第二章_化学动力学基础课件

2.1,化学反应速率的概念,第二章 化学动力学基础,2.5,催化剂和催化作用,2.4,反应速率理论和反应机理简介,2.3,温度对反应速率的影响,2.2,浓度对反应速率的影响,2.1,化学反应速率的概念,2.1.1,平均速率和瞬时速率,2.1.2,定容反应速率,某一有限时间间隔内浓度的变化量。,2.1.1,平均速率和瞬时速率,2NO,2,(CCl,4,) + O,2,(g),例：,N,2,O,5,(CCl,4,),1.,平均速率,40,，,5.00mLCCl,4,中,N,2,O,5,的分解速率,N,2,O,5,(CCl,4,),2NO,2,(CCl,4,)+ 1/2O,2,(g),t,1,= 0 s,c,1,(N,2,O,5,) = 0.200 molL,-1,t,2,=300 s,c,2,(N,2,O,5,) = 0.180 molL,-1,时间间隔,t, 0,时平均速率的极限值。,2.,瞬时速率,经过,A,点,切线斜率的负数,为,2700s,时刻的瞬时速率。,r,= -,dc,B,/dt,A,点切线的斜率,=,t,1,= 0 s,c,1,(N,2,O,5,)= 0.144 molL,-1,t,2,= 5580 s,c,2,(N,2,O,5,)= 0 molL,-1,3.1.2,定容反应速率,2NO,2,(CCl,4,) + O,2,(g),例：,N,2,O,5,(CCl,4,),r,定容条件下的,反应速率,(mol,L,-1,s,-1,),对于一般的化学反应：,a,A(aq) +,b,B(aq),y,Y(aq) +,z,Z(aq),对于定容的气相反应：,溶液中的化学反应：,2.2,浓度对反应速率的影响,速率方程,2.2.1,化学反应速率方程,2.2.3,浓度与时间的定量关系,2,.2.2,由实验确定反应速率方程的,简单方法,初始速率法,40,，,CCl,4,中,N,2,O,5,分解反应的,r,:,c,( N,2,O,5,),2.2.1,化学反应速率方程,N,2,O,5,的分解速率与,N,2,O,5,浓度的比值是恒定的，即反应速率,r,与,c,(N,2,O,5,),成正比。,可见：,对于一般的化学反应：,反应级数：,若,=,1,，,A,为一级反应；,=,2,，,B,为二级反应，则,+=,3,，总,反应级数为,3,。,，,必须通过实验确定其值,。,通常,a,b,。,k ,反应速率系数：,零级反应,molL,-1,s,-1,； 一级反应,s,-1,；二级反应,(molL,-1,),-1,s,-1,；,k,不随浓度而变，但受温度的影响，通常温度升高，,k,增大。,例如：,反应的有关实验数据如下：,2,.2.2,由实验确定反应速率方程的 简单方法,初始速率法,该反应的速率方程：,对,NO,而言是二级反应，对,H,2,而言是一级反应。,试问如何求出反应速率系数？,亦可写为：,2.2.3,浓度与时间的定量关系,ln,c-t,关系应为直线,当反应物,A,的转化率为,50%,时所需的反应时间称为半衰期，用 表示。,对于一级反应,其半衰期为：,则,半衰期：,例题,:,在过剩的,SCN,-,存在下,发生反应,:,某温度下该反应的,k,=2.0,10,-6,s,-1,。（,1,）计算该反应的半衰期,;,（,2,）当,Cr,3+,的浓度减少到最初浓度的,25.0%,时，需多少时间？,2.3.1 Arrhenius,方程,2.3,温度对反应速率的影响,Arrhenius,方程,2.3.3,对,Arrhenius,方程的进一步分析,2.3.2 Arrhenius,方程,的应用,k,与温度有关，,T,增大，一般,k,也增大， 但,kT,不是线性关系。,反应速率方程,2.3.1 Arrhenius,方程,k,和,c,B,影响反应速率。,ln,k,-1/,T,图,Arrhenius,方程：,k-T,图,k-T,关系图：,直线的截距为,ln,k,0,。,直线的斜率为 ，,指数形式：,k,0,指前参量,E,a,实验活化能，单位为,kJ,mol,-1,。