第3章化学反应基本原理案例.ppt

第三章 化学反应基本原理 热力学基本概念－体系、环境与相 热力学基本概念－体系的分类 热力学基本概念－状态与状态函数 热力学中常见的状态函数 热力学过程－热与功 状态与过程示意图 热力学常见的过程 热力学第一定律 热(Q)与功(W)符号的规定 化学反应的热效应 活塞运动时体积功示意图 化学反应的热效应－焓 标准摩尔生成焓 标准摩尔生成焓的应用 反应的标准摩尔焓变 反应焓变计算实例 盖斯定律 苯催化加氢能量计算示意图 热力学第二定律 体系的混乱度－熵 “熵”的名称来源及含义 规定熵与标准摩尔熵 熵值的变化规律 反应的标准摩尔熵变 反应熵变计算实例 吉布斯函数 标准摩尔生成吉布斯函数 反应的标准摩尔吉布斯函数变 非标准条件下反应的摩尔吉布斯函数变 计算实例－利用吉布斯函数变判断反应方向 化学平衡的概念 化学平衡常数经验表达式 平衡常数与吉布斯函数变 平衡常数的特征 化学平衡的移动 Le Chátelier平衡移动原理 温度和压力对合成NH3的影响 工业合成氨示意图 化学反应速率 反应机理和反应类型 浓度对反应速率的影响 反应级数－元反应 反应级数－非元反应 非元反应中决定速率的一步 温度对反应速率的影响 过渡态与活化能 催化剂对反应速率的影响 异相催化－乙烯催化加氢 异相催化－汽车尾气转化 酶催化机理示意图 淀粉的结构 纤维素的结构 绝大部分化学反应都是可逆反应，即反应在一定条件下，既可按反应方程式向右进行正反应，也可以向左进行逆反应，当正反应和逆反应的速率相等时，系统中反应物和产物的浓度或分压不再随时间而变化，此时的状态称为平衡状态，此时的浓度称为平衡浓度，此时的压力称为平衡压力。 系统的平衡与达到平衡的途径无关，既可由正向开始，也可以由逆向开始。 1864年，古德博格和瓦格 (Guldberg，挪威数学家；Waage，挪威化学家) 提出了化学平衡常数的经验表达式 (气相反应) (液相反应) 反应 平衡时： 反应 平衡时： (气相反应) (液相反应) 平衡常数代表化学反应进行的限度。平衡常数越大，正反应进行得越彻底。 平衡常数只是温度的函数，不随浓度或压力而改变。相反，可用平衡常数求出平衡时组分的浓度或压力。 平衡常数与方程式的书写形式有关。 固体，纯液体和稀溶液溶剂的浓度可看作常数，故不需要出现在平衡表达式中。 浓度的影响： 增大反应物浓度或降低生成物浓度，平衡正向移动；减少反应物浓度或增加生成物浓度，平衡逆向移动。 压力的影响： 增大压力，平衡向气体分子数减少的方向移动； 减少压力，平衡向气体分子数增多的方向移动； 反应前后分子数不变的反应，压力没有影响。 温度的影响： 升高温度，平衡向吸热方向移动;降低温度，平衡向放热方向移动。 若对处于平衡状态的可逆反应施加某种影响 (如改变浓度、压力、温度等条件)，则平衡就向着削弱这种影响的方向移动。 增大压力，平衡向右移动； 提高温度，平衡向左移动； 降低NH3的浓度，平衡向右移动； 提高N2或H2的浓度，平衡向右移动。 一个化学反应单位时间内某反应物或生成物浓度的变化量称为该化学反应的速率。 平均速率为： 瞬时速率为： 反应 反应机理： 反应由反应物开始到生成产物的全过程（包括结构和能量的变化)。 元反应： 反应物经碰撞直接转变为产物的反应，反应过程中没有中间产物生成。 非元反应： 由两个或两个以上的元反应所组成的反应。 1867年，古德博格和瓦格 (Guldberg，挪威数学家；Waage，挪威化学家) 提出了化学反应速率的质量作用定律 反应速率与浓度的关系为： 反应物中固体或纯液体的浓度不计在内 元反应 反应级数：质量作用定律表达式中浓度方次之和 元反应的反应级数等于反应物表达式的系数之和 一级反应 二级反应 三级反应 一级反应 二级反应 零级反应 一级半反应 非元反应的级数由实验确定 该反应不是元反应，而是分两步进行： 反应的速率由多步反应中最慢的一步决定 （慢） （快） 1889年，阿伦尼乌斯 (Arrhenius，瑞典化学家) 提出了影响化学反应速率常数k的表达式 Ea：反应的活化能（反应进行时所需的最低能量） A：指前因子（频率因子） * 化学热力学 在给定的条件下，一个化学反应能否自发进行？ 反应过程中能量如何变化？ 反应达到平衡时，有多少反应物能转变为产物？ 如何通过控制反应条件来改变化学平衡？ 化学动力学 反应的速率是多少？ 反应条件怎样影响反应速率？ 反应是按照什么步骤进行的（反应机理）？ 体系： 热力学研究中所划定的对象 环境： 与体系密切相关、有相互作用或影响的部分 相： 体系中具有相同物理性质和化学性质的部分 敞开体系： 与环境之间既有能量交换又有物质交换的体系 封闭体系： 与环境之间只有能量交换而无物质交换的体系 孤立体系： 与环境之间既