第三章反应速率

第三章反应速率第1页，课件共28页，创作于2023年2月υ＝1/V•dξ/dt因为dξ＝dnB/ν

B

cB＝nB

/V

υ＝1/ν

B•

dnB

/Vdt＝1/νB•

dcB

/dt2、υ的单位有mol•

L-1•s-1;mol•

L-1•min-1mol•

L-1•h-13、υ的种类瞬时速率平均速率②化学反应速率反应进度随时间的变化率。单位体积的反应系统中，反应进度随时间的变化率。用υ表示第2页，课件共28页，创作于2023年2月在一定条件下合成氨反应的浓度变化用N2来计算=(-3)-1(-0.6mol.l-1/2s)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

起始浓度／mol.L-11.03.00

2s后浓度／mol.L-10.82.40.4

则：υ=νB-1ΔcB/Δt=(-1)-1(-0.2mol.L-1/2s)用H2来计算用NH3来计算=(+2)-1(0.4mol.l-1/2s)为该时间内的平均反应速率。

=0.1mol.l-1s-1

第3页，课件共28页，创作于2023年2月3-2化学反应速率的测定测量不同时间某一反应物（或产物）的浓度，绘制浓度随时间的变化曲线，从中求出某一时刻曲线的斜率dcB

/dt，此再乘以νB-1即为该反应在此时的反应速率。一、平均速率在某一时间间隔内浓度变化的平均值。二、瞬时速率第4页，课件共28页，创作于2023年2月

注：关键是浓度的测定

化学方法：（滴定法）某时间化学反应，取样、测定缺点：操作麻烦，误差大物理方法：用于浓度有关的物理性质如压力、体积、旋光率、电导、光谱等。

第5页，课件共28页，创作于2023年2月3-3影响化学反应速率的因素一、浓度对反应速率的影响1、元反应和复合反应①元反应(elementaryreaction)

：一步完成的化学反应称元反应。②复合反应：由多步完成的化学反应称复合反应。复合反应的每一步均为元反应。第6页，课件共28页，创作于2023年2月

2、质量作用定律(ratelaw)

：在一定温度下,元反应的反应速率与反应物的浓度（以此物质的化学计量数的绝对值为指数）的乘积成正比。对于反应：aA+fF=gG+dD其反应速率为

υ∝cAa•cFf

称为速率方程(rateequation）

υ

=k•cAa

•cFf

K称为速率常数(rateconstant)与浓度无关，而与反应物的本性、温度、催化剂等因素有关。对于某一给定反应在同一温度，催化剂等条件下，是一个定值。第7页，课件共28页，创作于2023年2月3、反应级数：速率方程的指数称为反应级数

n=a+fk物理意义：反应物浓度为单位浓度时反速率的大小。例：C2H5ClC2H4+HCl

υ=k.c(C2H5Cl)a=1,一级反应

如方程υ

=k•cAa

•cFfNO2(g)+CO(g)=NO(g)+1/2CO2(g)

υ=kc(NO2)c(CO)a+f=2二级反应第8页，课件共28页，创作于2023年2月

元反应

→整数反应级数通过实验测定。例1复合反应整数分数负数EXAMPLE:H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)

υ=kcH2cCl21/2

υ=kcAαcFβ式中α、β——反应的分级数，对A物质是α级反应，对B物质是β级反应;

n＝α＋β——总反应级数第9页，课件共28页，创作于2023年2月例1

在1073K时,反应:2NO＋2H2(g)=N2(g)＋2H2O(g)进行了反应速率的实验测定，有关数据如下：实验标号起始时浓度

mol•dm-3起始时反应速率υmol•dm-3.s-1c(NO)c(H2)16.00×10-31.00×10-33.19×10-326.00×10-32.00×10-36.36×10-336.00×10-33.00×10-39.56×10-341.00×10-36.00×10-30.48×10-352.00×10-36.00×10-31.92×10-363.00×10-36.00×10-34.30×10-3反应速度方程:υ=k[c(NO)]2•[c(H2)]第10页，课件共28页，创作于2023年2月4、一级反应

B→产物①反应速率方程υ＝1/νB•

dcB

/dt＝－dcB

/dt－dcB

/cB＝kdtυ＝kcB

第11页，课件共28页，创作于2023年2月②一级反应的特征A

lncBt/cB0与t呈直线关系，直线的斜率为－k。反应级数有两种求算方法B

半衰期（反应物消耗一半所需时间，用

t1/2

表示）:t1/2与反应物的浓度无关，而与速率常数成反比。作图法尝试法t1/2

＝0.693/k例2第12页，课件共28页，创作于2023年2月例2：

H2O2(aq)

