化学反应与平衡课件

化学反应与平衡化学反应与平衡是化学科学的核心概念，贯穿于物质变化的全过程本课件旨在系统地介绍化学反应的基本原理、反应速率的影响因素、化学平衡的建立与移动、以及溶解度平衡和氧化还原反应等重要内容通过学习，使学生能够深入理解化学反应的本质，掌握化学平衡的规律，并能运用相关知识解决实际问题什么是化学反应定义特征本质化学反应是指物质发生化学变化的过程，化学反应通常伴随着能量的变化，以热、化学反应的本质是原子核外电子的重新排涉及原子或分子的重新排列组合反应过光、电等形式表现出来同时，反应前后布，原子核本身并不发生变化电子的转程中，旧的化学键断裂，新的化学键形成，物质的组成、结构和性质会发生改变，产移或共享导致化学键的断裂和形成，从而从而生成新的物质生新的物质实现物质的转化化学反应的特点物质变化能量变化12化学反应必然伴随物质的变化，化学反应通常伴随能量的变化，生成新的物质，原有物质消失可能是放热反应，也可能是吸这种变化是分子或离子层面的热反应能量的变化以热量、变化光能、电能等形式体现条件要求3某些化学反应需要特定的条件才能发生，如加热、光照、催化剂等这些条件能够提供反应所需的能量或改变反应的途径化学反应的分类化合反应分解反应置换反应复分解反应由两种或两种以上的物质生成一由一种物质生成两种或两种以上一种单质与一种化合物反应，生两种化合物互相交换成分，生成种物质的反应，如氢气和氧气反物质的反应，如碳酸钙高温分解成另一种单质和另一种化合物的另外两种化合物的反应，如氯化应生成水生成氧化钙和二氧化碳反应，如锌与硫酸反应生成硫酸钠与硝酸银反应生成氯化银沉淀锌和氢气和硝酸钠化学反应的化学方程式定义书写原则配平方法化学方程式是用化学式表示化学反应的式书写化学方程式需遵守质量守恒定律，即配平化学方程式常用最小公倍数法、奇偶子，能够简洁明了地表示反应物、生成物反应前后原子种类和数目不变同时，要数法、观察法等配平的目的是使反应前和反应条件正确书写化学式，注明反应条件和状态后原子数目相等，体现质量守恒定律反应的物质量关系概念化学方程式表示了反应中各物质的物质量之间的关系利用化学方程式可以进行反应物和生成物的定量计算计算依据反应物和生成物的物质量之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比这是进行化学计算的重要依据应用通过已知物质的质量或物质的量，可以计算出其他物质的质量或物质的量常用于确定反应物的用量和生成物的产量化学反应的速率定义表示方法化学反应速率是描述化学反应进行常用单位为mol/L·s或快慢的物理量，通常用单位时间内mol/L·min同一反应中，用不反应物浓度的变化来表示同物质表示的反应速率数值可能不同，但表示的意义相同测量方法可以通过测量反应物或生成物浓度随时间的变化来确定反应速率常用的测量方法有滴定法、光谱法、电导法等影响反应速率的因素温度浓度升高温度通常会加快反应速率，降低温度1增加反应物浓度通常会加快反应速率，减则减慢反应速率少浓度则减慢反应速率2催化剂表面积4催化剂能够改变反应速率，通常是加快反对于固体反应物，增大表面积通常会加快3应速率，而自身在反应前后质量和化学性反应速率质不变碰撞理论有效碰撞活化分子碰撞频率反应物分子之间的碰撞并非都能引起化学具有较高能量，能够发生有效碰撞的分子单位时间内反应物分子之间的碰撞次数称反应，只有那些具有足够能量且取向正确称为活化分子活化分子占总分子数的比为碰撞频率碰撞频率越高，反应速率越的碰撞才能发生反应，称为有效碰撞例决定了反应速率的快慢快，但有效碰撞只占很小一部分活化能反应物1过渡态2活化能3活化能是活化分子高于反应物分子平均能量的能量差活化能越低，反应越容易发生，反应速率越快活化能是反应物分子转化为活化分子所需的最低能量催化剂的作用在于降低反应的活化能，从而加快反应速率温度对反应速率的影响Temperature