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无机化学无机化学第四版第四版 大连理工大学无机化学教研室编大连理工大学无机化学教研室编 面 向 2 1 世 纪 课 程 教 材第1页绪论绪论一、化学：在分子、原子或离子层次上研究物质组一、化学：在分子、原子或离子层次上研究物质组成、结构、性质、改变及其内在联络和外界改变条成、结构、性质、改变及其内在联络和外界改变条件科学。件科学。二、分类（传统）二、分类（传统）1 1、有机化学：研究有机物化学。、有机化学：研究有机物化学。有机物有机物含碳元素化合物（碳氧化物、碳酸盐含碳元素化合物（碳氧化物、碳酸盐及氰化物除外）及氰化物除外）2 2、无机化学、无机化学研究元素和有机物以外全部化合物研究元素和有机物以外全部化合物化学。化学。它以元素周期表和原子结构理论为基础，研究它以元素周期表和原子结构理论为基础，研究100100各种元素单质和无机化合物制备、结构、性质及改各种元素单质和无机化合物制备、结构、性质及改变规律。变规律。第2页分支学科：生物无机、无机合成、无机高分子化学、分支学科：生物无机、无机合成、无机高分子化学、稀土化学、配位化学等。稀土化学、配位化学等。3 3、分析化学：研究物质化学组分判定、测定方、分析化学：研究物质化学组分判定、测定方 法和相关原理。法和相关原理。分支学科：光谱、色谱、质谱及核磁共振分析。分支学科：光谱、色谱、质谱及核磁共振分析。4 4、物理化学：以物理学原理和方法研究物质及其反、物理化学：以物理学原理和方法研究物质及其反应，以寻求化学性质与物理性质本质联络普遍规律。应，以寻求化学性质与物理性质本质联络普遍规律。是化学理论部分。是化学理论部分。三、主要性及学习方法三、主要性及学习方法1 1、学习态度、方法。、学习态度、方法。2 2、听课效率、笔记、作业、试验。、听课效率、笔记、作业、试验。第3页主要参考书大连理工大学 无机化学 第三版武汉大学等 无机化学 第三版北京师范大学等 无机化学 第三版无机化学释疑与习题解析第4页 第一章第一章 气气 体体1-1 1-1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式气体基本物理特征：扩散性和可压缩性气体基本物理特征：扩散性和可压缩性主要表现主要表现1 1、气体没有固定体积和形状、气体没有固定体积和形状2 2、气体最易被压缩、气体最易被压缩3 3、不一样种气体能以任意百分比相互均匀混合、不一样种气体能以任意百分比相互均匀混合4 4、气体密度很小、气体密度很小第5页1-1-1 1-1-1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式描述气体状态四个物理量：描述气体状态四个物理量：V V、p p、T T、n n理想气体状态方程：理想气体状态方程：pV=nRTpV=nRT理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力。理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力。真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体。真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体。单位：单位：pPa,VmpPa,Vm3 3,T K,T K，n moln mol标准状态下，标准状态下，T=273.15K,p=101325Pa,T=273.15K,p=101325Pa,n=1 mol n=1 mol 气体标准摩尔体积气体标准摩尔体积 V=22.414x10 V=22.414x10-3-3 m m 3 3气体常数气体常数 R=8.314 Jmol R=8.314 Jmol-1-1 K K-1 -1 第6页1-1-2 理想气体状态方程式应用理想气体状态方程式应用1 1、计算、计算P P、V V、T T、n n 中任意物理量中任意物理量例例1-1 P21-1 P22 2、确定气体密度和摩尔质量、确定气体密度和摩尔质量例例1-2 P31-2 P3第7页1-2 1-2 气体混合物气体混合物1-2-1 1-2-1 混合气体分压定律混合气体分压定律混合气体总压等于混合气体中各组分气体分压之混合气体总压等于混合气体中各组分气体分压之和和数学表示式：数学表示式：p=p p=p1 1 +p+p2 2+p+p3 