无机化学-化学反应速率-习题课课件

本章内容小结书后习题课外习题1本章内容小结1本章内容小结反应速率概念平均速率，瞬时速率反应速率理论碰撞理论，过渡状态理论反应机理

基元反应，反应分子数，复杂反应影响反应速率的因素浓度，温度，催化剂五.反应物浓度与时间的关系2本章内容小结反应速率概念2一、反应速率概念反应速率是指在一定条件下反应物转变为生成物的速率，通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。反应速率的单位：

mol·dm-3·s-1mol·dm-3·min-1，mol·dm-3·h-13一、反应速率概念反应速率是指在一定条件下反应物转变为生平均速率

指某一时间间隔内的化学反应速率的平均值

对于一般的化学反应

aA+bB=gG+hH，有

4平均速率42.瞬时速率

指在某一时刻的化学反应速率对于上述反应，有即：同一反应以不同组分的浓度变化表示反应速率时，其反应速率比等于各自计量系数之比。52.瞬时速率即：同一反应以不同组分的浓度变化表示反应速率时

瞬时速率可由实验测定，一般采用作图法求出：(1)画出浓度—时间（c－t）曲线图；(2)在指定时间的曲线位置上做切线；(3)求出切线斜率的绝对值(用作图法,量出线段长,求出比值)。6瞬时速率可由实验测定，一般采用作图法求出：二.反应速率理论碰撞理论要点：反应物分子间的相互碰撞是反应进行的先决条件；具备足够的能量是有效碰撞的必要条件；只有当活化分子组中的各个分子采取合适的取向进行碰撞时，反应才能发生。7二.反应速率理论碰撞理论7f:能量因子；Ea:活化能；Z*:满足能量要求的碰撞次数；Z**:真正的有效碰撞次数；P:取向因子。8f:能量因子；8活化能(Ea)：能发生有效碰撞的活化分子组所具有的最低能量。Ea

越大,活化分子组所占比例则越少,有效碰撞分数越小,故反应速率越慢.不同类型的反应,活化能差别很大.分子的能量因碰撞而不断变化,故活化分子组也不是固定不变的.但只要温度一定,活化分子组的百分数是固定的.9活化能(Ea)：能发生有效碰撞的活化分子组所具有的最低能量。2.过渡状态理论要点：(1)当反应物分子接近到一定程度时,分子的键连关系将发生变化,形成一中间过渡状态,即活化配合物；(2)活化配合物能量高,不稳定，它既可以分解为产物，也可以变成原来的反应物；(3)反应速率决定于活化配合物的浓度,活化配合物分解成产物的几率和分解成产物的速率.

102.过渡状态理论10(4)正反应活化能(Ea)：反应物分子的平均势能与活化配合物的势能之差。同理，逆反应活化能可表示为Ea’。(5)正逆反应活化能之差为化学反应的摩尔反应热：Ea

－Ea´

＝

rHm

Ea>Ea´,

rHm>0,为吸热反应；

Ea<Ea´,

rHm<0,为放热反应。11(4)正反应活化能(Ea)：反应物分子的平均势能与活化配合三、反应机理基元反应：指反应物分子一步直接转化为产物的反应。复杂反应：由两个或两个以上的基元反应组合而成的总反应。反应分子数：基元反应或复杂反应的基元步骤中发生反应所需要的微粒（分子、原子、离子或自由基）的数目。12三、反应机理基元反应：指反应物分子一步直接转化为产物的反应。反应分子数为正整数，一般为1、2，3分子反应已少见，4和4以上的分子碰撞在一起而发生的反应,尚未见到；对于非基元反应，无反应分子数可言。13反应分子数为正整数，一般为1、2，13四、影响反应速率的因素1.浓度对反应速率的影响(1)定性讨论：增加反应物浓度可增大反应速率。碰撞理论解释：由于增加反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，从而增加了单位时间内在此体积内反应物分子有效碰撞的频率，故导致反应速率增大。14四、影响反应速率的因素1.浓度对反应速率的影响14(2)定量讨论：反应速率方程：对于化学反应aA+bB=gG+hH，有

r=k

c(A)m

c(B)n

反应级数：

上述反应的反应级数为m+n，即速率方程中幂指数之和。反应级数可以为简单正整数、零、分数，也有时无意义。15(2)定量讨论：15速率常数k

：在给定温度下，各种反应物浓度皆为1mol·dm-3时的反应速率，也称为比速常数。注意：k取决于反应的本性；k是温度的函数，与浓度无关；通常T升高，k增大，反应速率加快。16速率常数k：在给定温度下，各种反应物浓度皆为1mol·用不同物质的浓度改变表示速率时,k值不同，即不同的速率常数之比等于反应方程式中各物质的计量数之比。k的单位为[c]1

n[t]

1(n为反应级数)；根据给出的反应速率常数的单位,可以判断反应的级数.17用不同物质的浓度改变表示速率时,k值不同，即不同的速率常数V.基元反应质量作用定律：恒温下,基元反应（包括复杂反应的基元步骤）的化学反应速率同反应物浓度幂的连积成正比,幂指数等于反应方程式中的化学计量数.

