第26讲化学反应的方向和化学反应的速率

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1、第 26 讲 化学反应的方向和化学反应的速率（建议 2 课时） 考试目标 （ 1 ）能用焓变和熵变说明化学反应的方向。（ 2 ）了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。（ 3 ）知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响。（ 4 ）理解外界条件（ 浓度、温度、压强、催化剂等） 对反应速率的影响，认识其一般规律。（ 5 ）了解催化剂和化学反应速率的调探在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。 要点精析 一、化学反应的方向1 焓变与反应方向（只作了解）一个化学反应在某种条件下能否自发进行，以及在什么条件下有可能按预期方向发生是可以预测的。 其中焓变是影响反应方向的因素之一， 但不是惟一的因素

2、。 多数能自发进行的化学反应是放热反应。如：氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应，活泼金属与酸的反应等。但也有不少的吸热反应也能自发进行。如：铵盐与强碱的反应等。 还有一些反应在室温下不能自发进行， 但在较高温度下则能自发进行。如碳酸钙的分解等。 总之，无论是放热反应还是吸热反应都有可能自发进行。2 熵变与反应方向（只作了解）嫡：描述体系混乱度的一个物理量，用 S表示。熵与混乱度的关系： 熵值越大体系的混乱度越大。 在同一条件下不同的物质熵不同。 同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关。对同一物质，S（g） S（i） S。反应的嫡变：生成物总嫡与反应物总嫡之差。嫡与反应方向的关系：嫡变是判断反应能

3、否自发进行的另一因素，也不是惟一的因素。熵增加有利于反应自发进行， 但不是一定能自发进行。3 焓变与熵变对反应方向的共同影响(只作了解)一定条件下，一个反应能否自发进行，既与反应的焓变有关，又与反应熵变有关。反应方向的判断依据： H - T AS H - T AS 0反应不能自发进行反应方向的判断依据H - TA S只适用于温度，压强一定条件下的反应， 不能用于其它条件 (如温度， 体积) 一定条件下的反应。判断温度、压强一定条件下反应的方向时, 应同时考虑焓变与熵变两个因素。反应放热和熵增加都有利于反应自发进行， 所以放热的熵增加反应一定能自发进行。如:2KClO3(s) = 2KCl(s)

4、+ 3O2(g) H=-78.03kJ mol-1 AS =494.4J K -1 mol-1吸热的熵减少反应一定不能自发进行如：CO(g) = C(s,石墨)+ 1/2O 2(g)H=110.5kJ mol-1 AS=-89.36J K -1 - mol-1当嫡变和始变作用相反时，二者相差悬殊，由某一因素主导。如 : 常温下的放热反应 :4Fe(OH)2(s)+2H 2O(l)+O 2(g)= 4Fe(OH) 3(s) H=-444.3kJ mol-1 A S =- 280.1J K -1 mol-1焓变对反应的方向起决定性作用。4 H - TAS这一判断依据指出的是一定条件下，自发发生反应

5、的可能性，并不能说明实际是否一定能发生反应。二、化学反应速率1 化学反应的发生(只作了解)基元反应：能够一步完成的反应称为基元反应。反应机理与总反应： 基元反应构成的反应序列称为反应历程 (又称反应机理) ，基元反应的总和称为总反应，由几个基元反应组成的总反应也称复杂反应。反应不同，反应历程就不相同；同一反应在不同条件下的反应历程也可能性不同， 反应物的结构和反应条件决定着一个反应的反应历程。有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞叫有效碰撞。活化分子：只有具有较高能量(能量超过活化能)的分子，才能发生有效碰撞，能发生有效碰撞的分子叫做活化分子。活化能：普通分子变成活化分子至少需要吸收的能量称为活化能

6、。 不同反应有不同的活化能， 基元反应的活化能是活化分子平均能量与普通分子平均能量之差。一定温度下，反应的活化能越高，活化分子数越少，反应速率就越慢，反之亦然。2 化学反应速率概念：化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。表示方法： 通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示 (也可用单位时间内反应物的变化量或生成物的变化量来表示) 。公式：v = AC/At (AC表示物质的物质的量浓度变化， t表示 时间变化)单位： mol L S、mol L min、mol L h 等注意事项：同一反应中，用不同物质来表示反应速率时，其数值可能不同， 但其表达的意义是相同的，