3+依据依据 p pB BV=nV=nB BRTRT n=n n=n1 1+n+n2 2+n+n3 3+推出：推出：p pB B/p=n/p=nB B/n /n 第8页令令 x xB B=n=nB B/n -/n -第第B B 组分气体摩尔分数组分气体摩尔分数则则 p pB B=n=nB B/n/n p p=x=xB B p p1-2-2 1-2-2 分压定律应用分压定律应用例例1-3 P41-3 P4例例1-4 P51-4 P5第9页 1-4 1-4 真实气体真实气体理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体真实气体应用理想气体状态方程计算，有些气体真实气体应用理想气体状态方程计算，有些气体产生偏差较小，如产生偏差较小，如H H2 2、O O2 2、N N2 2 等；有些气体产等；有些气体产生偏差较大，如生偏差较大，如COCO2 2、H H2 2O(g)O(g)等，而另一些气等，而另一些气体在高压下常出现偏差体在高压下常出现偏差产生偏差原因：产生偏差原因：1 1、气体分子体积影响、气体分子体积影响2 2、气体分子间相互作用影响、气体分子间相互作用影响第10页真实气体状态方程式真实气体状态方程式-van der Waals-van der Waals气气体状态方程：体状态方程：式中a、b分别是对气体压力和体积较正中相关常量，称van der Waalsvan der Waals常量。常量。每种气体每种气体a a、b b值不一样。值不一样。第11页第二章 热 化 学2-1 2-1 基本概念基本概念2-1-1 2-1-1 系统和环境系统和环境 系统：系统：敞开系统：敞开系统：封闭系统：封闭系统：(本章主要研究对象本章主要研究对象)隔离系统：隔离系统：(或孤立系统或孤立系统)环境：环境：2-1-2 2-1-2 状态与状态函数状态与状态函数1 1、状态：、状态：指系统物理性质和化学性质综合表现指系统物理性质和化学性质综合表现2 2、状态函数：、状态函数：确定系统热力学状态宏观性质物理量，确定系统热力学状态宏观性质物理量，如如p p、V V、T T、U U、n n 等等第12页3 3、状态函数特征：、状态函数特征：A A、状态函数随系统状态而发生改变。、状态函数随系统状态而发生改变。B B、状状态态函函数数改改变变值值仅仅取取决决于于系系统统一一直直态态，而与系统所经历路径无关。而与系统所经历路径无关。例例：T=308K298K=10KT=308K298K=10K只只与与系系统统初初终终态态温度温度T T相关，而与过程无关。相关，而与过程无关。注意：状态函数改变值并不是状态函数。注意：状态函数改变值并不是状态函数。第13页2-1-3 -1-3 过程过程 定温过程：定温过程：T T始始T T终终 定压过程：定压过程：p p始始p p终终 定容过程：定容过程：VV2-1-4 2-1-4 相相相相：系系统统中中物物理理和和化化学学性性质质完完全全相相同同而而与与其它部分有明确界面部分其它部分有明确界面部分均相系统或单相系统均相系统或单相系统非均相系统或多相系统非均相系统或多相系统第14页2-1-5 2-1-5 化学反应方程式和反应进度化学反应方程式和反应进度1 1、正确书写化学反应方程式、正确书写化学反应方程式（1 1）依据试验事实，正确写出反应物和产）依据试验事实，正确写出反应物和产物化学式物化学式（2 2）配平（包含原子种类和数量、离子电）配平（包含原子种类和数量、离子电荷）荷）（3 3）标明物质状态（）标明物质状态（g,l,s,aq g,l,s,aq）第15页2 2、反应进度、反应进度 P24 P24例：例：N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g)=2NH(g)=2NH3 3(g)(g)开始开始n nB B/mol 3.0 10.0 0 0/mol 3.0 10.0 0 0 t t时时n nB B/mol 2.0 7.0 2.0 /mol 2.0 7.0 2.0 =1.0mol第16页 =1.0mol=1.0mol时，表明按该化学反应方程进时，表明按该化学反应方程进行了行了1.0mol1.0mol反应，即表示反应，即表示1.0mol N1.0mol N2 2和和1.0mol3H1.0mol3H2 2反应并生成了反应并生成了1.0mol2NH1.0mol2NH3 3 从上面计算可看出，不论用反应物和从上面计算可看出，不论用反应物和产物中任何物种物质量改变量来计算反产物中任何物种物质量改变量来计算反应进度应进度 ，结果都相同。