速率相等
D
2、对于可逆反应 M＋N Q达到平衡状态时，下列说法正确的是（ ）
A. M、N、Q三种物质的浓度一定相等
B. M、N全部变成了Q
C. M、N、Q的浓度都保持不变
D. 反应已经停止
C
4、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.　A的生成速率与C分解的速率相等
B.　单位时间内生成1mol A,同时生成3mol B
C.　A、B、C的浓度不再变化
D.　A、B、C的分子数比为1:3:2
C
3、14CO2 + C 2CO，达到化学平衡后，
平衡混合物中含14C的粒子有 。
14CO2、14C、14CO
1、速率：v正=v逆
2、各成分的浓度和含量保持不变
2、浓度和含量保持不变：
1、物质的量、质量、分子数目不变
2、物质的量浓度不变
3、百分含量不变
两个标志
三、化学平衡状态的判定
1、v正=v逆
①对同一物质， v生成= v消耗
②从微观角度看，同一物质断裂化学键的数目与形成化学键的数目相等
(1)A的生成速率和分解速率相等
(2)单位时间生成b mol B和c mol C的同时，生成a mol A
对于可逆反应 a A(g) b B(g) + c C(g) 在一定条件下达到平衡状态有以下几个常见表述：
(4) A、B、C的物质的量不再改变
(5) A、B、C的浓度不再改变
(6) A、B、C的质量分数或体积分数不再改变
(3)单位时间内同一物质化学键的断裂和生成数目相等
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
A、C
随堂练习
化学平衡计算的一般步骤: “三步曲”
1.写出有关平衡的化学方程式
2.找出各物质的 起始量 转化量 平衡量 （三段式）
3 根据已知条件列式
反应物的转化率：某反应物的转化量占其总量的百分数。
（分子和分母的单位保持一致）
练习：
在合成氨工业中，由a mol氮气，b mol氢气混合反应达到平衡时，有 c mol 氨气生成，则氨气在反应混合物中所占的体积分数为多少？氮气的平衡转化率为多少？
体积分数为 c / (a+b-c) × 100%
α（N2）= c/2a× 100%
作业：
课后习题；
练习册P29
进水口
出水口
当进水速度大于出水速度时
当进水速度小于出水速度时
当进水速度等于出水速度时？
水池的启示：如果将水池的进出水假设为某一个可逆反应的两个不同方向，那么当两方向的反应速率不同时，反应物或生成物的浓度就会发生改变。而当二者速率相等时，各组分含量不再改变，即达到一个动态平衡状态。
水池的启示：