7、都表示在同一段时间内的平均反应速率而不是瞬时速率。 因此表示化学反应速率时， 必须指明用反应物或生成物中哪种物质做标准， 且一般不能用固体物质做标准。 用不同物质表示同一反应的速率时， 速率的比值等于化学方程式中相应的化学计量数之比。如对于反应： mA + nB = pC + qDv(A) = ACAZ At v(B) =ACbZ At v(C) =ACC/At v(D) =CD/ t且： v(A) :v(B): v(C) :v(D)=m:n:p:q比较反应速率的快慢，要转化为同一物质的速率来比较。3 影响化学反应速率的因素：( 1 )内因：参加反应的物质的本身性质是影响化学反应速率的决定因素

8、。不同的反应，由于反应物质的结构不同和反应机理不同，因此反应速率不同。( 2 )外因：同一反应在不同条件下，反应的速率不同，浓度、温度、催化剂等外界条件对化学反应的速率有影响。浓度的影响：当其它条件不变时，增大反应物的浓度，使单位体积内分子数增多， 因此可加快反应的速率。 例：硫粉在氧气中燃烧比在空气中燃烧激烈。压强的影响：当其它条件不变时，加压(缩小体积)对有气体参加的反应， 正逆反应速率均加快， 气体体积缩小方向的反应速率增加的倍数大于气体体积增大方向增加的倍数；降压(增大体积) ，正逆反应速率均减小，气体体积缩小方向的反应速率减小的倍数大 于气体体积增大方向减小的倍数。注意：改变压强对反

9、应速率产生影响的根本原因是引起反应体系中各物质浓度的改变，若容器恒 温、恒容充入稀有气体或其它不反应气体，虽然改变了容器内气体压强，但由于没有改变反应物质的浓度， 所以不影响化学反应速率。 温度的影响：其它条件不变时，升高温度，反应物的能量增加， 使原来一部分能量较低的分子变成活化分子，所以可以加快反应的速率。通常情况下，温度每升高10度，化学反应的速率增大到原来的2至4倍。升高温度，对可逆反应，正逆反应速率均加快，但 吸热反应增加的倍数大于放热反应增加的倍数；降低温度，正逆反应速率均减小，吸热反应减小的倍数大于放热反应减小的倍数。例:相同大小的铁片和不同温度相同浓度的盐酸反应，温度高者反应速

10、率快。反应物间的接触面积的影响：其他条件不变，增大反应物间的接触面积，由于增大了反应物间的接触机会， 因此能增大反应的速率。 例：相同质量块状碳酸钙和粉末状碳酸钙分别和同体积同浓度的盐 酸反应，粉末状碳酸钙反应激烈，放出气体的速率快。催化剂的影响：其他条件不变的时，使用催化剂能降低反应的活 化能，使更多的反应物分子成为活化分子， 因此使用催化剂能同时 同倍改变正逆反应的速率。例：H2Q分别在MnO、FeCL过氧化氢酶等催化作用下的分解， 要比没有加催化剂时快得多。其他因素：除了上述因素外，压强、光波、电磁波、超声波、溶 剂等因素对化学反的速率也有影响。4 .化学反应速率的简单计算：例1、在4种

11、不同的条件下测得反应 2SO + 022SO的反应速率如下表所示(1)(2)(3)(4)反应速率(mol L-1 min-1)V(SQ)V(O2)V(SQ)V(O2)0.40.250.50.3则在4种不同条件下的反应速率从大到小的排列顺序为 (填序号)解析：方法1:将用不同物质表示的反应速率转化为用同一种物质表示 的反应速率再进行比较。第种情况下 V(02)= 1/2V(SO2)=1/2 x 0.4mol L-1 min-1 = 0.2 mol L1 min 1第种情况下 V(Q) = 1/2V(SO3)=1/2 X0.5mol L-1 min-1 = 0.25 mol L-1 min-1所以