18V.基元反应182.温度对反应速率的影响定性讨论：温度升高，分子的平均能量升高,单位体积内活化分子百分数增大，有效碰撞增加,故反应速率加快.定量计算：Arrhenius(阿仑尼乌斯)公式：192.温度对反应速率的影响19式中：k

速率常数，Ea

活化能，R

气体常数，

T

绝对温度，e自然对数底,e=2.71828……,A

指前因子,单位同k。

应用阿仑尼乌斯公式讨论问题,可以认为Ea,A

不随温度变化.由于T

在指数上,故对k

的影响较大.20式中：k速率常数，Ea活化能，R气体常数，203.催化剂对反应速率的影响机理：催化剂参与化学反应，改变反应途径，降低反应活化能，使活化分子百分率增加，反应速率加快。特征：通过改变反应机理（降低活化能）改变反应速率。213.催化剂对反应速率的影响21对于可逆反应，同等程度改变正逆反应速率，只缩短达到平衡的时间，不改变平衡状态（即不能使平衡发生移动）。只改变反应途径，不改变反应方向，热力学上非自发进行的反应，催化剂不能使之变成自发的。催化剂有特殊选择性。22对于可逆反应，同等程度改变正逆反应速率，只缩短达到平衡的时间五、反应物浓度与时间的关系1.零级反应特征：整个反应过程中反应速率为一常数，与反应物浓度和反应经历的时间无关。对于反应A(反应物)→P(生成物)23五、反应物浓度与时间的关系1.零级反应232.一级反应特征：反应速率与反应物浓度的一次方成正比。反应A(反应物)→P(生成物)的速率方程为一级反应k的单位为：时间－1。242.一级反应一级反应k的单位为：时间－1。24一级反应的半衰期为：一级反应的半衰期与反应物浓度无关，只取决于速率常数k。25一级反应的半衰期为：一级反应的半衰期与反应物浓度无关，只取3.只有一种反应物的二级反应4.只有一种反应物的三级反应263.只有一种反应物的二级反应4.只有一种反应物的三级反应P924-5说明可逆反应的速率常数k+，k-与其平衡常数K之间关系。若已知某温度下氢氟酸的解离反应:HF(aq)=H+(aq)+F-(aq)

的平衡常数为7.08×10-4mol·dm-3。又已知基元反应:H+(aq)+F-(aq)=HF(aq)

的速率常数为1.00×1011mol·s-1，求氢氟酸解离反应的速率常数。书后习题27P924-5说明可逆反应的速率常数k+，k-与其平衡常对于基元反应来说，若其速率常数为k+，其逆反应的速率常数为k

，而平衡常数为K，则有K=k+/k

。基于本题的推导过程：根据题设，已知

HF(aq)=H+(aq)+F

(aq)(k+)

H+(aq)+F

(aq)=HF(aq)(k

)HF(aq)

H+(aq)+F

(aq)(K)P92，4-5解：28对于基元反应来说，若其速率常数为k+，其逆反应的速率常数为微观可逆性原理：如果正反应是基元反应,则其逆反应也必然是基元反应,且正逆反应经过同一活化络合物作为过渡态.由题设知反应H+(aq)+F

(aq)=HF(aq)为基元反应(k

)，根据微观可逆性原理，可知其逆反应氢氟酸的电离反应HF(aq)=H+(aq)+F

(aq)(k+)仍为基元反应.29微观可逆性原理：如果正反应是基元反应,则其逆反应也必然是当电离反应达平衡时，有v+=v

，故k+[HF]=k

[H+][F

]故k+=K•k

=7.0810-4mol•dm-31.001011dm3•mol-1•s-1=7.08107s-130当电离反应达平衡时，有v+=v，故故k+=KP924-7环丁烯异构化反应是一级反应在150oC时k=2.0×10-4s-1，气态环丁烯的初始浓度为1.89×10-3mol·dm-3。求：(1)20min时环丁烯的浓度；(2)环丁烯的浓度变成1.00×10-3mol·dm-3所需时间。31P924-7环丁烯异构化反应是一级反应31P92,4-7解：由题设知环丁烯异构化反应是一级反应，根据一级反应反应物的浓度与时间的关系式进行计算。(1)20min相当于1200s32P92,4-7解：由题设知环丁烯异构化反应是一级反应，根故20min后环丁烯的浓度为c=0.787c0=0.7871.8910-3mol•dm-3=1.4910-3mol•dm-333故20min后环丁烯的浓度为33P934-10考古学者从古墓中取出的纺织品，经取样分析其14C含量为动植物活体的85%。若放射性核衰变复合一级反应速率方程且已知14C的半衰期为5720年，估算该纺织品年龄。34P934-10考古学者从古墓中取出的纺织品，经取样分P934-10解：由于放射性同位素14C的衰变相当于一级反应，根据一级反应反应物的浓度与时间的关系式进行计算。35P934-10解：由于放射性同位素14C的衰变相当于一级3636P934-11已知某气相反应的活化能Ea=163kJ·mol-1，温度390K时的速率常数k=2.37×10-2dm3·mol-1·s-1。求温度为420K时的反应速率常数。37P934-11已知某气相反应的活化能Ea=163kJ·P93,4-11解：根据Arrhenius公式代入题设条件可得38P93,4-11解：根据Arrhenius公式代入题设条3939P934-12在19世纪末，荷兰科学家van’tHoff根据大量实验指出，温度升高10K，反应速率扩大2~4倍。假定这些实验是在27oC左右进行的，求所设计的化学反应的活化能Ea的范围。40P934-12在19世纪末，荷兰科学家van’tHoP934-12解：根据Arrhenius公式可得41P934-12解：根据Arrhenius公式可得41将k2/k1=2代入上式，得Ea1=53.6kJ•mol-1；将k2/k1=4代入上式，得Ea2=107.2kJ•mol-1；所以实验涉及的化学反应的活化能范围是

53.6107.2