，结果都相同。第17页2-2 2-2 热力学第一定律热力学第一定律2-2-1-2-1 热和功热和功热热QQ温度不一样时能量交换温度不一样时能量交换(传递传递)功功WW除热以外其它形式传递能除热以外其它形式传递能功形式：包含体积功和非体积功。功形式：包含体积功和非体积功。对于体积功：对于体积功：第18页 当当p p始始=p=p终终 =p=p时，则：时，则：W=W=pV=pV=p(Vp(V2 2V V1 1)注注意意：热热与与功功与与过过程程相相关关，因因而而它它们们都都不不是状态函数。是状态函数。要求：要求：Q Q与与W W取值正、负有不一样要求：取值正、负有不一样要求：Q Q为正（为正（+）值，则系统吸热）值，则系统吸热 Q Q Q Q为负（）值，则系统放热为负（）值，则系统放热 W W为正（为正（+）值，则环境对系统作功）值，则环境对系统作功 W W W W为负（）值，则系统对环境作功为负（）值，则系统对环境作功第19页2-2-2 热力学能热力学能(或内能或内能)：指指热热力力学学系系统统内内部部能能量量总总和和。(用用符符号号U U表表示示)注意：注意：A A、U U属于状态函数，其单位为属于状态函数，其单位为KJ(KJ(或或J)J)。B B、系系统统内内能能(U)(U)绝绝对对值值无无法法确确定定，但但可可经经过试验确定其改变值过试验确定其改变值(U)(U)。第20页2-2-3 2-2-3 热力学第一定律热力学第一定律数学表示式数学表示式 由：则则 U U2 2U U1 1UU Q+W Q+W第21页2-2-4 2-2-4 焓变和热化学方程式焓变和热化学方程式1 1、焓（、焓（H H）和焓变（）和焓变（H H）定容反应热定容反应热Qv Qv ：v=0,W=0,U=Qvv=0,W=0,U=Qv定压反应热定压反应热Qp:P=0,W=-PV Qp:P=0,W=-PV U=Qp-PV U=Qp-PV Qp=U+Pv Qp=U+Pv =(U =(U2 2-U-U1 1)+P(V)+P(V2 2-V-V1 1）=(U =(U2 2+P+P2 2V V2 2)-(U)-(U1 1+P+P1 1V V1 1)=H =H2 2-H-H1 1 =H =H定义定义 H=U+PV H=U+PV第22页 焓意义：焓意义：、H H是一个复合状态函数；是一个复合状态函数；、H H用用来来描描述述系系统统热热含含量量热热力力学学函函数数，其其绝绝对值不能确定，但改变值对值不能确定，但改变值HH可经过试验确定。可经过试验确定。即：即：H=QH=Qp p、因因反反应应热热效效应应普普通通是是在在等等压压下下测测定定，所所以以惯用惯用HH表示反应热效应，称为反应焓变表示反应热效应，称为反应焓变要求要求：H0H0，反应吸热；，反应吸热；H0H0，反应放热，反应放热。单位单位JmolJmol1 1或或kJmolkJmol1 1第23页2 2、热化学方程式、热化学方程式（1 1）r rU Um m 和和 r rH Hm m r rU Um m 指反应摩尔热力学能变指反应摩尔热力学能变 r rH Hm m 指反应摩尔焓变指反应摩尔焓变 r rH Hm m 指反应标准摩尔焓变；指反应标准摩尔焓变；r r 代表代表“反应反应”；m m代表代表“1mol“1mol反应反应”；表示标准态。表示标准态。(P(P=100kPa)=100kPa)其其中中：符符号号r r、m m经经常常省省略略，即即r rH Hm m 与与r rH Hm m有有书简写为：书简写为：r rH Hm m HHm m 或或HH；r rH Hm mHHm m或或HH第24页（2 2）标准状态）标准状态温度温度T T时时,标准压力标准压力 p p=100kPa=100kPa 稀溶液稀溶液c c=1moll=1moll 11 ，物质标准态热力学温度物质标准态热力学温度T T未作详细要求，许未作详细要求，许多物质热力学数据是在多物质热力学数据是在T=298.15KT=298.15K下得到下得到(3(3）热化学方程式）热化学方程式书写注意事项：书写注意事项：a.a.注明物质聚集状态注明物质聚集状态g,l,s,aqg,l,s,aq等等,b.b.方程式要配平方程式要配平,c.c.