高中化学竞赛参考第七讲:速率与平衡(27张)浅析.ppt

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高中化学竞赛 【第七讲 速率与平衡】 【竞赛基本要求】 1、反应速率基本概念。 2、反应级数(一级反应积分式及有关计算:速率常数、半衰期、碳-14法推断年代等等)。 3、阿累尼乌斯方程及计算(活化能的概念与计算;速率常数的计算;温度对速率常数影响的计算等)。 4、活化能与反应热的关系。 5、反应机理一般概念。 6、平衡常数与温度的关系及利用平衡常数的计算。 7、克拉贝龙方程及其应用(不要求微积分)。 【知识点击】 一、化学反应速率 (一)反应速率及其表示方法 在化学反应中,某物质的浓度(物质的量浓度)随时间的变化率称反应速率。反应速率只能为正值,且并非矢量。 1、平均速率 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。 ? = △c/△t 当△c为反应物浓度的变化时,取负号;△c为生成物浓度的变化时,取正号。 2、瞬时速率 若将观察的时间间隔△t缩短,它的极限是△t→0,此时的速率即为某一时刻的真实速率—— 瞬时速率: * (二)反应速率理论简介 1、碰撞理论 化学反应的发生,总要以反应物之间的接触为前提,即反应物分子之间的碰撞是先决条件。 没有粒子间的碰撞,反应的进行则无从说起。看如下计算数据。 (1)有效碰撞 并非每一次碰撞都发生预期的反应,只有非常少的碰撞是有效的。首先,分子无限接近时,要克服斥力,这就要求分子具有足够的运动速度,即能量。具备足够的能量是有效碰撞的必要条件。其次,仅具有足够能量尚不充分,分子有构型,所以碰撞方向还会有所不同,如反应: NO2 + CO = NO + CO2 的碰撞方式有: (a) 种碰接有利于反应的进行,(b) 种碰撞方式都是无效的。 (2)活化能和活化分子组 将具备足够能量(碰撞后足以反应)的反应物分子组,称为活化分子组。分子组的能量要求越高,活化分子组的数量越少。这种能量要求称之为活化能,用 Ea 表示。Ea 在碰撞理论中,认为和温度无关。Ea 越大,活化分子组数则越少,有效碰撞分数越小,故反应速率越慢。 不同类型的反应,活化能差别很大。如反应: 2SO2 + O2 = 2SO3 Ea = 251 kJ·mol-1 N2 + H2 = 2NH3 Ea = 175.5 kJ·mol-1 而中和反应: HCl + NaOH = NaCl + H2O Ea ≈ 20 kJ·mol-1 分子不断碰撞,能量不断转移,因此,分子的能量不断变化,故活化分子组也不是固定不变的。但只要温度一定,活化分子组的百分数是固定的。 2、过渡状态理论 (1)活化络合物 当反应物分子接近到一定程度时,分子的键连关系将发生变化,形成一中间过渡状态,以NO2 + CO = NO + CO2 为例: N—O 部分断裂,C—O 部分形成,分子的能量主要表现为势能。 活化络合物能量高,不稳定。它既可以进一步发展,成为产物;也可以变成原来的反应物。于是,反应速率决定于活化络合物的浓度,活化络合物分解成产物的几率和分解成产物的速率。 过渡态理论,将反应中涉及到的物质的微观结构和反应速率结合起来,这是比碰撞理论先进的一面。然而,在该理论中,许多反应的活化络合物的结构尚无法从实验上加以确定,加上计算方法过于复杂,致使这一理论的应用受到限制。 (三)影响化学反应速率的因素 影响化学反应速率的因素很多,除主要取决于反应物的性质外,外界因素也对反应速率有重要作用,如浓度、温度、压力及催化剂等。 1、浓度对反应速率的影响 (1)基元反应和非基元反应 基元反应:能代表反应机理、由反应物微粒(分子、原子、离子或自由基)一步直接实现的化学反应,称为基元反应。 非基元反应:由反应物微粒经过两步或两步以上才能完成的化学反应,称为非基元反应。如反应:H2 + Cl2 = 2HCl 由几个基元步骤构成,它代表了该链反应的机理: Cl2 + M → 2Cl· + M Cl· + H2 → HCl + H· H· + Cl2 → HCl + Cl· 2Cl· + M → Cl2 + M 式中M表示只参加反应物微粒碰撞而不参加反应的其他分子,如器壁,它只起转移能量的作用。 (2)反应分子数 在基元步骤中,发生反应所需的最少分子数目称为反应分子数。根据反应分子数可将反应区分为单分子反应、双分子反应和三分子反应三种,如: 单分子反应 CH3COCH3 → CH4 + CO + H2 双分子反应 CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O 三分子反应

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