12、4种情况的反应速率大小为(4) (3) =(2) (1) 方法2:通过比较各物质的反应速率和方程式中该物质的计量系数 之比值的大小来比较。第种情况下：V(SQ)/ 2 = 0.2第种情况下：V(O2)/1 = 0.25第种情况下：V(SO)/ 2 = 0.25第种情况下：V(O2)/ 1 = 0.3所以4种情况的反应速率大小为(4) (3) =(2) (1)例2、一定条件下在2L的密闭容器中发生反应：2SO + O2=2SQ ,起始时 SO和 Q的物质的量分别为 2mol和3mol。 反应进行到2分钟的时候，测得 SO的物质的量为1.6 mol ,请分 别用SO、Q和SO的浓度变化来表示该反应

13、的速率。解:设反应过程中的SO的浓度变化为2X 则2SO2 + O 2- 2SO3起始浓度(mol L-1)11.50变化浓度(mol L-1)2XX2X2 分钟后浓度(mol L-1)1-2X 1.5-X 2X2X = C (SO) = 1.6 mol/2L=0.8 mol - L-1 X =0.4 mol L-1V(SQ尸 C ( SO) / t = 0.8 mol L-1 /2 min = 0.4 mol L-1 min-1V(SO 2)= V(SO 3)= 0.4 mol L-1 min-1V(Q)= 1/2V(SO 2)= 0.2 mol - L-1 min-15 .测定化学反应速率

14、的物理方法(只作了解) ：测定化学反应速率的关键是测定某一时间间隔内反应体系中某 物质浓度的变化。量气法：通过测量反应产物中的气体在一定温度、压强下的体积变化，进而计算化学反应速率的方法。比色法：根据物质对特定波长的光的吸收性能不同，通过吸光度来测定反应物浓度，并据此来计算化学反应速率的方法。电导法：根据离子导电能力的差异，通过导电率的变化测定反应物中离子浓度变化，进而计算化学反应速率的方法。6 .化学反应条件的优化一工业制备硫酸工业制备硫酸的过程中，关键是怎样把SO尽可能快尽可能多地转化为SO。2SO（g） + Q（g）2SO（g） H =-196 .6kJ mol-1温度：400-500

15、C。从速率分析温度越高越好；从平衡分析温度 越低越好。因此综合分析同时考虑到催化剂的活性，选择温度在 400-500 C 左右。压强：常压。从速率和平衡分析， 压强越大，对生成SO越有利。 但压强越大，对设备的强度要求越高。同时，考虑到常压下SO转化SO的产率已可达到90麻，因此没有必要再加压。催化剂：V2C5。由于该反应即使在较高的温度下，也难于进行。因此为了提高单位时间 SQ的产量，目前工业上采用 V2Q作催化剂。浓度：适当增大 SO特别是Q （即空气）浓度。适当增大 SO和 Q浓度，有利于反应向生成 SQ的方向移动。（注意：合成SO过程 中，不需要分离出 SO。这是由于在合成 SO过程中

16、，SO已基本转 化为SO,达平衡后SO剩余量少。）投料比：过量空气。生产中使廉价易得的原料（空气）过量，可 提高另一原料（SO）的利用率，从而降低生产成本。因此，在二 氧化硫的氧化过程中要通过量空气。过关训练一、单项选择题1.（只作了解）下列过程是非自发的是（A.水由高处向低处流.天然气的燃烧C.铁在潮湿的空气中生锈.室温下水结成冰2 .（只作了解）有关化学反应的说法正确的是（）A.自发反应都是放热反应B.自发反应都是嫡增大的反应C.自发反应一定能实现D.非自发反应在一定条件下能实现3 .反应A（g）+2B（g） =C（g） , AH 0达平衡后，当改变条件：升温；降温；加压；减压；使用催化剂

17、，能使反应速率加快同时C的平衡百分含量增加的是(A. B . C . D .4 .反应A (g) +3B (g) = 2c (g) +2D (g)在不同情况下测 得反应速率如下，其中反应速率最快的是()A. v(D)=0.4mol/L s B. v(C)=0.5mol/L sC. v(B)=0.6mol/L- s D. v(A)=0.15mol/L- s5 .决定化学反应速率的根本因素是()A.温度和压强B.反应物的浓度C.参加反应的各物质的性质D.催化剂的加入6 . NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，它们能缓慢起反应生成 氮气和二氧化碳。对此化学反应，下列说法正确的是()A.使用催化剂不改

