定稿化学反应原理课件

化学反应原理本课件将深入探讨化学反应的本质，从微观角度阐述化学反应发生的机理，并探讨影响化学反应速率和平衡的因素，帮助您更好地理解化学反应的奥秘什么是化学反应化学反应是指物质发生化学变化的过化学反应的核心是原子之间的重新排程，伴随着物质的组成和结构发生改列，形成新的物质变化学反应通常伴随着能量变化，例如放热或吸热反应化学反应的定义化学反应的定义主要特征化学反应是指物质发生化学变化的过程，在此过程中，物质的原子重新化学反应通常伴随着以下特征排列，形成新的物质生成新的物质•化学键的断裂和形成•能量的变化（释放或吸收热量）•化学反应的本质原子重排能量变化12化学反应的本质是原子重排，化学反应伴随着能量的变化，即反应物分子中的原子键断裂，有些反应会释放能量（放热反原子重新组合形成新的分子应），有些反应则需要吸收能量才能进行（吸热反应）物质转化3化学反应会导致物质的转化，反应物转化为生成物，生成物的性质与反应物不同化学反应的条件温度浓度温度是影响化学反应速率的重要因素反应物的浓度越高，反应速率越快大多数化学反应在高温下反应速率更因为浓度越高，反应物分子之间的碰快，因为温度越高，反应物分子越活撞频率越高，从而加快反应速率跃，碰撞频率越高，碰撞的能量也越高，导致更多分子发生有效碰撞，从而加快反应速率催化剂表面积催化剂可以改变反应速率，但不改变对于异相反应，反应物接触面积越大，反应的平衡位置催化剂通过降低反反应速率越快因为接触面积越大，应的活化能来加快反应速率例如，反应物分子之间的碰撞频率越高，从在汽车排气系统中使用催化剂可以将而加快反应速率例如，木屑比木块有害气体转化为无害气体燃烧得更快，因为木屑的表面积更大反应式和反应物反应式反应物化学反应式是用来表示化学反应的符号式，它用化学式和化学计反应物是指参与化学反应的物质，它们在反应过程中发生化学变量数来表示反应物、生成物和反应条件例如，氢气和氧气反应化，生成新的物质在上面的例子中，氢气和氧气是反应物生成水的化学反应式为2H2+O2→2H2O反应产物新的物质性质不同化学反应中，反应物发生化学变化，生成新的物质，称为反应产物反应产物与反应物的性质通常不同，例如碳酸钙分解后生成氧化钙和二氧化碳，它们的性质与碳酸钙不同化学反应的类型化合反应分解反应两种或两种以上物质反应生成一一种物质分解成两种或两种以上种新物质的反应例如氢气和物质的反应例如水在通电条氧气反应生成水件下分解成氢气和氧气置换反应复分解反应一种单质与一种化合物反应生成两种化合物相互交换成分生成两另一种单质和另一种化合物的反种新的化合物的反应例如盐应例如锌与稀硫酸反应生成酸与氢氧化钠反应生成氯化钠和硫酸锌和氢气水物质变化的表征物质发生化学反应时，往往伴随着一些明显的变化，这些变化可以作为判断化学反应是否发生的依据常见的物质变化表征包括物质状态的变化例如，固体变成液体，液体变成气体，气体•变成固体等温度的变化例如，放热反应会使温度升高，吸热反应会使温•度降低颜色的变化例如，许多化学反应会使反应物或生成物的颜色•发生变化气体的产生例如，一些化学反应会产生气体，如二氧化碳、•氢气等沉淀的生成例如，一些化学反应会生成难溶的固体物质，形•成沉淀物质状态的变化物质状态的变化是化学反应中常见的现象之一，可以帮助我们判断化学反应是否发生常见的物质状态变化有固体变为液体例如冰融化成水•液体变为气体例如水沸腾成水蒸气•气体变为液体例如水蒸气凝结成水•液体变为固体例如水结冰•在化学反应中，物质状态的变化通常伴随着能量的变化，例如放热反应会使温度升高，吸热反应会使温度降低温度变化的观察温度变化是化学反应发生时最常见的现象之一化学反应通常伴随着能量的变化，例如放热反应会释放热量，导致体系温度升高；吸热反应则需要吸收热量，导致体系温度降低例如，酸碱中和反应通常放热，而冰块融化则需要吸收热量颜色变化的观察许多化学反应会伴随着明显的颜色变化例如，当氢氧化钠溶液滴加到硫酸铜溶液中时，溶液会从蓝色变为蓝色沉淀，这是因为生成了氢氧化铜沉淀，而氢氧化铜是蓝色固体颜色变化是观察化学反应的重要标志之一通过观察颜色变化，我们可以判断反应是否发生以及反应的程度气体产生的观察化学反应中，如果生成的气体不能溶解于反应溶液，就会从溶液中逸出，形成气泡这是一种常见的化学反应现象，例如金属与酸反应，生成氢气