无机与分析化学(南京大学)课件第3章.ppt

无机及分析化学 南京大学化学化工学院 （第五版） 1 第三章 化学平衡和 化学反应速率 掌握标准平衡常数和标准吉布斯自由能变的关系； 掌握化学平衡移动的定性判断及其移动程度的定量 计算； 掌握质量作用定理和如何确定非基原反应的速率方程； 掌握反应温度对反应速率影响的阿伦尼乌斯经验式； 2 3.1 化学平衡 3 3.1.1 化学平衡的特征 u 化学平衡是 ΔrG = 0 时的状态 u 化学平衡是一种动态平衡 u 化学平衡是有条件的平衡 3.1.2 标准平衡常数及其有关的计算 标准平衡常数( ) 在一定温度下，某反应处于平衡状态时，生成物的活度以 方程式中化学计量数为乘幂的乘积，除以反应物的活度以方 程式中化学计量数的绝对值为乘幂的乘积等于一常数 当反应达到平衡时，ΔrG = 0，则 4 将 1.5 mol H2 和1.5 mol I2充入某容器中，使其在 793 K达到 平衡，经分析，平衡系统中含 HI 2.4 mol求下列反应在该 温度下的 解： 5 3.1.3 多重平衡规则 如果反应（3）= 反应（1）+ 反应（2） 因为 所以 6 3.1.3 多重平衡规则 同理，如果反应（4）= 反应（1）— 反应（2） 因为 所以 7 3.2 化学平衡的移动 8 勒夏特列（Le Chatelier）化学平衡移动原理 假如改变平衡系统的条件之一，如温度、压力 或浓度，平衡就向减弱这个改变的方向移动。

3.2.1 化学平衡移动方向的判断 一定条件下，某化学反应的吉布斯自由能变为： 将 代入上式后得到： 9 从下列关系式判断反应的方向： 10 反应正向进行 反应逆向进行 平衡状态 拓展知识 氧与血红蛋白（Hb）的结合 11 组织中酸度会影响Hb和肌 红蛋白(Mb)与氧的结合， 右图是Hb和Mb与氧结合的 饱和度与氧分压的关系 3.2.2 化学平衡移动程度的计算 例3-7 已知以下反应在523 K时， = 27求：（1）0.70 mol PCl5注入 2.0 L密闭容器中,平衡时PCl5分解百分率为多少？ 解： 平衡时 12 13 将有关数据代入前式得 解得 PCl5的分解百分率 = = 71 % 14 （2）若在上述容器中再注入0.20 mol Cl2,PCl5分解百 分率又为多少？ 设平衡时PCl3为y mol 解得 y = 0.46 PCl5的分解百分率 = = 65 % 15 反应速率为 3.3 化学反应的速率及其表示方法 16 3.4.1 基元反应和非基元反应 3.4 浓度对反应速率的影响 基元反应 反应物分子碰撞中一步直接转化为生成物 绝大部分化学反应都是分多步进行，是非基元反应！ 17 3.4.2 质量作用定律 “基元反应的反应速率与反应物浓度以 方程式中化学计量数的绝对值为乘幂的乘积成正比” 一般基元反应 速率方程 18 3.4.3 非基元反应速率方程的确定 某一反应 如果其速率方程可表示为： 反应级数 = a + b a + b = 1 一级反应 a + b = 2 二级反应 a + b = 3 三级反应 19 一级反应 3.5 浓度对反应速率的影响 重排后 对上式积分 20 两边积分后得： 或写成： 半衰期（ ）反应物消耗一半所需要的时间 21 二级反应 A + B → P 3.5 浓度对反应速率的影响 如果起始物浓度相同 cA = cB 22 对上式两边积分 得： 或写成： 二级反应的半衰期为： 23 3.5 浓度对反应速率的影响 零级反应 重排后得 积分 得 或写成 表 3-1 不同反应级数时，反应物浓度与时间的关系得 24 25 阿仑尼乌斯经验关系式 或 设某反应在温度T1、T2时，速率常数分别是 和 ，则 (2) – (1)得 3.6 温度对反应速率的影响 26 例3-14 用例 3-13 的数据，运用阿仑尼乌斯公式计算活化能。

解 由式（3-19）得 (1)将T1= 600 K，T2 = 650 K两组数据代入 (2)将T1 = 800 K，T2 = 850 K两组数据代入 27 3.7 反应速率理论简介 气体分子的能量分布图 3.7.1 碰撞理论 反应分子之间必须发生碰撞，但只有 那些动能特别大的分子之间的碰撞才可能是有效碰撞 活化能定义 碰撞的方向性 28 3.7.2 过渡态理论 反应过程势能变化示意图 温度对分子动能分布的影响 飞秒化学 1999年，美国加州理工学院的教授 Ahmed Zewail H 获诺贝 尔化学奖，以表彰他首次利用超短激光脉冲技术观察了化学反 应和建立了飞秒（fs）化学，为化学及其相关学科带来了一场 革命1 fs = 10-5 s ） 29 700 fs 拓展知识 30 3.8 催化剂对反应速率的影响 A + B AB 活化能为Ea 当另一物种 Z 存在时，改变反应途径： (1) (2) 活化能 E1 活化能 E2 催化剂 Z 改变反应途径示意图 酶催化作用的特点 ① 高度专一性 ② 高的催化效率 ③ 温和的催化条件 ④ 特殊的酸碱环境要求 31 拓展知识 。