(共12张PPT)
化学反应速率
第二章 化学反应速率与化学平衡
第1节 化学反应速率
成都大运会丨田径项目收官 中国队夺得男、女4X100米接力冠军
有26匹马，5条跑道，每条跑道上只能跑一匹马。最少用多少次，可以选出其中跑的最快的三匹马。（注：比赛时不许计时）
如果可以计时呢？
一、温故设疑，引入新课
举例说明化学反应是否有快慢？
判断化学反应快慢的标准是什么？
快慢是相对概念
定性判断/定量判断
二、定量测定化学反应速率的大小
如何表示化学反应速率？
对于Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑这个反应，如何表示其化学反应速率的大小？
（1）可以选择哪些物质作为观察对象？
（2）观测方法是什么？
观察对象 观察方法
H2 气泡产生的快慢
Zn 相同质量锌片谁先全部溶解
（1）观察对象选取真正参与反应的物质
（2）观察对象要有明显变化且易于观察
定性观察
二、定量测定化学反应速率的大小
如何更加精确地判断化学反应的快慢？
观测角度 观测对象 观测方法 观测手段 计算方法
反应物的减少速率 Zn 测定一段时间内，锌片质量的减少 天平称量锌片质量 v=
H+ 测定一段时间内，氢离子浓度的减少 pH传感器测定氢离子浓度 v=
生成物的增加速率 Zn2+ 测定一段时间内，锌粒子质量的增加 锌离子传感器测定锌离子浓度 v=
H2 测定一段时间内，氢气浓度的增加 压强传感器测定体系压强变化 v=
定量观测
二、定量测定化学反应速率的大小
对于化学反应Na2S2O3+H2SO4→Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O，除了以上方法，还可以通过哪些其他方法测定其化学反应速率的大小？
定性观察
S：感受溶液变浑浊的快慢
定量观测
观测角度 观测对象 观测方法 观测手段 计算方法
生成物的增加速率 S 测定一段时间内溶液浊度的变化； 测定一段时间内溶液透光率的变化 浊度传感器测定浊度变化； 透光率仪测定透光率变化 v=
v=
二、定量测定化学反应速率的大小
一般情况下，如果化学反应体系的体积是恒定的，则化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示：
v=
化学反应速率与物理中的速度、速率哪个更接近一些？
化学反应速率的单位是什么？
化学反应速率是平均速率还是瞬时速率？
三、从不同的角度认识化学反应速率
将表格中的数据补充完整；
分别列出该反应过程中SO2、O2和SO3化学反应速率的表达式；
计算化学反应速率。
甲组 乙组 丙组
研究物质 SO2 O2 SO3
开始时的浓度/（mol/L） 2 2 0
0至10s内的浓度变化
10s末的浓度/（mol/L） 0.8 1.4 1.2
0至10s内的各物质的反应速率/（mol/L）
在工业制硫酸的流程中会发生2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的反应，甲、乙、丙三个学习小组分别从不同的角度研究了该反应在某段时间内的化学反应速率。
三、从不同的角度认识化学反应速率
根据计算结果，你发现什么问题？
同一反应中用不同物质的浓度变化表示反应速率时，数值不同。
同一反应中用不同物质的浓度表示反应速率时，为什么数值可以不同？所表示的意义是否相同？
用不同物质表示同一反应的速率时，这些速率之间存在怎样的联系？
三、从不同的角度认识化学反应速率
对于一个化学反应：mA+nB pC＋qD，可以用任意物质的物质的量的浓度随时间的变化来表示该化学反应的速率。
v（A）=
v（B）=
v（C）=
v（D）=
四、总结归纳，系统认识
定性：宏观现象
定量：化学反应速率：mA+nB pC＋qD
v（A）=
v（B）=
v（C）=
v（D）=
单位时间内，特征物理量（如质量、浓度、气体体积、压强、导电性、浊度等）的变化
化学反应的快慢
如何表征化学反应的快慢？
课堂小结
化学反应速率
定性：宏观现象
定量：化学反应速率：mA+nB pC＋gD
v（A）=
v（B）=
v（C）=
v（D）=
单位时间内，特征物理量（如质量、浓度、气体体积、压强、导电性、浊度等）的变化
化学反应的快慢(共19张PPT)
二氧化硫催化氧化条件
的选择
第二章 化学反应速率与化学平衡
一、引出课题，知识重构
硫酸有哪些用途？
一、引出课题，知识重构