•碳酸盐与酸反应，生成二氧化碳•过氧化氢分解，生成氧气•通过观察气泡的产生，可以判断反应是否发生，并可以根据气体的性质进行进一步的分析沉淀生成的观察白色沉淀黄色沉淀红色沉淀例如，当氯化钡溶液与硫酸钠溶液混合时，例如，当碘化钾溶液与铅离子溶液混合时，例如，当硫氰酸钾溶液与铁离子溶液混合时，会生成不溶于水的硫酸钡沉淀，呈现白色浑会生成不溶于水的碘化铅沉淀，呈现黄色浑会生成不溶于水的硫氰酸铁沉淀，呈现红色浊浊浑浊化学反应的表述化学反应方程式是化学反应的简洁表示，它化学反应方程式要遵循质量守恒定律，即反化学反应方程式中用箭头表示反应的方向，用化学式和化学计量数来描述反应物和生成应前后各元素的原子个数必须相等，因此需箭头指向生成物，箭头上的符号表示反应条物的种类和数量要配平件化学反应的物质平衡物质守恒化学计量数平衡常数123在化学反应过程中，物质的总质量保化学计量数是指化学方程式中各物质平衡常数是指在一定温度下，可逆反持不变，即参加反应的各物质的质量的系数，它表示参加反应的各物质的应达到平衡状态时，反应物和生成物总和等于反应后生成的各物质的质量分子或原子个数比化学计量数的确浓度之比的常数它反映了反应进行总和这是因为原子在化学反应中不定可以根据质量守恒定律和实验结果的程度，平衡常数越大，反应进行得会消失或产生，只是重新组合越完全质量守恒定律质量守恒定律是化学反应中最重要的定律之一它指出在一个封闭的系统中，化学反应前后物质的总质量保持不变这个定律表明在化学反应中，原子既不会消失也不会凭空产生，它们只是重新组合成不同的物质因此，反应前后原子种类和数量保持不变，从而保证了物质总质量不变化学反应的离子平衡电离平衡影响电离平衡的因素在一定条件下，弱电解质在水溶液中，电离和生成弱电解质的反温度、浓度、溶液的酸碱性等因素都会影响电离平衡的移动温应同时进行，达到动态平衡状态，称为电离平衡度升高，弱电解质电离程度增大；浓度降低，弱电解质电离程度增大；加入酸或碱会使弱电解质的电离平衡发生移动，具体方向电离平衡常数（）表示弱电解质电离程度的定量指标值越大，K K取决于弱电解质的性质弱电解质电离程度越大电离与电离平衡电离电离平衡电离是指在溶液中，某些物质的电离平衡是指在一定条件下，溶分子或离子发生解离的过程，生液中电离过程和反电离过程的速成带电的离子率相等，溶液中离子浓度保持不变的状态强电解质与弱电解质强电解质弱电解质强电解质是指在溶液中完全电离的物质它们通常由离子化合物弱电解质是指在溶液中部分电离的物质它们通常由共价化合物构成，例如强酸（如盐酸）、强碱（如氢氧化钠）以及大多数可构成，例如弱酸（如醋酸）、弱碱（如氨水）以及一些难溶性盐溶性盐酸碱中和反应酸碱酸是指在水中能够电离出氢离子的化碱是指在水中能够电离出氢氧根离子合物，具有酸性的化合物，具有碱性中和酸和碱反应生成盐和水的反应称为中和反应氧化还原反应定义氧化与还原氧化还原反应是指物质中元素的氧化是指物质失去电子的过程，氧化数发生变化的化学反应氧其氧化数升高；还原是指物质得化数是指元素在化合物中所表现到电子的过程，其氧化数降低出来的正负电性，通常用一个数字表示氧化剂与还原剂氧化剂是指在反应中得到电子，本身被还原的物质；还原剂是指在反应中失去电子，本身被氧化的物质化学反应的动力学反应速率反应速率是指化学反应进行的快慢程度，通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示反应速率的测量方法包括比色法、滴定法等活化能活化能是指反应物分子从初始状态转变为活化状态所需的最低能量活化能越高，反应越难进行，反应速率越慢催化剂可以降低活化能，从而加快反应速率反应级数反应级数是指反应速率与反应物浓度之间的关系，用幂指数表示反应级数可以是整数、分数或零，可以通过实验测定例如，一个一级反应的速率与反应物浓度的一次方成正比反应速率定义单位时间内反应物浓度或生成物浓度的变化量符号v表达式v=Δc/Δt单位mol/L·s反应活化能反应活化能是指化学反应发生时，反应物分子从初态转变为活化状态所需要的最低能量10011过渡态反应速率催化剂反应物分子在活化能的帮助下克服能垒，形活化能越低，越容易越过能垒，反应速率越催化剂能降低活化能，加速反应速率成高能量的过渡态快反应级数反应级数是指化学反应速率对反应物浓度的依赖关