RateConstant温度升高，分子的平均动能增大，活化分子百分数增加，有效碰撞次数增多，从而加快反应速率对于多数反应，温度每升高10℃，反应速率增大2～4倍催化剂的作用降低活化能改变反应途径加速反应催化剂通过改变反应途催化剂提供了一个新的催化剂能够显著提高反径，降低反应的活化能，反应途径，这个途径具应速率，使反应在较短使更多的分子成为活化有更低的活化能，从而时间内达到平衡，提高分子，从而加快反应速提高了反应速率生产效率率化学平衡的概念定义在一定条件下，当一个可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时，反应体系中各物质的浓度保持不变的状态，称为化学平衡状态特征化学平衡是一种动态平衡，正反应和逆反应仍在进行，只是速率相等平衡状态下，各物质的浓度保持不变，但不一定相等判断标志反应体系中各物质的浓度、压强、百分含量等不再随时间变化，是判断化学平衡状态的重要标志正反应和逆反应正反应逆反应可逆反应反应物向生成物转化的反应称为正反应生成物向反应物转化的反应称为逆反应在相同条件下，既能向正方向进行，又能正反应速率随反应物浓度降低而减小逆反应速率随生成物浓度升高而增大向逆方向进行的反应称为可逆反应大多数化学反应都是可逆反应平衡常数的表达定义1表达式2在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，称为平衡常数K意义3平衡常数越大，表明反应进行的程度越大，生成物越多平衡常数受温度影响，与浓度、压强等因素无关平衡常数是衡量反应进行程度的重要标志通过平衡常数可以判断反应进行的限度，预测反应方向根据平衡常数预测反应方向QcK QcK当浓度商Qc小于平衡常数K时，当浓度商Qc大于平衡常数K时，反应向正方向进行，生成物浓度增反应向逆方向进行，生成物浓度减大，反应物浓度减小小，反应物浓度增大Qc=K当浓度商Qc等于平衡常数K时，反应处于平衡状态，各物质的浓度保持不变影响化学平衡的因素压强增大压强，平衡向气体体积减小的方向移2动；减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动温度1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浓度增加反应物浓度，平衡向正方向移动；增3加生成物浓度，平衡向逆方向移动温度对平衡的影响降温升温对于放热反应，降低温度，平衡向正方向移动，生成物增多对于吸热反应，升高温度，平衡向正方向移动，生成物增多温度的变化会引起平衡常数的变化，从而影响平衡的移动温度对平衡的影响取决于反应的焓变压力对平衡的影响高压低压对于有气体参与的反应，增大压强，减小压强，平衡向气体分子数增加的平衡向气体分子数减少的方向移动方向移动对于气体分子数不变的反应，压强变化不影响平衡压强的变化会影响反应体系中各物质的浓度，从而导致平衡移动只有气体参与的反应，压强变化才会对平衡产生影响浓度对平衡的影响增加反应物浓度增加生成物浓度减少浓度增加反应物浓度，平衡向正方向移动，生增加生成物浓度，平衡向逆方向移动，反减少反应物或生成物浓度，平衡向能够补成物增多，反应物消耗应物增多，生成物消耗充该物质的方向移动向前反应促进平衡移动增加反应物降低活化能增加反应物浓度或减小生成物浓度，有利于正反应的进行，使平使用催化剂可以降低反应的活化能，加快反应速率，