,k,0,与,E,a,是经验参量，,当温度变化范围不大时，视为与温度无关。,1.,已知,T,1,k,1,，,T,2,k,2,，求,E,a,通常活化能的数值在,40 400 kJ,mol,-1,之间，多数为,60250 kJ,mol,-1,。,两式相减，整理得到：,2.3.2 Arrhenius,方程,的应用,2.,由,E,a,计算反应速率系数,例题：,N,2,O,5,(g),2,NO,2,(g) +1/2O,2,(g),已知：,T,1,=298.15K,k,1,=0.46910,-4,s,-1,T,2,=318.15K,k,2,=6.2910,-4,s,-1,求：,E,a,及,338.15K,时的,k,3,。,2.,温度升高，,k,增大，一般反应温度每升高,10,，,k,将增大,210,倍；,2.3.3,对,Arrhenius,方程的进一步分析,1.,在 ，,E,a,处于方程的指数项中，对,k,有显著影响，在室温下，,E,a,每增加,4kJ,mol,-1,，,k,值降低约,80%,；,4.,对不同反应，升高相同温度，,E,a,大的反应,k,增大的倍数多，因此升高温度对反应慢的反应有明显的加速作用。,3.,根据 对同一反应，升高一定温度，在低温区反应的,k,增加的倍数较多， 因此对于原本反应温度不高的反应,可采用升温的方法提高反应速率；,2.4.1,碰撞理论,2.4,反应速率理论,2.4.3,活化能与反应速率,2.4.2,活化络合物理论,以气体分子运动论为基础，主要用于气相双分子反应。,例如：反应,发生反应的两个基本前提：,发生碰撞的分子应有足够高的能量,碰撞的几何方位要适当,2.4.1,碰撞理论,能够发生反应的碰撞为,有效碰撞,。,能够发生有效碰撞的分子为,活化分子,。,气体分子的能量分布和活化能,E,c,E,E,k,以量子力学对反应过程中的能量变化的研究为依据，认为从反应物到生成物之间形成了势能较高的活化络合物，活化络合物所处的状态叫过渡态。,例如反应：,其活化络合物为 ，具有较高的势能,E,ac,。它很不稳定，很快分解为产物分子,NO,2,和,O,2,。,N O,O O O,2.4.2,活化络合物理论,(,过渡态理论,),化学反应过程中能量变化曲线,E,(),反应物,(,始态,),势能,E,(),生成物,(,终态,),势能,正反应的活化能,E,a(,正,),=,E,ac,-,E,(),逆反应的活化能,E,a(,逆,),=,E,ac,-,E,(),r,H,m,=,E,(),-,E,(),= ,E,ac,-,E,a(,逆,),-,E,ac,-,E,a(,正,),r,H,m,=,E,a(,正,),-,E,a(,逆,),E,a(,正,),E,a(,逆,),，,r,H,m,0,，为放热反应；,E,a(,正,),E,a(,逆,),，,r,H,m,0,，为吸热反应。,Arrhenius,活化能：由普通分子转化为活化分子所需要的能量。,2.4.3,活化能与反应速率,Tolman,活化能：,对于气相双分子简单反应，碰撞理论已推算出：,E,a,=,E,c,+1/2,RTE,c,。,常把,E,a,看作在一定温度范围内不受温度的影响。,温度影响：,当浓度一定，温度升高，活化分子分数增多,反应速率增大。,浓度影响：,当温度一定，某反应的活化能也一定时，浓度增大,分子总数增加，活化分子数随之增多,反应速率增大。,2.5.1,催化剂与催化作用的基本特征,2.5,催化剂和催化作用,2.5.3,酶催化,2.5.2,均相催化与多相催化,催化剂：,存在少量就能加快反应而本身最后并无损耗的物质。,2.5.1,催化剂与催化作用的基本特征,催化作用的特点 ：,只能对热力学上可能发生的反应起作用。,通过改变反应途径以缩短达到平衡的时间。,只有在特定的条件下催化剂才能表现活性。,催化剂有选择性，选择不同的催化剂会有,利于不同种产物的生成。,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,