注明反应温度注明反应温度第25页例：例：H H2 2(g)+0.5O(g)+0.5O2 2(g)=H(g)=H2 2O(l)O(l)r rH Hm m（298.15K)298.15K)=-285.8kJmol=-285.8kJmol1 1 2H 2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l)O(l)r rH Hm m(298.15K)(298.15K)=571.6kJmol571.6kJmol1 1 2H 2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(g)O(g)r rH Hm m(298.15K)(298.15K)=484 kJmol484 kJmol1 13、r rU Um m 和和r rH Hm m关系关系H=U+nRTH=U+nRT第26页例：例：2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(g)O(g)r rH Hm m (298.15K)(298.15K)=483.64 kJmol483.64 kJmol1 1 W=-nRT W=-nRT =-(2-2-1)8.314298.15 =-(2-2-1)8.314298.15 =2478 Jmol =2478 Jmol1 1=2.478 kJmol=2.478 kJmol1 1 U=H U=HnRTnRT =-481.16 kJmol =-481.16 kJmol1 1第27页注意：注意：、如反应只有固、液态物质参加、如反应只有固、液态物质参加,V V很小很小,HU;,HU;、有气态物质参加反应时、有气态物质参加反应时,pV=nRT,pV=nRT,此项数值也较小此项数值也较小,HU HU4 4、标准摩尔生成焓、标准摩尔生成焓定定义义：在在标标准准态态某某温温度度下下，由由参参考考状状态态单单质质生生成成molmol物质时焓变，称为该物质标准摩尔生成焓。物质时焓变，称为该物质标准摩尔生成焓。符号符号f fH Hm m，可简写为，可简写为f fH H ；f f代表代表“生成生成”；单位单位 kJmol kJmol1 1 第28页定义中两个条件：定义中两个条件：a a、标标准准状状态态：指指某某温温度度T(T(常常取取T=298.15K)T=298.15K)下下，p=pp=p=100kPa=100kPa状态。状态。b b、参参考考状状态态单单质质：指指常常温温标标准准状状态态下下处处于于最最稳稳定状态单质。定状态单质。例例：碳碳有有三三种种同同素素异异形形体体：金金刚刚石石、石石墨墨和和无无定定形碳，而其中石墨是最稳定单质形碳，而其中石墨是最稳定单质。依据定义：依据定义：f fH Hm m(参考状态参考状态单质单质)=0)=0附表一（附表一（P637P637）,可查得物质可查得物质f fH Hm m 大多数物质大多数物质 f fH Hm m 0,0 0注：断键反应反应物和产物必须是气态注：断键反应反应物和产物必须是气态 键焓越大，键越牢，难断开键焓越大，键越牢，难断开第38页2 2、由键焓估算反应焓变、由键焓估算反应焓变公式：公式：r rH Hm m=B BH Hm m(反应物反应物)B BH Hm m(产物产物)或或 r rH Hm m=D(D(断键断键)D(D(成键成键)例例2-3 P352-3 P35第39页3-1 -1 定容反应反应速率定容反应反应速率 用单位时间内反应物浓度降低或生成物用单位时间内反应物浓度降低或生成物浓度增加来表示浓度增加来表示 单单位位：mol mol L L1 1 s s1 1或或mol mol L L1 1 minmin1 1 aA(aq)+bB(aq)=yY(aq)+zZ(aq)aA(aq)+bB(aq)=yY(aq)+zZ(aq)第三章第三章 化学动力学基础化学动力学基础第40页3-1-2 3-1-2 平均速率和瞬时速率平均速率和瞬时速率1 1、平均速率、平均速率在某一时间间隔内浓度改在某一时间间隔内浓度改变平均值变平均值2 2、瞬时速率、瞬时速率时间间隔趋于时间间隔趋于0 0 时平均速时平均速率极限值率极限值第41页3-2 3-2 浓度对反应速率影响浓度对反应速率影响3-2-1 3-2-1 速率方程式速率方程式对大多数化学反应，反应物浓度增加对大多数化学反应，反应物浓度增加,反应反应速率增加速率增加 aA+bB=yY+zZ aA+bB=yY+zZ第42页反应速率方程式中反应速率方程式中 k k速率系数速率系数,与浓度无关与浓度无关,与温度与温度T T相关，相关，单位由反应级数确定。单位由反应级数确定。