有利于平衡衡向正方向移动向正方向移动向后反应促进平衡移动增加生成物增加生成物浓度或减小反应物浓度，有利于逆反应的进行，使平衡向逆方向移动改变条件通过改变温度、压强等条件，使平衡向逆反应方向移动，有利于反应物的生成勒夏特列原理原理内容应用注意点如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、勒夏特列原理可以用来预测平衡移动的方勒夏特列原理适用于所有动态平衡体系，压强或温度），平衡就向着减弱这种改变向，指导生产过程，提高反应物的转化率包括化学平衡、溶解度平衡等但需要注的方向移动和生成物的产率意，催化剂不影响平衡移动应用勒夏特列原理调节平衡实验研究在实验研究中，利用勒夏特列原理可以优2化反应条件，获得更好的实验结果，验证工业生产反应机理在工业生产中，通过控制反应条件，如1温度、压强、浓度等，使平衡向着有利于目标产物生成方向移动，提高产量和环境保护效率在环境保护中，通过控制污染物的排放，利用勒夏特列原理可以减少污染物的产生，3保护环境溶解度平衡概念特征表达式在一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中，溶解度平衡是一种动态平衡，固体溶解和溶解度平衡可以用离子方程式表示，如固体溶解的速率和离子沉淀的速率相等，离子沉淀仍在进行，只是速率相等平衡AgCls⇌Ag+aq+Cl-aq平衡状达到一种动态平衡，称为溶解度平衡状态下，溶液中各离子的浓度保持不变态下，溶液中各离子的浓度满足一定的关系离子积和溶解度常数离子积1表达式2在一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中，各离子浓度幂之积是一个常数，称为溶解度积Ksp应用3溶解度积可以用来判断沉淀的生成、溶解和转化Ksp越大，溶解度越大；Ksp越小，溶解度越小离子积是衡量溶液中离子浓度是否达到饱和的重要指标通过比较离子积和溶解度积，可以预测沉淀的生成根据溶解度常数预测沉淀生成QKsp QKsp当离子浓度积Q大于溶解度积Ksp当离子浓度积Q小于溶解度积Ksp时，溶液过饱和，有沉淀生成，直时，溶液未饱和，没有沉淀生成，到Q=Ksp时，达到新的平衡可以继续溶解固体Q=Ksp当离子浓度积Q等于溶解度积Ksp时，溶液达到饱和状态，固体溶解和离子沉淀速率相等，处于平衡状态影响溶解度的因素值pH2对于含有酸根或碱根的难溶电解质，pH值的变化会影响其溶解度温度1多数固体物质的溶解度随温度升高而增大，少数物质的溶解度随温度升高而减小盐效应加入与难溶电解质含有相同离子的可溶性3盐，会降低其溶解度，称为盐效应离子浓度的计算溶解度电离平衡缓冲溶液根据溶解度可以计算饱和溶液中各离子的对于弱电解质，需要考虑电离平衡，利用对于缓冲溶液，需要考虑缓冲对的浓度和浓度溶解度越大，离子浓度越高电离常数计算溶液中各离子的浓度缓冲能力，计算溶液中各离子的浓度值的测定pH试纸计pH pH利用pH试纸或pH指示剂可以粗略测定溶液的pH值pH试纸根据颜色利用pH计可以精确测定溶液的pH值pH计通过测量电极电势来确定溶变化判断pH范围液的pH值pH值是衡量溶液酸碱性的重要指标pH7为酸性，pH=7为中性，pH7为碱性缓冲溶液的作用稳定生物体系工业应用pH缓冲溶液能够抵抗外加少量酸或碱的影响，生物体系中存在多种缓冲溶液，如碳酸氢缓冲溶液广泛应用于化学分析、药物制剂、保持溶液pH值相对稳定缓冲能力取决于盐缓冲体系、磷酸缓冲体系等，维持体内食品工业等领域，用于控制反应条件和产缓冲对的浓度和比例pH值的稳定，保证生命活动的正常进行品质量酸碱滴定的应用原理利用已知浓