18、变反应速率B.降低压强能增大反应速率C.升高温度能加快反应速率D.改变压强对反应速率无影响7 .下列条件一定能使化学反应速率增大的是()增加反应物的物质的量升高温度缩小反应容器的体积加入生成物加入 MnOA.全部B.C. D.8 .设C+ CQ2CO-Q(吸热反应)反应速率为1, N2 + 3H2=2NIH+ Q(放热反应)反应速率为2,对于上述反应，当温度升高时，1和2的变化情况为A.同时增大B.同时减小 C. 1增大2减小 D. 1减小2增大9 .(只作了解)在闪电时空气中的M和O2会发生反应：N (g) +O2(g)2NO2 (g),已知该反应的 H =180.50 kJ mol1, S

19、 = 247.7 J - mol1 -叱1 ,若不考虑温度对该反应始变的影响，则下列说法中正确的是()A.在1000c时，此反应能自发进行B.在1000c时，此反应不能自发进行C.该反应能自发进行的最低温度约为729 CD.该反应能自发进行的最高温度约为729K10.(只作了解)已知 H2(g)+ 1Q(g) = HO(g) ; H= -241.6kJ mol-1,2如果正反应的活化能为167.2kJ mol-1,逆反应的活化能是()A . 124.4 kJ mol-1 B . 408.8 kJ mol-1 C . 74.7 kJ mol-11D. 250.8 kJ mol111 .在2L密闭

20、容器内，某气体反应物在 2s内由8mol变为6.8mol , 则该反应的平均反应速率为()A.0.4mol /(L -s) B.0.3mol /(L s) C.0.2mol / (Ls)D.0.1mol / ( L s)12 .在密闭容器里，A与B反应生成C,其反应速率分别用Va、Vb、Vc表示，已知2VB=3va、3vc=2vb,则此反应可表示为()A.2A+3B=2CB.A+3B=2C C.3A+B=2C D.A+B=C13 .对某一可逆反应来说，使用催化剂的作用是().A.提高反应物的平衡转化率B .以同样程度改变正逆反应的速度C.增大正反应速度，减小逆反应速度D .改变平衡混合物的组成

21、14 .二氧化氮存在下列平衡：2NO(g)N2Q(g) AHI 0其中一定能使反应的正反应增加反应物C的用量 减少体系中CO的量。=2C(g) + Q 的平衡体系，V正增大的倍数大于V逆增大的V正减小的倍数大于 V逆减小的C.使用催化剂，V正、V逆都改变，变化的倍数相同D.升高温度，V正、V逆都增大，V正增大的倍数小于 V逆增大的 倍数。28.已知反应 A (g) +2B2 (g) =2AR (g)的4 Hv (CHCOOH)B.开始时产生氢气的速率v (H2SO)v (CHCOOH)C.经过t min 时，产生氢气的速率v (H2SO)v (CH3COOH)D.最终产生氢气的量n (H2SO

22、)n (CH3COOH)38 .右图曲线a表示放热反应 X(g) + Y(g)三Z(g) + M(g) +N(s)进行过程中X的转化率随 变化的关系。若要改变起始条 反应过程按b曲线进行，所采 措施能达预期效果的是( )A.升高温度B.加大X的投入量C.加催化剂D.增大体积三、非选择题填空39 .在密闭容器里，通入 x mol H 2( g )和y mol I 2( g ),发生反 应H2(g)+I 2(g)= 2HI(g) AH(1改变下列条件，反应速率将如何改变？(填“增大” “减小”或“不变”)(1)升高温度;(2)加入催化剂(3)充入更多的H;(4)扩大容器的体积 (5)容器容积不变，

23、通入覆气 。40 .在下列事实中，是什么因素影响了反应速率：(1)集气瓶中 H和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时发生爆炸。(2)黄铁矿燃烧时要粉碎成矿粒。 (3) KI晶体和HgCl2晶体混合无明显现象，若一起投入水中，则很快生成红色的 Hgl2。(4)熔化的氯酸钾放出气泡很慢，撒入少量MnO,很快产生气体。(5)同浓度同体积的盐酸，放入同样大小的锌粒和镁条，产生气体有快有慢。(6)同样大小的石灰石分别在0.1mol/L的盐酸和1mol/L的盐酸中反应速率不同。(7)夏天的食品易霉变，而冬天不易发生该现41 .某反应在催化剂的作用下按以下两步进行：第一步：X+Y=Z第二步：Y+Z=M+N+X