系它描述了每个反应物浓度变化对反应速率的影响程度例如，一个一级反应的速率与反应物浓度成正比，而一个二级反应的速率与反应物浓度的平方成正比反应级数的确定实验法1通过改变反应物浓度，观察反应速率的变化，从而确定反应级数例如，将反应物浓度增加一倍，如果反应速率也增加一倍，则该反应为一级反应积分法2根据反应速率方程，通过对实验数据进行积分，可以得到反应级数这种方法需要对反应速率方程进行积分，然后将积分后的方程与实验数据进行拟合半衰期法3对于一级反应，反应物浓度减半所需的时间称为半衰期，它是一个常数通过测量不同浓度下的半衰期，可以确定反应级数影响反应速率的因素温度浓度温度升高，反应速率加快因为反应物浓度越大，反应速率越快温度升高，分子平均动能增大，因为浓度越大，单位体积内反应有效碰撞次数增加，反应速率加物分子数目越多，有效碰撞次数快增加，反应速率加快表面积催化剂固体反应物表面积越大，反应速催化剂可以改变反应速率，但本率越快因为表面积越大，反应身不参与反应催化剂可以降低物接触面积越大，有效碰撞次数反应的活化能，加快反应速率，增加，反应速率加快或者可以提高反应速率温度对反应速率的影响温度升高温度降低温度升高会加速化学反应的速率因为更高的温度会提供更多的能温度降低会减缓化学反应的速率因为反应物分子获得的能量减少，量给反应物分子，使它们更容易克服活化能，从而提高反应速率它们克服活化能的能力也降低，导致反应速率减慢例如，在冰箱例如，冰块在室温下融化得比在冰箱里融化得快，因为室温更高，里储存食物可以减缓食物腐败的速率，因为低温降低了细菌分解食提供了更多的能量使水分子克服其固态结构物的反应速率浓度对反应速率的影响浓度与反应速率气相反应一般来说，反应物浓度越高，反在气相反应中，浓度通常用分压应速率越快这是因为，浓度越表示，分压越高，反应速率越快高，反应物分子之间的碰撞次数越多，有效碰撞的几率也越高，从而导致反应速率加快液相反应影响因素在液相反应中，浓度通常用摩尔需要注意的是，浓度对反应速率浓度表示，摩尔浓度越高，反应的影响并非总是线性关系，还受速率越快反应类型、温度等因素的影响表面积对反应速率的影响增加表面积减少表面积当反应物以粉末或细颗粒的形式存在相反，当反应物以块状或大颗粒的形时，其表面积更大，与反应物的接触式存在时，其表面积较小，与反应物面积也更大这意味着更多分子能够的接触面积也较小这会导致反应速接触到反应物，从而提高反应速率率下降催化剂的作用降低活化能提高反应速率改变反应的方向催化剂通过提供新的反应路径，降低了反催化剂可以显著提高反应速率，使反应在催化剂可以改变反应的方向，使反应生成应所需的活化能，从而加速了反应速率更短的时间内完成例如，在工业生产中，不同的产物例如，在汽车尾气排放系统这就像在山间修建一条隧道，使车辆可以使用催化剂可以提高生产效率，降低生产中，使用催化剂可以将有害的废气转化为通过更短的路线到达目的地成本无害的气体化学反应的热力学焓变1反应过程中热量的变化吉布斯自由能2反应自发性的判断标准平衡常数3反应达到平衡时的状态焓变化和吉布斯自由能焓变吉布斯自由能焓变是指化学反应过程中热量的变化，它反映了反应体系能吉布斯自由能是一个热力学函数，它反映了反应的自发性ΔHΔG量的变化焓变为负值时，反应释放热量，称为放热反应；焓变为吉布斯自由能变化等于焓变减去温度乘以熵变，ΔG=ΔH-TΔS正值时，反应吸收热量，称为吸热反应为负值时，反应自发进行；为正值时，反应非自发进行ΔGΔG自发反应与非自发反应自发反应非自发反应自发反应是指在一定条件下，不需要外界能量输入就可以自发进非自发反应是指在一定条件下，需要外界能量输入才能进行的反行的反应例如，金属钠与水反应生成氢气和氢氧化钠，这个反应例如，水的电解反应需要通电才能进行，这个反应在常温常应在常温常压下就可以自发进行压下不会自发进行平衡常数与吉布斯自由能平衡常数吉布斯自由能12平衡常数是一个无量纲常数，吉布斯自由能变化，表示反KΔG表示可逆反应在平衡状态下，应在恒温恒压下进行时，体系生成物浓度之积与反应物浓度最大可做非膨胀功的数值ΔG之积的比值，其中为焓变，=ΔH-TΔSΔH为熵变，为绝对温度ΔS T联系3吉布斯自由能变化与平衡常数之间存在关系，其中为理ΔG=-RTlnK