化学反应速度

化学反应(huàxuéfǎnyìng)速率第4章Chapter4ChemicalReactionRate精品资料化学反应(huàxuéfǎnyìng)速率的表示方法以及基元反应、复杂反应等基本概念；理解并会用浓度、温度、催化剂诸因素解释其对化学反应(fǎnyìng)速率的影响；初步掌握阿仑尼乌斯公式的应用，会用其求算活化能及某温度下的反应速率；理解反应分子数和反应级数的概念，会进行基元反应有关的简单计算；5.初步掌握零级、一级和二级反应的特征。

本章教学要求精品资料4.1化学反应(huàxuéfǎnyìng)速率的基本概念Primaryconceptionofchemicalreactionrate4.2浓度对化学反应(huàxuéfǎnyìng)速率的影响Effectofconcentrationontherateofchemicalreaction4.4反应速率理论简介Briefintroductorytoreactionratetheory4.3温度对化学反应速率的影响Effectoftemperatureontherateofchemicalreaction4.5催化作用catalyze精品资料化学动力学(化学的动力学)研究(yánjiū)的是反应进行的速率,并根据研究(yánjiū)反应速率提供的信息探讨反应机理，即研究(yánjiū)反应的快慢和反应进行的途径。H2与O2具有生成H2O的强烈趋势,但室温(shìwēn)下气体混合物放置1万年仍看不出生成H2O的迹象。为了利用这个反应释放的巨大能量,就必须提供适当的动力学条件。因此，化学动力学研究还在于其实用意义。精品资料4.1.1化学反应(huàxuéfǎnyìng)的平均速率Theaveragerateofchemicalreaction4.1.2反应的瞬时(shùnshí)速率Instantaneousrateofchemicalreaction4.1化学反应速率的基本概念

Primaryconceptionofchemicalreactionrate精品资料定义反应速率(反应比率)是指给定条件下反应物通过化学反应转化(zhuǎnhuà)为产物的速率，常用单位时间内反应物浓度的减少或者产物浓度的增加来表示。浓度常用moldm–3，时间常用s，min，h，d，y。反应速率又分为平均速率（平均比率）和瞬时速率（瞬间比率）两种表示方法。4.1.1化学反应的平均(píngjūn)速率以H2O2在水溶液中的分解反应为例讨论这两个概念。精品资料(－△c(H2O2)/△t)/mol·dm–3·s–1△c(H2O2)/mol·dm–3△t/sc(H2O2)/mol·dm–3t/s15.0×10-410.5×10-48.0×10-46.3×10-44.8×10-44.8×10-42.8×10-4－0.60－0.42－0.32－0.25－0.19－0.15－0.112.321.721.300.980.730.540.390.28400400400400400400400040080012001600200024002800反应的平均速率=－△c(H2O2)△t随着时间的推移，双氧水的浓度在减小！精品资料▲实际工作中如何选择，往往取决于哪一种物质更易通过实验监测(jiāncè)其浓度变化。aA+bByY+zZ对于一般的化学反应：精品资料N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)起始(qǐshǐ)浓度(mol/L)1.03.004秒后(mol/L)0.41.21.2Question1精品资料

规定:以各个不同的速率项除以各自在反应式中的计量系数表示反应的反应速率.精品资料瞬时速率只能用作图的方法得到，例如对于(duìyú)反应（45℃）：2N2O5→4NO2+O24.1.2反应(fǎnyìng)的瞬时速率c(N2O5)/mol·dm-3

v/mol·

dm-3·s-10.905.4×10-40.452.7×10-4精品资料对于(duìyú)化学反应:精品资料反应(fǎnyìng)2W+XY+Z哪种速率表达式是正确的？（同学(tóngxué)们自己回答）Question1精品资料4.2浓度(nóngdù)对化学反应速率的影响Effectofconcentrationontherateofchemicalreaction在温度恒定情况下,增加反应物的浓度(nóngdù)可以增大反应速率。白磷在纯氧气中和在空气中的燃烧反应速率∝碰撞次数∝反应物浓度精品资料化学动力学中,按反应机理(jīlǐ)不同,分为基元反应和非基元反应.反应机理(reactionmechanism):反应物到产物所经历的途径(tújìng).如:H2(g)+I2(g)=2HI(g)的反应机理如下:(1)I22I(快反应)(2)H2+I+I=2HI(慢反应)1.基元反应与非基元反Elementalreactionandunelementalreaction精品资料非基元反应(fǎnyìng):如果一个反应(fǎnyìng)由两个或两个以上基元反应(fǎnyìng)组成,即为非基元反应(fǎnyìng)或复杂反应(fǎnyìng).基元反应:反应物微粒(wēilì)直接碰撞一步实现的反应.如:NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)