24、, 此反应的总方程式是;反应的催化剂为 。42 .（只作了解）（1） A、B、C D四个反应的正、逆反应的活化能数据如下表所示:反应E 正（kJ/mol ）E逆（kJ/mol ）A7010B1635C4045D2080正反应是吸热反应：；正反应是放热最少的反应:；逆反应速率最小的反应:；最容易达到平衡的反 应:。（2）表中数据为反应 A B的活化能，在表中空栏内填入 适当的数值。反应没有催化剂有催化剂反应没有催化剂有催化剂正反应40kJ/mol30kJ/mol逆反应44kJ/mol43 .称取四份0.50g卒（相对原子质量65）,按下列要求分别盛于四 支试管里，塞上带导管的塞子，每隔一定时间分

25、别测定生成的 氢气的体积。 0.50gZn + 5mL 3mol/L H 2SQ 0.50gZn + 5mL 3mol/ L H2SO + 0.1gCu 片0.50gZn + 5mL 3mol/L H 2SO+ 0.1gCu 粉0.50gZn + 5mL 3mol/L H 2SO+ 0.39g 胆矶（相当于 0.1gCu）（1）生成氢气的速率由快到慢的顺序为 生 成 氢 气O44.在28c时，鲜牛奶约4 h变酸，但在5c的冰箱内，鲜牛奶要48 h后才变酸。试分析其原因 45.工业上制取Na&Q,用NaSO和硫粉在水溶液中加热反应而得至U。但在混合前，一般先用少许乙醇浸润，其原因是46、在碘化钾

26、和硫酸的混合液中加入过氧化氢水溶液，迅速发生反应放出大量气体，反应过程可表示如下：H 2O2 + 2KI + H 2SO = I 2 + K 2SO + 2H 2。；H2Q + I 2 = 2HIO ;H2Q + 2HIO = I 2 +。2 + 2 H 2。；(1) H2Q在反应中的作用是：A 、氧化剂B、还原剂C 、既是氧化剂又是还原剂D 、既不是氧化剂又不是还原剂(2)有人认为上述反应说明了碘单质是过氧化氢分解的催化剂， 你认为(填“对”或“不对”工具理由是O 实验47.某化学反应2AB+ D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为见反应物A的浓度(mol/L )随反应时间(min)的变化

27、情 况如下表：根据上述数据，完成下列填空：(1)在实验 1,反应在 10至20分钟时间内平均速率为 mol/(L min)。(2)在实验2, A的初始浓度C2=mol/L ,反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件(3)设实验3的反应速率为 V 实验1的反应速率为 V,则V3V1 (填、=、 =,且 C3 1.0mol/L (填、=、(4)比较实验4和实验1,可推测该反应是 反应(选填 吸 热、 放 热)。 理 由是48.下表为烯类化合物与澳发生加成反应的相对速率以乙烯为标烯类化合物相对速率CH3 2C = CHCH310.4CH3CH = CH22.03CH2=CH21.00CH

28、2= CHBr0.04准 。的时间(s)A2薄片5400B2薄片15200C2薄片25100D2薄片30t1E2薄片3550F2颗粒15t2G2粉末15t3则下列说法正确的是。t尸75st 3 200 ct 2单位时间内消耗锌的质 量 mB 、(2)=44. 温度升高，反应速率加快。所以 28 C,鲜奶变质快45. 硫不溶于水，很难与NaSQ溶液接触而反应，当用乙醇浸润后， 因乙醇易溶于水，增加了硫粉与水的接触面积，从而提高了反 应速率。增加了 NaSQ的日产量。46. (1) B(2)对由可知碘单质在反应前后质量保持不变说明这一i占八、47. (1) 0.013(2) 1.0 催化剂(3) (4)由吸热温度升高时，平衡向右移动48. 1C = C上甲基 烷基 取代，有利于加成反应甲基烷基越多，速率越大C = C上澳 卤素 取代，不利于加成反应2 D49. (1) 2KC1C3 + 6NaHSQ = Na 2SO +2KC1 + 3H 2SQ H +增大， 速率加快(2)随反应的进行反应物的浓度减小，同时生成的H+与反应物中HSC的反应，也导致HSC浓度减小，速率减慢。50. 51. . (1) 2NC2 = N 2。 =2) 0.0700.00153) 0.2