暨南大学有机无机化学第七章-化学反应速率(新)课件

1、第七章 化学反应速率理论1、反应的快慢2、反应的历程7.1 化学反应速率一、化学反应速率的定义1.平均速率通常用一段时间内反应物或生成物的浓度变化来表示。例如对于反应 aA + dD = gG + hH B为化学计量系数，对反应物取负值，对产物则取正值N2 + 3H2 2NH3瞬时速率当t 趋于无限小时的平均速率瞬时速率当t 趋于无限小时的平均速率瞬时速率当t 趋于无限小时的平均速率例：N2O5的分解反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)在340 K测得实验数据为 t /min 0 1 2 3 4 5c(N2O5)/(molL-1) 1.00 0.70 0.50 0.35 0.25

2、0.17(1)求反应在2分钟内的平均速率;(2)求反应在1分钟时的瞬时反应速率2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)解：（1）求平均反应速率 t /min 0 1 2 3 4 5c(N2O5)/(molL-1) 1.00 0.70 0.50 0.35 0.25 0.17求反应在2分钟内的平均速率。（2）求1分钟时的瞬时反应速率反应的瞬时速率可通过作图法求得，在c-t线上找到对应1分钟的点作切线，求斜率。（2）求1分钟时的瞬时反应速率反应的瞬时速率可通过作图法求得，在c-t线上找到对应1分钟的点作切线，求斜率。 t /min 0 1 2 3 4 5c(N2O5)/(molL-1) 1.00

3、0.70 0.50 0.35 0.25 0.171min时的单一瞬时速率为1min时的单一瞬时速率为 t /min 0 1 2 3 4 5c(N2O5)/(molL-1) 1.00 0.70 0.50 0.35 0.25 0.171min时的单一瞬时速率为1min时的单一瞬时速率为7.2 影响化学反应速率的因素一、 浓度的影响（1）简单反应与复杂反应简单反应：按反应计量方程式一步完成的反应。复杂反应：由两个或两个以上简单反应组成的化学反应。如：复杂反应 NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)中间产物NO3可被光谱检测到，但是没有从产物中分离出来。因此上述反应可视为由下列两个简单反应

4、组合而成： NO2+NO2 NO3+NO（慢） NO3+CO NO2+CO2（快）如：复杂反应 NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)中间产物NO3可被光谱检测到，但是没有从产物中分离出来。因此上述反应可视为由下列两个简单反应组合而成： NO2+NO2 NO3+NO（慢） NO3+CO NO2+CO2（快）（2）元反应和质量作用定律反应物分子直接碰撞就能生成产物的化学反应称为元反应。CO(g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g) SO2Cl2 SO2+Cl2 单分子反应2NO22NO+O2 双分子反应H2 (g) + 2I (g) = 2HI (g) 三分子反

5、应基元反应中反应物微粒数之和称为反应分子数，可分为单分子、双分子和三分子反应。由于四分子同时相遇的机会极小，更高分子数的反应没有出现SO2Cl2 SO2+Cl2 单分子反应2NO22NO+O2 双分子反应H2 (g) + 2I (g) = 2HI (g) 三分子反应基元反应中反应物微粒数之和称为反应分子数，可分为单分子、双分子和三分子反应。由于四分子同时相遇的机会极小，更高分子数的反应没有出现当温度一定时，元反应的反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比，称为质量作用定律。基元反应： aA + bB = gG + hH 当温度一定时，元反应的反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比，称为质量作用定律。

6、基元反应： aA + bB = gG + hH 质量作用定律仅适用于元反应，对非元反应（即复杂反应）不适用。2NO2 2NO + O2 v = kc(NO2)2v = k c(NO2) c(CO) 非元反应由两个或两个以上元反应组合而成的反应。特点：实验可检测到中间产物,但中间产物被后面的一步或几步基元反应消耗掉，不出现在总反应方程式中。对于非基元反应，讨论反应分子数没有意义NO2+NO2 NO3+NO（慢）NO3+CO NO2+CO2（快）（3）速率方程表示反应速率与反应物浓度之间定量关系的数学式称为反应速率方程式。aA + bB = gG + hH（a）对于元反应，速率方程式直接由质量作用