其中慢的基元反应决定整个反应的速率,称为非基元反应的速度决定步骤.(Ratedeterminingstep)精品资料2.质量(zhìliàng)作用定律和速率方程1863年,挪威学者古德堡(Guldberg)和威格(Wagge)在大量(dàliàng)事实基础上提出了质量作用定律.

在一定温度下,基元反应的化学反应速率与各反应物摩尔浓度（以方程式中该物质的计量系数为指数的乘积成正比。对于任一基元反应：aA+bB=gG+hHrateequationofelementalreaction精品资料速率方程式中的k称为速率常数，其数值为在一定条件（温度、催化剂）下，当各反应物浓度均为1mol·L－1时的化学反应速率。k值决定于反应的本性和反应温度。k值一般都由实验(shíyàn)测定。式中(a+b)称为(chēnɡwéi)反应总级数.说明:(1)速率常数k的单位:

a+b反应总级数k的单位

0

0级

1一级

S-1

2二级精品资料(2)a+b称为反应(fǎnyìng)总级数,a为反应(fǎnyìng)物A的级数,b为反应(fǎnyìng)物B的级数.反应级数可以为0,自然数,也可以是分数.

2Na+2H2O=2NaOH+H2

H2(g)+I2(g)=2HI(g)

0级反应反应(fǎnyìng)级数的计算精品资料Question例1:某一反应(fǎnyìng)的速度决定步骤2A(g)+B(g)=3C(g),将1molA(g)和2molB(g)混合，反应(fǎnyìng)立即发生，当A.B都用掉一半时,反应(fǎnyìng)速度是反应(fǎnyìng)初始速度的_____倍；当A.B都用掉2/3时，反应(fǎnyìng)速度是初始速度的___倍。精品资料Question例2:已知反应2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g)的反应机理(jīlǐ)为:（1）NO+NO==N2O2(快)（2）N2O2+H2==N2O+H2O(慢)（3）N2O+H2==N2+H2O(快)则总反应速率方程式为:A.ν=kc2(NO)c2(H2)B.ν=kc(NO)c(H2)C.ν=kc2(NO)c(H2)D.ν=kc2(NO)精品资料Question例3:给定条件下,反应2NO+2H2=N2+2H2O分两步进行,I.2NO+H2=N2+H2O2(慢)II.H2O2+H2=2H2O(快)若容器体积(tǐjī)减至原来的一半,则反应速率变为原来的()倍?A.2B.4C.8D.16精品资料则速率方程为:反应速率=kc(A)其积分形式是:lnct(A)=-kt＋lnc0(A)以ln[ct(A)/mol·dm-3]对t作图,应该得到一条直线(zhíxiàn)。直线(zhíxiàn)的斜率和直线(zhíxiàn)在纵坐标上的截距分别为-k和ln[c0(A)/mol·dm-3]。如果该反应(fǎnyìng)是一级反应(fǎnyìng),例如●分解反应CH3CH2Cl(g)→H2C=CH2(g)+HCl(g)●放射性衰变反应●重排反应H2C–CH2→CH3CH=CH2CH2精品资料当反应物A的转化率为50%时所需的反应时间称为(chēnɡwéi)半衰期,用表示，与浓度无关。对于一级反应,其半衰期为:则这一方法常被用于考古研究，例如测定埃及古墓的年代。美国科学家利比因（LibbyWF）发明利用(lìyòng)测定放射性14C确定地质年代法（放射性炭素扩展名）获1960年诺贝尔奖。1908~1980精品资料4.3温度对反应速率(sùlǜ)的影响Effectoftemperatureontherateofchemicalreaction1.Van’THoff规则(guīzé)温度每升高10℃,反应速率就增大到原来的2-4倍.例:如果在某温度范围内,温度升高10℃,反应速率增大1倍,那么在55℃时的反应速率是25℃时反应速率的_____倍;100℃时的反应速率是25℃时的________倍.精品资料温度升高,反应速率加快的根本原因:体系活化分子(fēnzǐ)百分数增加.1887年瑞典物理化学家SvandteArrhenius在大量实验事实的基础上提出(tíchū)了反应速率常数和温度之间的关系式2、Arrhenius公式式中k为速率常数,A为指前因子,Ea反应活化能.在一定的温度范围内,Ea和A不随温度改变,对于给定的化学反应,Ea为定值.精品资料3.活化能对反应速率(sùlǜ)的影响由图可知:(1)对于活化能不同的化学反应，在同一温度(wēndù)下,活化能越大，其反应速率越小。精品资料(3)对于一给定化学反应，例如反应Ⅰ，如果要把反应速率增加9倍，例如在低温区，k值从10增加到100，只需升温666.7K-500K=166.7K，而在高温区,k值从1000增加到10000则需要升温2000K－1000k=1000K。这便说明一个反应在低温时速率随温度变化比在高温敏感得多。(2)对于活化能不同的两个化学反应，活化能较大的反应，其反应速率随温度增加较快，升温对活化能较大的反应更有利。精品资料4.活化能的计算(jìsuàn)精品资料Question例1:300K时鲜牛奶(niúnǎi)4小时变质，但在277K时保存48小时，则牛奶(niúnǎi)变质反应的活化能为（）