硫酸的用途
酸洗
一、引出课题，知识重构
某研究小组进行了模拟实验。一定条件下，将SO2和O2充入10L密闭容器中，发生如下反应：SO2(g)+O2(g) SO3(g) H<0。
（1）怎样判断化学反应是否达到平衡状态？t时刻，若SO2、O2和SO3物质的量之比为2:1:2，此时是否达到平衡状态？
（2）反应开始到第一次平衡时，你能计算出哪些化学反应速率，化学平衡相关的数据？
（3）10min和20min时，曲线变化的原因可能是什么？平衡是否移动？如果移动，平衡常数是否变化？
一、引出课题，知识重构
（1）怎样判断化学反应是否达到平衡状态？t时刻，若SO2、O2和SO3物质的量之比为2:1:2，此时是否达到平衡状态？
SO2(g)+O2(g) SO3(g)
起始物质的量/mol
变化物质的量/mol
t时刻物质的量/mol
0.2
0.1
0
2a
a
2a
2a
a
2a
0.2-2a=2a，a=0.05
Q=14.1>K=2.8
一、引出课题，知识重构
（2）反应开始到第一次平衡时，你能计算出哪些化学反应速率，化学平衡相关的数据？
v(SO3)==2.67
v(O2)==1.33
v(SO2)==2.67
K==2.8
==20%
==20%
一、引出课题，知识重构
（3）10min和20min时，曲线变化的原因可能是什么？平衡是否移动？如果移动，平衡常数是否变化？
10min：加催化剂、缩小容器体积、升高温度等
20min：增加O2浓度
二、知识应用，调控反应
SO2(g)+O2(g) SO3(g) H<0，从多个角度分析这一化学反应，选择最佳反应条件，明确优化反应条件的一般思路。
增大反应速率 增大反应物的转化率 其它
增大反应物浓度 增大压强 升高温度 使用催化剂 ...... 增大反应物浓度 减小生成物浓度 增大压强 降低温度 ...... 能耗
环保
......
二、知识应用，调控反应
使用催化剂，在475℃时的化学反应速率比不使用催化剂时提高了1.6×108倍。目前大多采用的是钒催化剂，其活性成分是无氧化二钒（V2O5），助催化剂是碱金属的硫酸盐（K2SO4），载体是硅胶、硅藻土、硫酸铝等。
有学者提出的催化机理为：
SO2+X Y·SO3
Y·SO3 Z+SO3
Z+O2(g) X
X、Y、Z均为钒的络合物。
探究1：选择合适的催化剂
结合钒的价态分析催化原理。
氧化还原
非氧化还原
氧化还原
X价态高于Y
X价态高于Z
X：(VO2SO4)S2O72-
Z：(VOSO4)2(SO4)24-
二、知识应用，调控反应
工业上二氧化硫催化氧化所需的原料气主要是通过燃烧黄铁矿（FeS2）并进行净化干燥处理后得到，原料气的成分为SO2、O2、N2，催化氧化反应是在恒压条件下进行的。定义用分压表示平衡常数为Kp，其中分压=总压×物质的量分数。
探究2：温度对反应限度影响
（1）假设将组成（物质的量分数）为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2的转化率为α，计算平衡常数Kp。
（2）Kp与温度的关系是什么？
（3）其他条件一定的情况下。SO2转化率α与温度的关系是什么？
二、知识应用，调控反应
探究2：温度对反应限度影响
（1）假设将组成（物质的量分数）为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2的转化率为α，计算平衡常数Kp。
假设原气体的物质的量为100mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol，2m+m+q=100，因此q=100-3m
SO2(g)+O2(g) SO3(g)
起始物质的量/mol
变化物质的量/mol
t时刻物质的量/mol
2m
m
0
2ma
ma
2ma
2m(1-a)
m(1-a)
2ma
平衡时n(总)=2m(1-a)+m(1-a)+2ma+q=100-ma
物质的量分数=×100%
p(SO3)=
p(SO2)=
p(O2)=
Kp=
二、知识应用，调控反应
工业上二氧化硫催化氧化所需的原料气主要是通过燃烧黄铁矿（FeS2）并进行净化干燥处理后得到，原料气的成分为SO2、O2、N2，催化氧化反应是在恒压条件下进行的。定义用分压表示平衡常数为Kp，其中分压=总压×物质的量分数。
探究2：温度对反应限度影响