反应对反应对A A反应级数反应级数反应对反应对B B反应级数反应级数(+)(+)总反应级数总反应级数 、确实定方法：对于基元反应确实定方法：对于基元反应(一步完成一步完成)，=a =a，=b =b 对于复合反应对于复合反应,和和由试验确定由试验确定注意：反应级数能够是分数，还可是注意：反应级数能够是分数，还可是0 0。如反应：。如反应：2Na+2H 2Na+2H2 2O=2NaOH+HO=2NaOH+H2 2 v=k v=k 零级反应零级反应第43页3-2-2 3-2-2 由试验确定反应速率方程式由试验确定反应速率方程式例：已知例：已知800800时反应：时反应：2H 2H2 2(g)+2NO(g)=2H(g)+2NO(g)=2H2 2O(g)+NO(g)+N2 2(g)(g)试验数据（见下一页），求：试验数据（见下一页），求：、该反应级数、该反应级数 、反应速率常数、反应速率常数k k和反应速率方程式。和反应速率方程式。、当、当C(NO)=5.0010C(NO)=5.00103 3molLmolL1 1，C(HC(H2 2)=4.0010)=4.00103 3molLmolL1 1时时反反应应速速度度(N(N2 2)。第44页4.3010-3 6.0010-3 3.0010-3 61.9210-36.0010-3 2.0010-3 50.4810-36.0010-31.0010-3 4 9.5610-3 3.0010-3 6.0010-33 6.3610-32.0010-3 6.0010-3 23.1910-3 1.0010-3 6.0010-31（）（）v(N2)初始浓度(molL1)瞬时反应速率(molL1S1)试验标号第45页解：、设该反应速率方程为：kc(NO)mc(H2)n 依题意，由1、2、4和5组数据，得 3.19103=k(6.00103)m(1.00103)n 6.36103=k(6.00103)m(2.00103)n 0.48103=k(1.00103)m(6.00103)n 1.92103=k(2.00103)m(6.00103)n ，得：2=2n，n=1 ，得：4=2m，m=2 反应级数为：1+2=3第46页、把、把m=2m=2，n=1n=1代入方程组中任一式，得代入方程组中任一式，得 3.1910 3.19103 3=k(6.0010=k(6.00103 3)2 2(1.0010(1.00103 3)解之得：解之得：k=8.0010k=8.00104 4(mol(mol2 2LL2 2ss1 1)反应速率方程为：反应速率方程为：8.0010 8.00104 4 c(NO)c(NO)2 2 c(H c(H2 2)、把已知浓度代入上述方程式，得、把已知浓度代入上述方程式，得 8.00108.00104 4(5.0010(5.00103 3)2 24.00104.00103 3 8.00108.0010 3 3(molL(molL1 1ss1 1)思索：上面思索：上面k k单位是怎样确定？单位是怎样确定？思绪：设思绪：设k k单位为单位为y.y.第47页由由速速率率方方程程 k k c(NO)c(NO)2 2c(Hc(H2 2)，分分别别把把、k k 、c(NO)c(NO)、和、和c(Hc(H2 2)单位代入可得：单位代入可得：molLmolL1 1ss1 1=y(molL=y(molL1 1)2 2(molL(molL1 1)y=mol y=mol2 2LL2 2ss1 13-2-3 3-2-3 浓度与时间定量关系（略）浓度与时间定量关系（略）第48页3-3 3-3 温度对反应速率影响温度对反应速率影响3-3-1 Arrhenius3-3-1 Arrhenius方程式方程式 大多数反应，温度大多数反应，温度T T升高，速率常数升高，速率常数k k增大，反应速率增大，反应速率v v增大。增大。定量关系：定量关系：式中：式中：K K0 0 为常数，称为频率因子；为常数，称为频率因子；EaEa为为反反应应活活化化能能，单单位位为为KJmolKJmol1 1；R R为气体常数，为气体常数，T T为绝对温度（为绝对温度（K)K)第49页其对数形式为：其对数形式为：或例例3-4 P543-4 P543-3-2 Arrhenius3-3-2 Arrhenius方程式应用方程式应用1 1、计算反应活化能、计算反应活化能E Ea a第50页2 2、由、由Ea Ea 计算反应速率常数计算反应速率常数k k例例 3-5 P54 3-5 P543 3、对、对ArrheniusArrhenius方程式深入分析方程式深入分析（1 1）温度相同时，）温度相同时，E Ea a 大反应，其速率常数大反应，其速率常数k k则小，反应速率则小，反应速率v v较小。