A.无法计算B.+5.75KJ·mol-1

C.-74.5KJ·mol-1D.+74.5KJ·mol-1例2:一反应(fǎnyìng)的活化能为85KJ·mol-1,则该反应(fǎnyìng)在400.15K时的反应(fǎnyìng)速率是300.15K时的_________倍.精品资料4.4反应(fǎnyìng)速率理论简介Briefintroductorytoreactionratetheory4.4.1碰撞(pènɡzhuànɡ)理论Collisiontheory4.4.2过渡状态理论

Transitionstatetheory

精品资料4.4.1碰撞(pènɡzhuànɡ)理论基元反应A+B=AB之所以能够发生(fāshēng),是由于微粒A、B间的相互碰撞，那么是否每次碰撞都能发生(fāshēng)反应？如：2HI(g)=H2(g)+I2(g)浓度为10-3mol/L的HI气体，在973k时，碰撞频率为3.5×1023次/l.s,如果每次碰撞都能发生化学反应，则v理=5.8×104mol/L.s,而v=1.2×10-8mol/L.s.精品资料发生有效碰撞的两个基本前提:●碰撞粒子的动能必须足够大●对有些物种而言,碰撞的几何方位要适当对于反应1918年Lewis以气体(qìtǐ)分子运动论为基础提出。精品资料Example对于(duìyú)反应精品资料对HCl和NH3的气相反应，显然HCl的H端只能通过狭窄的“窗口”接近孤对电子，发生有效碰撞的机会(jīhuì)自然小多了。Example精品资料Lewis根据气体(qìtǐ)分子运动论,提出碰撞理论.内容:(1)化学反应过程是反应物分子相互(xiānghù)碰撞,分子中化学键被打开,继而建立新的化学键的过程.只有活化分子间的碰撞才可能发生化学反应.(2)活化分子间的碰撞只有在取向适当的条件下才能发生反应.所以活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞;但有效碰撞一定是活化分子间的碰撞.精品资料4.4.2过渡(guòdù)状态理论三十年代,Eyring(艾林)提出(tíchū)过渡态理论.反应物在相互接近时要经过一个中间过渡状态，即形成一种“活化络合物”，然后再转化为产物。这个过渡状态就是活化状态，如A+BCA…B…CAB+C反应物活化络合物产物（始态）（过渡态)（终态）精品资料精品资料Question例:反应(fǎnyìng)2AB(g)=A2(g)+B2(g),正反应(fǎnyìng)的活化能Ea(+)=44.3KJ·mol-1,