7、定律得出。（b）对于非元反应，只能根据实验来确定反应速率方程式。（3）速率方程表示反应速率与反应物浓度之间定量关系的数学式称为反应速率方程式。aA + bB = gG + hH（a）对于元反应，速率方程式直接由质量作用定律得出。（b）对于非元反应，只能根据实验来确定反应速率方程式。（3）速率方程表示反应速率与反应物浓度之间定量关系的数学式称为反应速率方程式。aA + bB = gG + hH（a）对于元反应，速率方程式直接由质量作用定律得出。（b）对于非元反应，只能根据实验来确定反应速率方程式。(慢，速率控制步骤)例如：对非基元反应反应机理为 (快)速率控制步骤的速率 = 非基元反应的速率速率

8、方程为：v c(H2)1073K2NO(g) + 2H2 (g) N2 (g) + 2H2O (g) 又如，通过实验测定发现实验编号c(NO) /molL-1c(H2) /molL-1 v /molL-1s-1 10.0060.0013.1910-320.0060.0026.3610-330.0060.0039.5610-3v c2(NO)v = k c2(NO) c(H2) 2NO(g) + 2H2 (g) N2 (g) + 2H2O (g) 实验编号c(NO) /molL-1c(H2) /molL-1 v /molL-1s-1 40.0010.0060.4810-350.0020.0061

9、.9610-360.0030.0064.3010-3v c2(NO)v = k c2(NO) c(H2) 2NO(g) + 2H2 (g) N2 (g) + 2H2O (g) 实验编号c(NO) /molL-1c(H2) /molL-1 v /molL-1s-1 40.0010.0060.4810-350.0020.0061.9610-360.0030.0064.3010-3v c2(NO)v = k c2(NO) c(H2) 2NO(g) + 2H2 (g) N2 (g) + 2H2O (g) 实验编号c(NO) /molL-1c(H2) /molL-1 v /molL-1s-1 40.00

10、10.0060.4810-350.0020.0061.9610-360.0030.0064.3010-3（c）纯固态或纯液态反应物的浓度不写入速率方程式。（d）在稀溶液中进行的反应，若溶剂参与反应，但因它的浓度几乎维持不变，故也不写入速率方程式。 如 C(s)+O2(g)CO2(g) v = kc(O2)(4)速率常数反应速率方程式中的比例系数k称为速率常数。不同的反应，有不同的速率常数，速率常数的大小反映速率的快慢。对于同一反应来说，速率常数随温度、反应物本质、溶剂、催化剂等不同而改变，与反应物的浓度无关。（5）反应级数在速率方程中，各反应物的浓度的指数称为该反应物的反应级数。所有反应物的级

11、数之和称为反应的总级数。例：复杂反应 2NO + 2 H2 = N2 + 2 H2O 反应总级数为3。（5）反应级数在速率方程中，各反应物的浓度的指数称为该反应物的反应级数。所有反应物的级数之和称为反应的总级数。例：复杂反应 2NO + 2 H2 = N2 + 2 H2O 反应总级数为3。反应总级数速率方程0v=k1v=kc2v=kc23v=kc3反应总级数速率方程0v=k1v=kc2v=kc23v=kc3速率常数的量纲根据反应总级数的不同而不同。零级反应 k的单位是molL-1s-1一级反应 k的单位是s-1二级反应 k的单位是mol-1Ls-1三级反应 k的单位是mol-2L2s-1注意：

12、反应级数越大，则反应物浓度对反应速率的影响越大。反应级数可以是整数，也可是分数或零。零级反应中反应物浓度对反应速率无影响。注意：反应级数越大，则反应物浓度对反应速率的影响越大。反应级数可以是整数，也可是分数或零。零级反应中反应物浓度对反应速率无影响。 第三节 具有简单级数的反应及其特点一级反应：反应速率与反应物浓度的一次方成正比关系。补充说明：反应物反应掉一半所需要的时间称为半衰期。对于一级反应，显然，一级反应的半衰期是一个与初始浓度无关的常数。半衰期可用来衡量反应速率，显然半衰期越大，反应速率越慢。补充说明：反应物反应掉一半所需要的时间称为半衰期。对于一级反应，显然，一级反应的半衰期是一个与