反之亦然较小。反之亦然（2 2）对同一反应，温度升高，速率常数）对同一反应，温度升高，速率常数k k增大增大（3 3）对给定反应，加热，在低温区对反应）对给定反应，加热，在低温区对反应速率影响大，而在高温区则影响小速率影响大，而在高温区则影响小第51页（4 4）对不一样反应，升高相同温度，）对不一样反应，升高相同温度，E Ea a 大反应其速率常数大反应其速率常数k k增大倍数大，增大倍数大，即升温对慢反应加速显著即升温对慢反应加速显著第52页3-4 3-4 反应速率理论和反应机理反应速率理论和反应机理3-4-1 3-4-1 碰撞理论碰撞理论理论关键点：理论关键点：、反反应应物物分分子子间间相相互互碰碰撞撞是是反反应应进进行行必必要条件。要条件。、只只有有含含有有所所需需足足够够能能量量一一组组分分子子间间碰碰撞才有可能发生反应。撞才有可能发生反应。第53页A A、有效碰撞：、有效碰撞：指能够发生反应分子间碰撞。指能够发生反应分子间碰撞。B B、活化分子：、活化分子：指能够发生有效碰撞分子。指能够发生有效碰撞分子。特点：能量足够高特点：能量足够高C C、活化分子百分数：、活化分子百分数：第54页规律：规律：a a、一一定定温温度度下下，活活化化分分子子百百分分数数不不变变，当当反反应应物物c c增增加加，则则分分子子总总数数增增加加，所所以以活化分子数增加。活化分子数增加。b b、一一定定浓浓度度下下，分分子子总总数数不不变变，当当温温度度T T升升高高，则则活活化化分分子子百百分分数数增增加加，所所以以活活化分子数增加。化分子数增加。第55页D D、能量因子、能量因子(f)(f)：其中：其中：ff能量因子，指活化分子在总分子中所占百分比。能量因子，指活化分子在总分子中所占百分比。EaEa活活化化能能，指指碰碰撞撞分分子子间间造造成成发发生生反反应应所所需需最最低低能能量量。它它等等于于活活化化分分子子含含有有平平均均能能量量与与反反应应物物分分子子平均能量差值。即：平均能量差值。即：Ea=EEa=E*k k E E*活化分子平均能量活化分子平均能量 k k 反应物分子平均能量反应物分子平均能量 （图示图示）第56页EminEa。第57页、活活化化分分子子之之间间还还必必须须在在取取向向适适当当方方位位上才能发生有效碰撞。上才能发生有效碰撞。、反反应应速速率率与与单单位位时时间间、单单位位体体积积内内有有效碰撞次数成正比。效碰撞次数成正比。规规律律：依依据据碰碰撞撞理理论论，反反应应物物分分子子必必须须有有足足够够最最低低能能量量，并并以以适适当当方方位位相相互互碰碰撞撞，才能造成有效碰撞才能造成有效碰撞 普普通通活活化化分分子子数数，则则有有效效碰碰撞撞次次数数，反反应应速速率率v 第58页3-4-23-4-2、活化络合物理论（过渡态理论）、活化络合物理论（过渡态理论）理论关键点：理论关键点：、化化学学反反应应是是经经有有效效碰碰撞撞先先形形成成一一个个称称为为活活化化配配合合物物中中间间过过渡渡态态，而而这这一一过过渡渡态态很很不不稳稳定定，会很快分解为产物分子会很快分解为产物分子、普通分子 活化配合物（活化体）E Ea a活活化化能能，指指由由稳稳定定反反应应物物分分子子过过渡渡到到活活化化配配合合物（活化体）过程中所吸收能量物（活化体）过程中所吸收能量第59页、反应热：、反应热：(图示图示）P58P58当、化化学学反反应应速速率率取取决决于于活活化化配配合合浓浓度度、分分解解速速率和分解百分率等原因。率和分解百分率等原因。规规律律：普普通通E Ea a，则则活活化化过过程程易易实实现现，活活化化配配合合物浓度便物浓度便，造成造成v v 第60页EEaEaH。第61页3-4-3 3-4-3 活化能与反应速率活化能与反应速率EaEa活活化化能能，指指碰碰撞撞分分子子间间造造成成发发生生反反应应所所需需最最低低能能量量。它它等等于于活活化化分分子子含含有有平平均均能能量量与与反反应应物分子平均能量差值。即：物分子平均能量差值。即：Ea=EEa=E*k k1 1、浓浓度度影影响响：一一定定温温度度下下，活活化化分分子子%不不变变，当当反反应应物物c c，则则分分子子总总数数，所所以以活活化化分分子子数数，反应加紧反应加紧 2、温温度度影影响响：一一定定浓浓度度下下，分分子子总总数数不不变变，当当温温度度T T，则则活活化化分分子子%，所所以以活活化化分分子子数数，反应加紧反应加紧第62页3-4-4 3-4-4 反应机理与元反应反应机理与元反应1 1、基元反应、基元反应 指指反反应应物物微微粒粒（如如分分子子、原原子子和和离离子子等等）经经一一步步作作用用就就直直接接转转化化为为产产物物反反应应。