化学反应速率2012

1、第二章第二章 化学动力学基础化学动力学基础Chemical kinetics foundation一、反应速率的定义一、反应速率的定义二、化学反应速率理论简介二、化学反应速率理论简介 碰撞理论碰撞理论 过渡态理论过渡态理论(Ea)三、影响化学反应速率的因素三、影响化学反应速率的因素 浓度浓度-反应速率方程式反应速率方程式 温度温度-阿伦尼乌斯公式阿伦尼乌斯公式 催化剂催化剂化化 学学 反反 应应快快 反反 应应慢慢 反反 应应 爆炸反应爆炸反应中和反应中和反应被人类充分应用被人类充分应用钢铁生锈钢铁生锈食物腐败食物腐败人体衰老人体衰老不易被察觉不易被察觉造成的损失巨大造成的损失巨大希望控制速度

2、减缓进程希望控制速度减缓进程石油的分解石油的分解废塑料的分解废塑料的分解希望控制速度希望控制速度加快反应进程加快反应进程化学反应化学反应 宏观：热力学、动力学宏观：热力学、动力学 热力学：过程的能量交换热力学：过程的能量交换( H)、过程的方向、过程的方向( G)、过程的限度过程的限度(K) -可能性可能性。动力学：反应速率（动力学：反应速率（快慢快慢） 反应机理（反应机理（怎样进行怎样进行）- 现实性现实性。例：例： N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g)H = - 92.22 kJ.mol-1 （放热）（放热） G = - 33.0 kJ.mol-1G = - RT ln K

3、 K = 6.1 105但实际上，但实际上，R.T. ，常压，观察不到反应。，常压，观察不到反应。 2-1 化学反应速率的定义及其表示方法化学反应速率的定义及其表示方法1-1 化学反应速率的概念化学反应速率的概念 单位时间内反应物或产物浓度改变的量的绝对值。单位时间内反应物或产物浓度改变的量的绝对值。化学反应速率的单位可为化学反应速率的单位可为molL-1s-1、molL-1min-1、molL-1h-1一、反应速率的定义一、反应速率的定义平均速率：平均速率： N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Co 2.0 3.0 0 Ct(2s) 1.8 2.4 0.422223311N11H1

4、1N H(1 .82 .0 )0 .1 2(2 .43 .0 )0 .3 2(0 .40 )0 .2 2NHN HCm o lLstCm o lLstCm o lLst 用不同物质来表示化学反应速率时，其数值是不同的。用不同物质来表示化学反应速率时，其数值是不同的。22223311N11H11N H(1 .82 .0 )0 .1 2(2 .43 .0 )0 .3 2(0 .40 )0 .2 2NHN HCm o lLstCm o lLstCm o lLst 瞬时速率瞬时速率: 某一瞬间某一瞬间(t0)的反应速率叫瞬时速率。的反应速率叫瞬时速率。 瞬时速率 lim33dtdCtCNHNHt为了避

5、免混乱，为了避免混乱，IUPAC建议建议, 对于反应：对于反应：aAbBdDeE定义瞬时速率为：定义瞬时速率为： iidCvVdt平均速率为：平均速率为： iiCvVt式中，式中，v vi 为计量系数为计量系数, , 且对反应物取负值，对产物且对反应物取负值，对产物取正值。以保证取正值。以保证v和和 为正值。为正值。 v1A1B1D1Eddddadtbdtddtedt v = 1111ABDECCCCvatbtdtet活化分子较一般分子的能量高活化分子较一般分子的能量高, 活化分子所具有的平活化分子所具有的平均能量均能量(E*)与整个反应物分子的平均能量与整个反应物分子的平均能量(E)之差之差

6、, 称为称为活化能活化能(Ea)。Ea=E*-E1、碰撞理论的基本要点：、碰撞理论的基本要点：反应是通过反应物分子彼此碰撞而发生的反应是通过反应物分子彼此碰撞而发生的, 其其中能发生反应的碰撞称为中能发生反应的碰撞称为有效碰撞有效碰撞。2-2 反应速率理论简介反应速率理论简介2-1 碰撞理论碰撞理论 发生碰撞的分子应有足够高的能量发生碰撞的分子应有足够高的能量 碰撞的几何方位要适当碰撞的几何方位要适当发生有效碰撞的分子称为发生有效碰撞的分子称为活化分子活化分子。活化分子的百。活化分子的百分数越大分数越大, 有效碰撞数越多有效碰撞数越多, 反应速率也越大。反应速率也越大。NO2与与O3反应的示意