R想气体常数，为绝对温度T平衡状态的特点可逆性动态性在平衡状态下，正向反应和逆向平衡状态并非静止状态，而是正反应同时进行，且速率相等，达逆反应速率相等，反应物和生成到动态平衡，而不是静止的平衡物不断转化，但浓度保持不变封闭性平衡状态是在封闭体系中实现的，即系统与外界没有物质交换，能量可以交换影响平衡的因素温度压强温度变化会改变反应的正逆反应速率升压强变化对气体反应的平衡有影响增加高温度有利于吸热反应，降低温度有利于压强有利于气体分子数减少的反应，降低放热反应，从而使平衡向有利于吸热或放压强有利于气体分子数增加的反应，从而热反应的方向移动使平衡向气体分子数减少或增加的方向移动浓度改变反应物或生成物的浓度会使平衡移动增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动；增加生成物浓度，平衡向逆反应方向移动平衡移位原理浓度变化1增加反应物浓度，平衡向产物方向移动；增加产物浓度，平衡向反应物方向移动温度变化2升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动压强变化3增大压强，平衡向气体分子数减少的方向移动；减小压强，平衡向气体分子数增加的方向移动平衡移位原理是指当外界条件发生变化时，可逆反应的平衡状态会发生移动，以减弱外界条件变化的影响，最终达到新的平衡状态平衡移位的应用合成氨合成硫酸碳酸钙分解合成氨反应是一个可逆反应，通过控制反应合成硫酸过程涉及多个可逆反应，通过控制碳酸钙分解是一个可逆反应，通过控制温度，条件，可以提高氨的产量例如，通过提高反应条件，例如温度、压力和催化剂，可以可以控制分解反应的方向例如，在高温下，氮气和氢气的浓度，或降低温度，可以使平提高硫酸的产量，并降低生产成本碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，而在低温衡向生成氨的方向移动下，氧化钙和二氧化碳可以重新结合生成碳酸钙化学反应的应用日常生活工业生产从烹饪到清洁，化学反应无处不化学反应是许多工业过程的基础在例如，烹饪时，热量会引发例如，石油化工生产、合成药物、食物中的化学反应，改变其味道肥料和塑料等，都依赖于各种化和质地清洁剂中的化学物质可学反应来制造所需的物质以分解污垢和细菌，使我们的家园保持清洁环境保护化学反应可用于处理污染物，例如污水处理厂中的化学反应可以去除废水中的有害物质，保护水资源化学反应在生活中的例子化学反应无处不在，从我们每天的日常生活中，到我们周围的环境，再到更宏观的宇宙空间，化学反应都在发挥着重要的作用以下是一些常见的化学反应例子食物的消化当我们进食的时候，体内的消化系统会利用各种•酶来催化食物中的蛋白质、脂肪和碳水化合物分解为更小的分子，为身体提供能量燃烧燃烧是生活中常见的现象，例如燃烧煤炭、天然气、木•材等，都是利用了燃料与氧气发生氧化反应释放能量的过程铁生锈铁在潮湿的空气中与氧气和水反应，形成氧化铁，也•就是我们常说的铁锈铁锈会使铁制品失去光泽，甚至导致腐蚀，影响使用寿命化学反应在工业中的应用化学反应是工业生产的核心，广泛应用于各种领域，例如化工生产合成氨、合成塑料、制药等•冶金工业金属的冶炼和提纯•能源工业石油的炼制、煤气的生产•食品工业食品的加工和保鲜•通过控制化学反应条件，可以实现对产品的精确控制，提高生产效率，降低生产成本化学反应在环境保护中的应用化学反应在环境保护中起着至关重要的作用通过控制和利用化学反应，我们可以有效减少污染，改善环境质量例如，利用化学反应可以将废水中的重金属离子转化为沉淀物，去除污染物；利用催化氧化反应可以将工业废气中的有害气体转化为无害物质；利用生物降解技术可以将有机废物降解为无机物，减少垃圾堆积化学反应的应用不仅可以减少污染，还可以帮助我们开发新的清洁能源例如，利用光合作用，植物可以将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气利用电解水技术，可以将水分解为氢气和氧气，氢气可以作为清洁燃料总结回顾化学反应原理化学反应的平衡了解化学反应的定义、本质、类型、掌握质量守恒定律、电离平衡、酸碱条件和表述中和反应和氧化还原反应化学反应的动力学化学反应的热力学理解反应速率、活化能、反应级数和掌握焓变、吉布斯自由能、自发反应影响反应速率的因素和平衡常数等概念。