H2O(l)

+O2

为一级反应，已知：k=0.0410min-1如果c0(H2O2)=0.5000mol·L-1求：（1）t=10min时的c(H2O2)＝？（2）

t1/2

＝？解:(1)

c(H2O2)＝0.3318mol·L-1(2)t1/2

＝0.693/k=0.693/0.0410=16.90min第13页，课件共28页，创作于2023年2月例3:

从考古发现的某古书卷中取出的小块纸片,测得其中614C/612C的比值为现在活的植物体内其比值的0.795倍,试估算该古书的年代？（已知614C的半衰期为t1/25730年)解：k＝0.693/t1/2＝0.693/5730＝1.21×104年-1而cBt＝0.795cB0t＝1910年所以-1.21×104t＝lncBt

/cB0第14页，课件共28页，创作于2023年2月4、其它级数的反应反应级数是由实验测定的，有些反应的级数尚无法测定。零级反应（反应速率与浓度无关）例：氧化亚氮在细颗粒金属表面的热分解

N2O(g)=N2(g)+½O2(g)v=kc0(N2O)=k元反应（二级）NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)元反应（三级）2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)v=kc2(NO)

c(O2)非元反应：反应级数可正整数、零、分数、负数。第15页，课件共28页，创作于2023年2月二、温度对反应速率的影响1、阿仑尼乌斯公式：阿仑尼乌斯根据实验，提出在给定温度变化范围内反应速率与温度之间有定量关系。ln(k/A)=－Ea/RT

指前因子反应的活化能①指数式：②对数式：或lnk=－Ea/RT＋lnA=a/T＋β第16页，课件共28页，创作于2023年2月若T1

→

k1

T2

→k2lnk2=－Ea/RT2＋lnA

……⑵③A消除式：则lnk1=－Ea/RT1＋lnA……⑴⑵－⑴则得：第17页，课件共28页，创作于2023年2月例3

在28℃时，鲜牛奶4小时变酸；但在5℃的冰箱里，鲜牛奶可保持48小时变酸。设牛奶变酸的反应速率与变酸时间成反比，试估算牛奶变酸反应的活化能和温度由18℃升至28℃牛奶变酸反应速率变化的倍数？解：

(1)反应的活化能∵T1＝273+5＝278K

T2＝273+28＝301K

∴Ea=75KJ•mol-1

第18页，课件共28页，创作于2023年2月

(2)反应速率变化倍数∵T1＝273+18＝291K

T2＝273+28＝301K

第19页，课件共28页，创作于2023年2月3、温度变化与反应速率变化的关系的计算：2、阿仑尼乌斯公式可以看出：①若温度T增加，则k增大，所以υ也增大；②

k不仅与温度T有关，且与活化能Ea有关。大多数反应的k与T的关系符合阿仑尼乌斯公式，温度升高反应速率增加。第20页，课件共28页，创作于2023年2月4、温度对反应速率影响的其它类型TkTkTkTk第21页，课件共28页，创作于2023年2月三、反应的活化能和催化剂A、有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞。B、活化分子：能发生有效撞的分子。C、活化能：活化分子所具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差。

活化能越高，活化分子数越少，反应速度越慢。活化能的大小取决于反应物的本性，它是决定化学反应速度的内在因素。1、活化能的概念（Theconceptionofactivationenergy）第22页，课件共28页，创作于2023年2月Ea＜40KJ•mol-1

，其反应速率非常大，

反应可瞬间完成；

Ea＞400KJ•mol-1

，其反应速率非常小，

看不到反应的进行。2、加快反应速率的方法

凡能增加单位体积内活化分子总数的方法都可以使反应速率加快。

活化分子总数＝溶质总数×活化分子%①增大浓度（或气体压力）。增大浓度或气体压力即增加单位体积中的活化分子的总数。百分数没有增大。速率增加不高。第23页，课件共28页，创作于2023年2月②升高温度。增加了活化分子的百分数，从而增大了单位体积中活化分子的总数。③降低活化能。通常用催化剂改变反应途径.3、催化剂(catalyst)

：能显著改变反应速率，而本身的组成、质量和化学性质在反应前后保持不变的物质。例：N2+H2

NH3

采用Fe做催化剂反应历程为:1/2N2+xFeFexNFexN+1/2H2FexNHFexNH+H2FexNH3xFe+NH3

第24页，课件共28页，创作于2023年2月②只能加速平衡到达的时间，而不能改变平衡状态。③有特殊的选择性。④少量杂质常能强烈地影响催化作用。①降低反应的活化能。6、催化剂的主要特征是：A.

助催化剂：增强催化剂的活性。B.

催化毒物：使催化剂的活性和选择性