又又称称之之为为简简单反应。单反应。注注：基基元元反反应应反反应应级级数数与与反反应应方方程程式式中中反反应应物物化化学式系数是一致学式系数是一致但但属属于于基基元元反反应应反反应应极极少少，大大部部分分化化学学反反应应都都是是复合反应复合反应第63页2 2、复合反应、复合反应 指指反反应应物物微微粒粒（如如分分子子、原原子子和和离离子子等等）要要经经两两步步或或两两步步以以上上作作用用才才转转化化为为产产物物反应。又称之为复杂反应。反应。又称之为复杂反应。注注：复复合合反反应应反反应应级级数数与与反反应应方方程程式式中中反反应物化学式系数是不一致，由试验确定应物化学式系数是不一致，由试验确定3 3、降低温度反应速率加紧反应（特例）、降低温度反应速率加紧反应（特例）第64页3-5 3-5 催化剂与催化作用催化剂与催化作用3-5-1 3-5-1 催化剂和催化作用特征催化剂和催化作用特征催化剂：存在少许就能显著加紧反应而催化剂：存在少许就能显著加紧反应而 本身并无损耗物质本身并无损耗物质为何绝大多数催化剂能加紧反应速率？为何绝大多数催化剂能加紧反应速率？原因：加入催化剂后，它改变了反应历程，原因：加入催化剂后，它改变了反应历程，降低反应活化能降低反应活化能第65页主要特征：主要特征：1 1、只能加速反应，不能改变反应方向、只能加速反应，不能改变反应方向2 2、只能改变反应路径，不能改变始、只能改变反应路径，不能改变始 态和终态，不能改变平衡状态态和终态，不能改变平衡状态3 3、有选择性、有选择性4 4、特定条件下有活性、特定条件下有活性第66页3-5-2 3-5-2 均相催化与多相催化均相催化与多相催化1 1、均相催化、均相催化催化剂与反应物种均在同催化剂与反应物种均在同 一相中催化反应一相中催化反应如：如：H H2 2O O2 2水溶液中，加入水溶液中，加入KIKI溶液，能加紧溶液，能加紧H H2 2O O2 2 分解分解 2H 2H2 2O O2 2(aq)=2 H(aq)=2 H2 2O(l)+OO(l)+O2 2（g)g)2 2、多相催化、多相催化催化剂与反应物种不处于催化剂与反应物种不处于在同一相中催化反应在同一相中催化反应如：如：H H2 2O O2 2水溶液中，加入水溶液中，加入MnOMnO2 2(s)(s)，也能加，也能加紧紧H H2 2O O2 2 分解分解第67页3-5-3 3-5-3 酶催化酶催化酶催化特点：酶催化特点：A A、催化效率高、催化效率高 B B、催化专一性、催化专一性 C C、催化条件温和、催化条件温和第68页第四章第四章 化学平衡化学平衡 熵和熵和GibbsGibbs函数函数4-1 4-1 标准平衡常数标准平衡常数4-1-1 4-1-1 化学平衡基本特征化学平衡基本特征 P75 P75可逆反应：同一条件下，既可正向进行，可逆反应：同一条件下，既可正向进行，又可逆向进行反应又可逆向进行反应可逆性是化学反应普遍特征可逆性是化学反应普遍特征化学平衡：一定温度下，某反应经过一定化学平衡：一定温度下，某反应经过一定时间后，各物质浓度保持不变，是动态时间后，各物质浓度保持不变，是动态平衡，平衡，V V正正=V=V逆逆 0 0第69页化学平衡基本特征：化学平衡基本特征：1 1、在适宜条件下，可逆反应可到达平衡状、在适宜条件下，可逆反应可到达平衡状态态2 2、化学平衡是动态平衡，、化学平衡是动态平衡，V V正正=V=V逆逆 0 03 3、条件一定时，平衡状态下，平衡组成不、条件一定时，平衡状态下，平衡组成不随时间而改变随时间而改变4 4、平衡组成与到达平衡路径无关、平衡组成与到达平衡路径无关第70页4-1-2 标准平衡常数表示式标准平衡常数表示式 对普通化学反应，温度一定时对普通化学反应，温度一定时 aA(g)+bB(aq)+cC(s)aA(g)+bB(aq)+cC(s)xXxX(g)+yY(aq)+zZ(l)(g)+yY(aq)+zZ(l)其标准平衡常数为：其标准平衡常数为：其中：其中：P P -标准压力，取值标准压力，取值100kPa100kPa；P(A)P(A)等等-各物质平衡分压；各物质平衡分压；P(A)/P(A)/P P 等等-相对分压，量纲为相对分压，量纲为1 1第71页c c 标准浓度，取值标准浓度，取值1mol/L1mol/L；c(B)c(B)等等各物质平衡浓度，；各物质平衡浓度，；c(B)/c(B)/c c 等等相对浓度，量纲为相对浓度，量纲为1 1K K 标准平衡常数，量纲为标准平衡常数，量纲为1 1书写书写K K 表示式应注意事项：表示式应注意事项：、K K 表表示示式式中中各各组组分分浓浓度度或或分分压压为为平平衡衡时浓度或分压。