度的酸或碱溶液滴定未知浓度的碱或酸溶液，通过反应的化学计量关系确定未知溶液的浓度过程滴定过程中，需要选择合适的指示剂，根据指示剂的颜色变化判断滴定终点滴定终点应尽可能接近化学计量点应用酸碱滴定广泛应用于化学分析、环境监测、药物分析等领域，用于测定溶液中酸或碱的含量氧化还原反应的概念氧化还原物质失去电子（或偏移）的过程称为氧化，化合价升高氧化剂得到电物质得到电子（或偏移）的过程称为还原，化合价降低还原剂失去电子，发生还原反应子，发生氧化反应氧化还原反应是电子转移的反应，氧化和还原同时发生，不可分割氧化还原反应的本质是电子的转移或偏移氧化还原半反应氧化半反应还原半反应配平表示氧化过程的反应式，只写出失去电子表示还原过程的反应式，只写出得到电子将氧化半反应和还原半反应合并成完整的的物质和产物例如Zn→Zn2++2e-的物质和产物例如Cu2++2e-→氧化还原反应时，需要保证电子得失守恒，Cu即氧化剂得到的电子数等于还原剂失去的电子数电势和自发性电池电动势电池电动势是电池正极和负极电极电势之2差电池电动势越大，电池对外做功的能力越强电极电势1电极电势是衡量电极氧化或还原能力大小的物理量标准电极电势是在标准条自发性件下测定的电极电势根据电极电势可以判断氧化还原反应的自发性电池电动势大于零，反应自发进行；电池电动势小于零，反应非自发进行3电池原理和方程Nernst电池原理方程Nernst电池是利用氧化还原反应将化学能转Nernst方程描述了电极电势与溶液中化为电能的装置电池由正极、负极、离子浓度的关系利用Nernst方程可电解质和外电路组成以计算非标准条件下的电极电势电解和电镀电解电镀电解是在外加直流电的作用下，使电解质发生氧化还原反应的过程电电镀是利用电解原理在金属表面镀上一层金属薄膜的过程电镀可以提解池由阴极、阳极和电解质组成高金属的耐腐蚀性和美观性电解和电镀是重要的电化学过程，广泛应用于工业生产和科学研究电解和电镀都需要外加电源才能进行电解的应用冶金工业化学工业环境保护电解法可用于制备高纯度的金属，如电解电解法可用于制备重要的化工产品，如电电解法可用于处理工业废水，去除废水中铝、电解铜等电解法是冶金工业的重要解水制氢气和氧气、电解食盐制氯气、氢的重金属离子和有机污染物电解法是环手段气和烧碱等电解法是化学工业的重要组境保护的重要技术成部分腐蚀的原因及防护化学腐蚀电化学腐蚀防护方法金属与干燥气体或非电解质溶液直接发金属与电解质溶液接触，形成原电池反常用的防护方法有涂油漆、镀金属、改生化学反应引起的腐蚀化学腐蚀速率应引起的腐蚀电化学腐蚀速率较快，变金属的组成等选择合适的防护方法较慢，腐蚀产物覆盖在金属表面，起到腐蚀破坏性较大可以有效减缓金属的腐蚀速率，延长金一定的保护作用属的使用寿命化学反应的应用领域概述能源领域1化学反应在能源领域发挥着重要作用，如燃料的燃烧、电池的放电等化学反应为人类提供了重要的能源材料领域2化学反应在材料领域发挥着重要作用，如新材料的合成、材料的改性等化学反应为人类提供了各种各样的材料医药领域3化学反应在医药领域发挥着重要作用，如药物的合成、药物的代谢等化学反应为人类提供了治疗疾病的手段环境领域4化学反应在环境领域发挥着重要作用，如污染物的治理、废弃物的处理等化学反应为人类提供了保护环境的方法总结与展望本课件系统地介绍了化学反应与平衡的基本概念、基本原理和应用通过学习，希望同学们能够深入理解化学反应的本质，掌握化学平衡的规律，并能运用相关知识解决实际问题未来，随着科学技术的不断发展，化学反应与平衡将在更多领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出更大贡献。