13、初始浓度无关的常数。半衰期可用来衡量反应速率，显然半衰期越大，反应速率越慢。某药物的分解反应为一级反应，在体温37时，反应速率常数k为0.46 h-1，若服用该药物0.16 g，问该药物在胃中停留多长时间可分解90%。某药物的分解反应为一级反应，在体温37时，反应速率常数k为0.46 h-1，若服用该药物0.16 g，问该药物在胃中停留多长时间可分解90%。一、碰撞理论与活化能化学反应发生的首要条件是反应物分子间必须相互发生碰撞。并不是所有的反应物分子的相互碰撞都能发生化学反应，只有反应物分子的能量超过某一数值时，有效碰撞才能发生反应。分子碰撞发生反应时，还要求这些分子有适当的取向。第四节 化

14、学反应速率理论简介一、碰撞理论与活化能化学反应发生的首要条件是反应物分子间必须相互发生碰撞。并不是所有的反应物分子的相互碰撞都能发生化学反应，只有反应物分子的能量超过某一数值时，有效碰撞才能发生反应。分子碰撞发生反应时，还要求这些分子有适当的取向。第四节 化学反应速率理论简介一、碰撞理论与活化能化学反应发生的首要条件是反应物分子间必须相互发生碰撞。并不是所有的反应物分子的相互碰撞都能发生化学反应，只有反应物分子的能量超过某一数值时，有效碰撞才能发生反应。分子碰撞发生反应时，还要求这些分子有适当的取向。第四节 化学反应速率理论简介碰撞的能量及几何方位对反应能否发生均有影响EaEcE分子的平均能量

15、活化分子的平均能量活化能具有较高能量并能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化分子具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差称为活化能。注意：此为碰撞理论中的活化能概念，与过渡理论中的活化能概念有所不同。二、过渡状态理论与活化能该理论认为：化学反应不只是通过反应物间的简单碰撞就生成产物，而是要经历一个中间过渡状态。这个过渡状态称为活化络合物反应物过渡态活化络合物产物例如反应： H2(g) + I2(g) 2HI(g) 其过程为: H2 + I2 HHII HHI I HI + HI 其活化络合物为HHI I ，具有较高的势能Ea。它很不稳定，很快分解为产物分子HI。 例如反应： H2(g) + I

16、2(g) 2HI(g) 其过程为: H2 + I2 HHII HHI I HI + HI 其活化络合物为HHI I ，具有较高的势能Ea。它很不稳定，很快分解为产物分子HI。 例如反应： H2(g) + I2(g) 2HI(g) 其过程为: H2 + I2 HHII HHI I HI + HI 其活化络合物为HHI I ，具有较高的势能Ea。它很不稳定，很快分解为产物分子HI。 活化络合物与反应物分子平均能量的差值即活化能。实质指反应进行所必须克服的能垒。反应过程中能量变化曲线反应过程中能量变化曲线反应过程中能量变化曲线例：已知各基元反应的活化能如下表。（单位：kJ/mol）在相同的温度时：（

17、1）吸热反应是 ；（2）放热最多的反应是 ；（3）正反应速率常数最大的反应是 ；（4）反应可逆程度最大的反应是 。例：已知各基元反应的活化能如下表。（单位：kJ/mol）在相同的温度时：（1）吸热反应是 ；（2）放热最多的反应是 ；（3）正反应速率常数最大的反应是 ；（4）反应可逆程度最大的反应是 。三、温度对化学反应速率的影响Arrhenius方程式式中A为常数，称为指数前因子，R为摩尔气体常数，Ea为活化能，T为热力学温度。几点说明：对某一反应，活化能是常数，因此温度升高，k值变大，反应加快。当温度一定时，活化能越大，反应越慢。对不同的反应，由于活化能不同，温度对反应速率影响的程度不同。几