（1）假设将组成（物质的量分数）为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2的转化率为α，计算平衡常数Kp。
（2）Kp与温度的关系是什么？
（3）其他条件一定的情况下。SO2转化率α与温度的关系是什么？
温度升高，Kp减小
温度升高，SO2转化率α降低
二、知识应用，调控反应
探究2：温度对反应限度影响
Kp与温度的关系
温度/℃ Kp 温度/℃ Kp 温度/℃ Kp
400 442.0 475 81.25 575 13.70
410 345.5 500 49.78 600 9.375
425 241.4 525 31.48 625 6.570
450 137.4 550 20.49 650 4.680
资料二：不同温度下 SO 的平衡转化率[原料气成分（体积分数）：SO2 7%，O2 11%，N2 82%； 压强：0. 1MPa]
温度/℃ 400 450 475 500 525 550 575 600 650 1000
转化率/% 99.2 97.5 95.8 93.5 90.5 85.6 79.9 73.7 58.5 5.0
温度较低条件下最为有利
二、知识应用，调控反应
探究3：选择合适压强、温度
原料气成分（体积分数）：SO2 7%，O2 11%，N2 82%，压强分别在0.1MPa、0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa时SO2平衡转化率α随温度的变化如图
（1）p1、p3、p4分别对应的压强是什么？
（2）解释实际生产中为什么选择常压，预测操作温度可能是什么？
5.0MPa
0.5MPa
0.1MPa
由p=0.1MPa对应的曲线可知常温下SO2平衡转化率已经很高，加压对设备的要求高，增大投资和能耗；从SO2平衡转化率的角度考虑，反应温度不能过高，525℃以下，SO2平衡转化率可达90%以上，都可能作为合适的反应温度。
实际生产温度400-500℃，反应速率和SO2转化率（93.5%-99.2%）都比较理想
二、知识应用，调控反应
探究4：选择合适原料气组成
原料气中SO2和O2的浓度选择应该考虑哪些因素？
从增大SO2平衡转化率，提高反应速率角度思考，应提高原料气中O2的浓度。
SO2浓度在7%左右时转化器生产能力最大，总费用最小。
三、分析生产硫酸实际工艺，综合提升
在实际生产工艺中，二氧化硫的催化氧化反应是在如左图所示接触室中进行的，其中1-4表示催化剂层，在两层催化剂之间撞上一个热交换器，用来把SO2的氧化反应生成的热传递给接触室需要预热的氯气，还可以冷却反应后生成的气体。此外在实际生产中不是在恒温恒压下反应，而是采用如右图所示的“换热使四段转化。”
右图哪些进程表示热交换过程？
热交换器目的是充分利用反应放热预热原料。热交换器中无催化剂，因此转化率几乎不变。
b1→a2
b2→a3
b3→a4
a2
a4
a3
100
转化率%
温度
b4
b3
b2
b1
a1
三、分析生产硫酸实际工艺，综合提升
在右图中画出反应的转化率与最适宜温度（曲线I）、平衡转化率与温度（曲线II）的关系曲线示意图。
在一定温度下，随着反应的进行，正反应速率会逐渐减小，最终达到平衡，因此平衡时并不是反应速率最大的状态，反应速率最大的状态的转化率应该低于平衡转化率。在转化率一定的情况下，反应速率最大的温度要低于平衡时的温度。反应为放热反应，随着温度升高，平衡转化率降低。
100
转化率%
温度
II
I
三、分析生产硫酸实际工艺，综合提升
分析“换热式四段转化”的实际生产工艺流程是什么？
尽量使反应按照最适宜温度进行，采取的方法：
（1）在催化剂活性温度范围内操作；
（2）尽可能接近温度范围内操作；
（3）采取分段操作。
实际生产中，反应是从较低温度430-440℃开始，按绝热操作线进行的。随着转化率增大，温度升高，待温度升到600℃时，转化率约为70%，随后尽可能按最适宜曲线进行。
段数 进口温度/℃ 出口温度/℃ 出口转化率/% 转化率净值/%
1 440 592 71.3 71.3
2 489 523 87.2 15.9
3 461 475 93.9 6.7
4 433 439 97.0 3.1
课堂小结
二氧化硫催化氧化条件的选择
化学反应
反应速率
反应历程
认识视角
反应限度
反应方向
反应条件控制
影响因素及解释
概念（v=
化学平衡的建立
化学平衡的移动
综合调控
