化学反应速率课件

化学反应速率概述：热力学——可能性动力学——现实性例：CO(g)+NO(g)=CO2(g)+1/2N2(g)

ΔrGmθ（298.15K）=-344kJ.mol-1

反应的可能性很大，可以用此法来治理汽车尾气，但反应速率却慢，要实现它，需要提高反应的速率。2.1化学反应速率及其表示方法1、化学反应速率定义：化学反应进度随时间的变化率为反应速率，表示为：

ξ=dξ/dt=ν

单位：mol/s

对于一般化学反应

aA+bB=gG+dDν

=ξ=dξ/dt=vB-1dnB/dt对有限量的变化：

ξ=vB-1ΔnB

/Δt若反应体系的体积为V、且不随时间而变化，用下式表示化学反应速率

d（nB/V）dCBν

=ξ/V=vB-1=vB-1

dtdt对于有限量的变化：v=vB-1ΔCB/Δt

单位：mol/m3·s

例：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

vB

:-1-32CB(始)：1.03.02.0mol/m3t=2s:0.82.41.6mol/m3

Δt:2.02.02.0sΔCB:-0.2-0.60.4mol/m3v:0.100.100.10mol/m3·s2.v=vB-1ΔCB/Δt定义的反应速率的特点：（1）数值的大小与选择的物质种类无关，对同一反应，只有一个值;（2）对于反应物、vB

与ΔCB

均为负值;（3）在实际应用中，常选浓度变化易测定那种物质来表示化学反应速率;也可测定物质的其它物理量或用光谱、色谱仪测定反应物或生成物浓度随时间的变化率。2、2影响化学反应速率的因素

内因：反应物的组成、结构、碰撞及其能量（静态）（动态）化学反应的快、慢外因：反应物浓度、温度、压力、催化剂等2、2、1浓度与化学反应速率的关系1、基元反应与非基元反应定义：

例：O2+H(g)=HO(g)+O(g)基元反应

2NO+2H2=N2+2H2O非基元反应

2NO+H2=N2+H2O2

（慢）

H2O2+H2=2H2O（快）2、基元反应的速率方程式——质量作用定律（1）定律意义与表达式对于基元反应aA+bB=gG+dDv=kCAa

CBb

（2）特点：可以根据反应方程式直接写出表达式3、非基元反应的速率方程式（1）定律意义与表达式对于非基元反应aA+bB+┅gG+dD+┅

v=kCAαCBβ┅

（2）特点：式中α、β等指数是待定数；表达式不能直接根据反应式写出，必须由实验确定。（例P33）

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)(V2O5催化剂)v=kc(CO)(实际为一级反应)4、反应级数与N级反应意义：分级数、级数特点：值可为0、正整数、分数或负数取值与N级反应5、速率常数kI意义：比例常数

II影响因素：本性、温度、催化剂等、与反应物浓度大小无关。

III单位：（浓度）1-n

·（时间）-1

例：一级反应：k1的SI单位S–1

二级反应：k2的SI单位m3

·mol—1

·s—1

结论：k的单位随反应级数而定

IVk的大小实质：反应比速（意义）

(数值相等、单位不同)V/[v]=k/[k]

（[v][k]表示V、K各自的单位）

V应用：常用来比较相同条件下不同反应的速率大小或同一反应在不同温度、催化剂时的速率大小。6、一级反应中反应物浓度、反应时间、速率常数的关系式

(1）表达式：

对于一级反应：v=-dc/dt=k1c

积分后：

ln(c/[c])=-k1t+ln(c0/[c])

（注意解释各物理量的意义）（2）一级反应的特征：

Iln(c/[c])t一次直线方程、直线斜率为–k

II半衰期t1/2=0.693/k与反应物浓度无关（3）t1/2

的应用

I放射性元素的特征常数

II基础科学研究的应用（4）例P34例2.1（分析、讲）

2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)H2O2分解是一级反应，k=0.0410min-1

I若从0.500mol/dm3

溶液开始分解，10分钟后，浓度是多少？

IIH2O2在溶液中分解一半所需的时间？解：ln[c/[c]=-0.0410min-1×10.0min+ln(0.500mol·dm-3/mol·dm-3)

求得：c=0.332mol·dm-3t1/2=0.693/k=0.693/0.0410min-1=16.9min2、2、2温度与化学反应速率的关系1实验事实：牛奶在273K时48h不变酸、在300K时4h变酸（为什么？）2、理论解释：

T↑、分子能量↑更多的分子参加反应，使反应速率↑3、半定量公式：范特荷夫规则：ΔT10K

Δv2—4倍（液体1—2倍、气体2—4倍）4.定量公式：（1）表达式：

k=Aexp(-Ea/RT)

lg(k/[k])=-Ea/2.303RT+lg(A/[A])

（2）公式中各物理量的意义：（不同的反应A、Ea不同（表2—1）、但在一定的温度范围内各为一定值）（3）公式的理解：

I当T一定时、对于不同的反应、Ea

↑k↓v↓反应就越慢；反之亦然。

II对于同一反应（当反应物浓度相同时）T↑k↑v↑反应就越快；反之亦然。

III可以根据不同T时的k,求反应的活化能

T1时：lg(k1/[k])=-Ea/2.303RT1+lg(A/[A])T2

时：lg(k2/[k])=-Ea/2.303RT2+lg(A/[A])

两式相减有：lg(k2/k1)=Ea/2.303{[T2–T1]/T2·T1}（4）计算示例（P35例2.2）

例：已知反应H2S2O3=H2SO3+S（s）

在浓度相同的条件下析出硫，

T1=293K时需时t1=110S；

T2=303K，需时t2=45.0S。

求：该反应的活化能Ea、313K析出硫并达到同等程度浑浊时所需的时间。解：因为反应速度与反应所需的时间成反比

k2/k1=v2/v1=t1/t2=110s/45.0s

由lg(k2/k1)=Ea/2.303{[T2–T1]/T2·T1}得Ea=2.303R[T1

·T2/(T2–T1)]lg(k2/k1)

Ea=2.303×8.314[293×303/(303–293)]lg(110/45.0)=6.60×104(J/mol)当T3=313K时由lg(k3/k1)=Ea/2.303{[T3–T1]/T3·T1}

lg(110s/t3)=Ea/2.303{[T2–T1]/T2·T1}求得反应时间:t=19.5S(5)Ea对反应速率影响的经验规律：0105kJ/mol快<>很慢（6）阿氏公式适用范围：P38的第一类反反应4、2、3催化作用

1、催化剂与催化反应

2、催化剂改变化学反应速率的机理（P38图2—4）

3、催化剂作用的特点：（1）只能加速热力学上可能进行的反应（2）催化剂只能改化学反应速率常数

k，而不改变化学平衡常数K

（3）催化反应中，催化剂具有特殊的选择性（P39）2、3几种类型的反应2、3、1多相反应

1、相、多相体系与多相反应

2、多相反应的速率常数kPkC

及影响因素：物理的、化学的

3、多相反应的步骤：扩散——反应——离去2、3、2链反应

1、定义