18、点说明：对某一反应，活化能是常数，因此温度升高，k值变大，反应加快。当温度一定时，活化能越大，反应越慢。对不同的反应，由于活化能不同，温度对反应速率影响的程度不同。例：在301K，鲜牛奶 4 小时变酸，但在278K 冰箱内牛奶可保持 48 小时才变酸，设在该条件下牛奶变酸的反应速率与变酸时间成反比，估算该条件下牛奶变酸的活化能。解：T2=301K，T1=278K；t2=4h，t1=48h因为例：在301K，鲜牛奶 4 小时变酸，但在278K 冰箱内牛奶可保持 48 小时才变酸，设在该条件下牛奶变酸的反应速率与变酸时间成反比，估算该条件下牛奶变酸的活化能。解：T2=301K，T1=278K；t2

19、=4h，t1=48h因为Ea = 75 kJmol-1所以根据Ea = 75 kJmol-1所以根据三、催化剂对化学反应速率的影响催化剂能显著改变反应速率而自身组成、质量和化学性质在反应前后基本不变的物质。催化剂的特点催化剂参与反应，改变反应的历程，降低了活化能。在可逆反应中催化剂能同时催化正逆反应，催化剂能加快化学平衡的到达，但不能使化学平衡发生移动。热力学上不可能发生的反应使用任何催化剂都不可能使之发生。催化剂具有一定的选择性。反应过程中催化剂本身会发生变化。在可逆反应中催化剂能同时催化正逆反应，催化剂能加快化学平衡的到达，但不能使化学平衡发生移动。热力学上不可能发生的反应使用任何催化剂都

20、不可能使之发生。催化剂具有一定的选择性。反应过程中催化剂本身会发生变化。在可逆反应中催化剂能同时催化正逆反应，催化剂能加快化学平衡的到达，但不能使化学平衡发生移动。热力学上不可能发生的反应使用任何催化剂都不可能使之发生。催化剂具有一定的选择性。反应过程中催化剂本身会发生变化。对于反应，SO3(g)=SO2(g)+1/2O2(g) rHm =98.7kJ/molk（正）k（逆）v（正）v（逆）K平衡移动增加总压升高温度加催化剂1. 下列说法错误的是( )A. 一步完成的反应是元反应。B. 由一个元反应构成的化学反应称简单反应。C. 由两个或两个以上元反应构成的化学反应称复杂反应。D. 元反应都是

21、零级反应。2. 有元反应，A+B=C，下列叙述正确的是A. 此反应为一级反应 两种反应物中，无论哪种的浓度增加一倍，都将使反应速度增加一倍C. 两种反应物的浓度同时减半，则反应速度也将减半D. 两种反应物的浓度同时增大一倍，则反应速度增大两倍，3. 已知2A+2B=C，当A的浓度增大一倍，其反应速度为原来的2倍，当B的浓度增大一倍，其反应速度为原来的4倍，总反应为 1 2 3 D. 03. 已知2A+2B=C，当A的浓度增大一倍，其反应速度为原来的2倍，当B的浓度增大一倍，其反应速度为原来的4倍，总反应为 1 2 3 D. 03. 已知2A+2B=C，当A的浓度增大一倍，其反应速度为原来的2倍

22、，当B的浓度增大一倍，其反应速度为原来的4倍，总反应为 1 2 3 D. 04. 某一反应的活化能为65 kJmol-1，则其逆反应的活化能为( )65kJmol-1 B. -65kJmol-1 0 D. 无法确定5. 正反应的活化能大于逆反应的活化能，则正反应的热效应为( )0 B. 大于0 C. 小于0 D. (E1+E2)/26. 关于活化能的叙述正确的为( )A. 活化能是活化配合物具有的能量。B. 一个反应的活化能越高，反应速度越快。C. 活化能是活化分子平均能量与反应物分子平均能量之差。D. 正逆反应的活化能数值相等，符号相似。7. 一反应物在某条件下的最大转化率为35%，若在相同