7、图反应的示意图322( )( )( )( )O gNO gNO gO g2-2 过渡状态理论过渡状态理论活化能的物理含义在于：活化能的物理含义在于：由反应物到产物所要逾越由反应物到产物所要逾越的的“能量障碍能量障碍”22CONOOCONOCONO 一般化学反应的活化能在一般化学反应的活化能在60kJmol-1240 kJmol-1。活化能小于。活化能小于40kJmol-1的反应化学反应速度很大。活化能大于的反应化学反应速度很大。活化能大于400kJmol-1的的反应化学反应速度很慢。反应化学反应速度很慢。化学反应并非是通过简单碰化学反应并非是通过简单碰撞就生成产物撞就生成产物, 而是要通过而是

8、要通过一个中间态才能反应一个中间态才能反应, 存在存在一个势能垒一个势能垒A+BAB过渡态过渡态A B正反应正反应 Ea=Ea-Ea反应热反应热H正正逆反应逆反应Ea势能势能 E E1 E2反应历程反应历程A + B = AB反应过程的能量变化形象图：反应过程的能量变化形象图：吸吸热热反反应应放热反应放热反应化学反应过程中能量的变化化学反应过程中能量的变化+ 生成物生成物(终态终态)+ 反应物反应物(始态始态)活化配合物活化配合物(过渡状态过渡状态)如如 NO2+ CO ONOCONO + CO2 如：下列合成氨反应的活化能为如：下列合成氨反应的活化能为N2(g) +3H2(g) 2NH3(g

9、) Ea=330kJ/mol该反应的该反应的 G= -33.28kJ/mol; H= -92.38kJ/mol但是它的活化能高达但是它的活化能高达330kJ/mol, 致使氮和氢的活化致使氮和氢的活化分子百分数很小分子百分数很小, 有效碰撞也极少有效碰撞也极少, 反应速率极小。反应速率极小。由此可见由此可见, 要实现某些能自发进行的反应要实现某些能自发进行的反应, 活化能是活化能是个值得考虑的重要动力学因素。个值得考虑的重要动力学因素。这表明这表明298.15K标准状态时合成氨在热力学上可以自发标准状态时合成氨在热力学上可以自发进行进行( G0，欲增加正反，欲增加正反应速率，下列措施中有用的是

10、应速率，下列措施中有用的是.（）。）。(A)增加增加CO2的分压；的分压； (B)升高温度；升高温度；(C)增加增加CaCO3的量；的量； (D)加入加入NaOH。反应：反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的的rHm0，欲，欲增加正反应速率，可采取的措施为（增加正反应速率，可采取的措施为（）。）。(A)降温；降温； (B)增加增加CH4和和H2O(g)的分压；的分压；(C)减小减小CO和和H2的分压；的分压； (D)减小总压。减小总压。基本要求基本要求掌握浓度、温度、催化剂等因素对化学反应速度的影掌握浓度、温度、催化剂等因素对化学反应速度的影响响, 并能运用活化能的概念加以

11、解释。并能运用活化能的概念加以解释。反应反应H2O2 + 2H+ + 2I- = 2H2O + I2 的速度方程式为：的速度方程式为：v = kc(H2O2)c(I-)由此可见由此可见, 其反应的级数为（其反应的级数为（ ）A 3 B 5 C 4 D 2 通常，温度升高反应速率明显增加，主要原因是（通常，温度升高反应速率明显增加，主要原因是（ ）(A)反应物浓度增加；反应物浓度增加； (B)反应物压力增加；反应物压力增加；(C)活化分子分数增加；活化分子分数增加； (D)活化能降低。活化能降低。增大反应物浓度，使反应速率加快的原因是（增大反应物浓度，使反应速率加快的原因是（ ）。）。(A)仅仅是分子总数目增加；仅仅是分子总数目增加；(B)反应系统混乱度增加；反应系统混乱度增加；(C)活化分子分数增加；活化分子分数增加； (D)单位体积内活化分子单位体积内活化分子 总数增加。总数增加。由实验得知由实验得知, 反应反应A+BC的反