时浓度或分压。、K K 值与反应式书写形式相关。值与反应式书写形式相关。、对对多多相相反反应应，其其中中纯纯固固体体、纯纯液液体体及及稀稀溶溶液液中中溶溶剂剂分分压压或或浓浓度度均均不不列列入入K K 表表示式示式中。中。它们相对浓度为它们相对浓度为第72页例：试写出以下反应例：试写出以下反应K K 表示式。表示式。、CaCOCaCO3 3(s)(s)CaO(s)+CO CaO(s)+CO2 2(g)(g)、2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)2H 2H2 2O(l)O(l)解：解：.第73页例：合成氨例：合成氨(NH(NH3 3)反应式分别为：反应式分别为：、1/2N1/2N2 2(g)+3/2H(g)+3/2H2 2(g)(g)NHNH3 3(g)(g)、N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g)(g)2NH2NH3 3(g)(g)试写出它们试写出它们K K 表示式。表示式。解：解：思索：思索：K K1 1 与与K K2 2 关系怎样？关系怎样？K K2 2=(=(K K1 1)2 2第74页多重平衡原理：多重平衡原理：、概念：、概念：假假如如某某总总反反应应能能够够用用两两个个或或更更多多个个分分反反应应式式表表示示时时，则则该该总总反反应应K K 等等于于各各分分步步反反应应K K 乘乘积积，这这种种关关系系称称为为多多重重平平衡衡原理原理、推论：、推论：化化学学反反应应加加、减减、乘乘、除除分分别别对对应应于于对对应反应应反应K K 乘、除、乘方、开方乘、除、乘方、开方第75页例：某温度下，反应例：某温度下，反应(1)(1)标准平衡常数为：标准平衡常数为：(1)H(1)H2 2(g)+Br(g)+Br2 2(g)(g)2HBr(g)2HBr(g)K K1 1=410=4102 2，则则反反应应(2)HBr(g)=1/2H(2)HBr(g)=1/2H2 2(g)+1/2Br(g)+1/2Br2 2(g)K(g)K2 2 等等于（于（）：）：A A、1/4101/4102 2 B B、C C、4104102 2 D D、2102101 1 解：解：.K2=(1/4102)1/2第76页4-1-3 4-1-3 平衡常数与反应速率系数间关系平衡常数与反应速率系数间关系推导：推导：P78P78结论：化学反应平衡常数可表示为正反应结论：化学反应平衡常数可表示为正反应 速率系数与逆反应速率系数之比速率系数与逆反应速率系数之比而反应速率系数只与温度相关，与浓度无关而反应速率系数只与温度相关，与浓度无关所以，平衡常数只与温度相关，与浓度无关所以，平衡常数只与温度相关，与浓度无关 放热反应，当温度升高，平衡常数变小放热反应，当温度升高，平衡常数变小 吸热反应，当温度升高，平衡常数变大吸热反应，当温度升高，平衡常数变大温度对温度对K K 影响：影响：第77页4-1-4 -1-4 标准平衡常数试验测定标准平衡常数试验测定例：例：1000K1000K时，将时，将1.00mol SO1.00mol SO2 2和和1.00mol O1.00mol O2 2充入容积为充入容积为5.00L5.00L密闭容器中，平衡时，密闭容器中，平衡时，有有0.85mol SO0.85mol SO3 3生成，计算反应：生成，计算反应：2SO 2SO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2SO(g)=2SO3 3(g)(g)1000K1000K时标准平衡常数。时标准平衡常数。解：设平衡时消耗了解：设平衡时消耗了X mol OX mol O2 2 ，第78页 2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)开始量开始量/mol 1.00 1.00 0/mol 1.00 1.00 0改变量改变量/mol -2x -x 2x=0.85/mol -2x -x 2x=0.85平衡量平衡量/mol 1.00-0.85 1.00-0.85/2 0.85/mol 1.00-0.85 1.00-0.85/2 0.85 =0.15 =0.575 =0.15 =0.575平衡时各物质分压：平衡时各物