23、条件下，加入正催化剂，则它的转化率将( )大于35% B. 等于35% C. 小于35% D. 无法判知8. 使用质量作用定律的条件是( )A. 元反应 B. 非元反应C. 元反应，非元反应均可D. 恒温下发生的 E. 变温下发生的7. 一反应物在某条件下的最大转化率为35%，若在相同条件下，加入正催化剂，则它的转化率将( )大于35% B. 等于35% C. 小于35% D. 无法判知8. 使用质量作用定律的条件是( )A. 元反应 B. 非元反应C. 元反应，非元反应均可D. 恒温下发生的 E. 变温下发生的9. 对于非元反应( )速率方程可由化学方程式导出 B. 反应级数只能是正整数反应

24、速度决定于最慢的元反应 D. 一般由三个元反应构成9. 对于非元反应( )速率方程可由化学方程式导出 B. 反应级数只能是正整数反应速度决定于最慢的元反应 D. 一般由三个元反应构成10. 已知反应2NO(g)+Br2(g) 2NOBr的反应历程是：NO(g)+Br2(g)=NOBr2(g) 快NOBr2(g)+NO(g) 2NOBr(g) 慢此反应的速率方程可能是v=kcNOV=kc2NOV=kc2NOcBr2V=kcNOBrcNO11. 利用反应 生成产物B，在动力学上要求（ ）A.Ea1Ea2Ea3B.Ea1Ea2Ea2=Ea3D. Ea1=Ea2Ea2Ea3B.Ea1Ea2Ea2=Ea

25、3D. Ea1=Ea2Ea31. 根据热力学计算自由能变为负值的反应，在该条件下，却观察不到明显的反应，为什么.简 答 题EaEcE分子的平均能量活化分子的平均能量活化能2. 已知某反应，在700 K时能够进行，当浓度为1 mol/L时，其碰撞次数可高达3.41034次/秒，而实际反应速度却为1.610-7molL-1s-1 ，为什么?具有较高能量并能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化分子具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差称为活化能。EaEcE分子的平均能量活化分子的平均能量活化能2. 已知某反应，在700 K时能够进行，当浓度为1 mol/L时，其碰撞次数可高达3.41034次/秒，

26、而实际反应速度却为1.610-7molL-1s-1 ，为什么?具有较高能量并能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化分子具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差称为活化能。3. 一般情况下，升高温度反应速度加快了，为什么?试用阿累尼乌斯公式说明.4. 温度不变时， 给反应加入正催化剂，为什么反应速度加快了，试用阿累尼乌斯公式说明.5. 锌粒与6 mol/L的硫酸在试管里反应制取氢气时，产生氢气的速率先逐渐加快，然后又逐渐减慢，试解释。3. 一般情况下，升高温度反应速度加快了，为什么?试用阿累尼乌斯公式说明.4. 温度不变时， 给反应加入正催化剂，为什么反应速度加快了，试用阿累尼乌斯公式说明.5.

27、 锌粒与6 mol/L的硫酸在试管里反应制取氢气时，产生氢气的速率先逐渐加快，然后又逐渐减慢，试解释。T / K310316327k / h-12.1610-24.0510-20.11915青霉素G的分解为一级反应，实验测得有关数据如下：求反应的活化能和指数前因子A。15某酶催化反应的活化能是50.0 kJ mol1，试估算此反应在发烧至40C的病人体内比正常人(37C)加快的倍数。 活着的动植物体内14C和12C两种同位素的比值和大气中CO2所含这两种碳同位素的比值是相等的，但动植物死亡后，由于14C不断蜕变(此过程为一级反应) 14C 14Ne t1/25720 a 14C/12C便不断下降，考古工作者根据14C/12C值的变化推算生物化石的年龄，如周口店山顶洞遗址出土的斑鹿骨化石的14C / 12C值是当今活着的动植物的0.109倍，试估算该化石的年龄。例：已知药物A在人体内的代谢服从一级反应规律。设给