普通化学 课件-第四章 化学反应速率

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 化学反应速率,4.1,化学反应速率的概念,化学反应速率,通常用单位时间内反应物或生成,物浓度的变化来表示。浓度单位用,molL,1,表示，,时间单位可用,s,、,min,、,h,等，故反应速率的单位为,molL,1,s,1,，,molL,1,min,1,，,molL,1,h,1,等。,如,:N,2(g),+3 H,2(g),=2NH,3(g),起始浓度,(mol/L)1.0 3.0 0,4,秒后,(mol/L)0.4 1.2 1.2,第四章 化学反应速率4.1 化学反应速率的概念,1,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,.,规定:以各个不同的速率项除以各自在反应式中,2,瞬时速率,:,化学反应进行到某一时刻的速率,.,对于化学反应,:,瞬时速率:化学反应进行到某一时刻的速率.对于化学反应:,3,普通化学 课件-第四章 化学反应速率,4,例,:,反应,2SO,2,(g)+O,2,(g)2SO,3,(g),的反应速率可以,表示为,=,，也可以表示为,（）,A.B.,C.D.,例:反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的,5,4.2,影响化学反应速率的因素,4.2.1,浓度对化学反应速率的影响,1.,基元反应与非基元反应,化学动力学中,按反应机理不同,分为,基元反应,和非基元反应,.,反应机理,:,反应物到产物所经历的途径,.,如,:H,2(g),+I,2(g),=2 HI,(g),的反应机理如下,:,(1)I,2,2 I (,快反应,),(2)H,2,+I+I =2 HI (,慢反应,),4.2 影响化学反应速率的因素4.2.1 浓度对化学反应速,6,2.,质量作用定律,1863,年,挪威学者古德堡,(Guldberg),和威格,(Wagge),在大量事实基础上提出了,质量作用定律,.,非基元反应,:,如果一个反应由两个或两个以上基,元反应 组成,即为非基元反应或复杂反应,.,基元反应,:,反应物微粒直接碰撞一步实现的反应,.,如,:NO,2,(g)+CO(g)=NO(g)+CO,2,(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,.,2.质量作用定律 1863年,挪威学者古德堡(Gu,7,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：,a A+b B=g G+h H,-,质量作用定律的数学表达式,(,速率方程式,),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,1molL,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,由实验测定。,在一定温度下,基元反应的化学反应速率与各 对于,8,式中,(a+b),称为反应总级数,.,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,(2)a+b,称为反应总级数,a,为反应物,A,的级数,b,为反应物,B,的级数,.,式中(a+b)称为反应总级数.说明:(1)速率常数k的单位,9,反应级数可以为,0,自然数,也可以是分数,.,2Na+2H,2,O=2NaOH+H,2,H,2,(g)+I,2,(g)=2 HI(g),0,级反应,例,1:,某一反应的速度决定步骤,2A(g)+B(g)=3C(g),将,1mol A(g),和,2 mol B(g),混合，反应立即发生，当,A.B,都用掉一半时,反应速度是反应初始速度的,_,倍；当,A.B,都用掉,2/3,时，反应速度是初始速度的,_,倍。,反应级数可以为0,自然数,也可以是分数.2Na+2H2,10,例,2:,已知反应,2NO(g)+2H,2,(g)=N,2,(g)+2H,2,O(g),的反应机理为,:,（,1,）,NO+NO=N,2,O,2,(,快,),（,2,）,N,2,O,2,+H,2,=N,2,O+H,2,O (,慢,),（,3,）,N,2,O+H,2,=N,2,+H,2,O (,快,),则总反应速率方程式为,:,A.=kc,2,(NO)c,2,(H,2,)B.=kc(NO)c(H,2,),C.=kc,2,(NO)c(H,2,)D.=kc,2,(NO),例,3:,给定条件下,反应,2NO+2H,2,=N,2,+2H,2,O,分两步进行,I.2NO+H,2,=N,2,+H,2,O,2,(,慢,),II.H,2,O,2,+H,2,=2H,2,O (,快,),若容器体积减至原来的一半,则反应速率变为原来的,(),倍,?A.2 B.4 C.8 D.16,例2:已知反应2NO(g)+2H2(g)=N2(g),11,例,:,在,600K,时,反应,2NO+O,2,=2NO,2,的实验数据如下,:,c(NO)(mol/L),C(O,2,)(mol/L),NO,的降低速率,mol,.,L,-1.,S,-1,0.010,0.010,0.030,0.010,0.020,0.020,2.510,-3,5.010,-3,4.510,-2,(1),写出上述反应的速率方程式,计算反应级数,;,(2),计算速率常数,;,(3),当,c(NO)=0.015mol/L,c(O,2,)=0.025mol/L,时,v=?,例:在600K时,反应2NO+O2=2NO2的实验数据如下:,12,3.0,级反应和一级反应,4.2.2,温度对反应速率的影响,1.VanT Hoff,规则,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,.,3.0级反应和一级反应4.2.2 温度对反应速率的影,13,温度升高,反应速率加快的根本原因,:,体系活化,分子百分数增加,.,2,、,Arrhenius,公式,1887,年瑞典物理化学家,Svandte Arrhenius,在大量实验事实的基础上提出了反应速率常数和温度之间的关系式,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,.,温度升高,反应速率加快的根本原因:体系活化2、,14,3.,活化能对反应速率的影响,由图可知,:,(1),对于活化能不同的化学反应，,在同一温度下,活化能越大，其反应速率越小,.,3.活化能对反应速率的影响 由图可知:(1)对,15,(3),对于一给定化学反应，例如反应,，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。,(3)对于一给定化学反应，例如反应，如果要把反(2)对于,16,4.,活化能的计算,4.活化能的计算,17,例,:300K,时鲜牛奶,4,小时变质，但在,277K,时保存,48,小时，则牛奶变质反应的活化能为（）,A.,无法计算,B.+5.75 KJmol-1,C.-74.5 KJmol-1 D.+74.5 KJmol-1,例,2:,一反应的活化能为,85 KJ,mol,-1,则该反应在,400.15K,时的反应速率是,300.15K,时的,_,倍,.,例:300K时鲜牛奶4小时变质，但在277K 时保存例2:一,18,4.3,化学反应速率理论,4.3.1,反应速率碰撞理论,1918,年,Lewis,根据气体分子运动论,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,.,4.3 化学反应速率理论4.3.1 反应速率碰撞理论19,19,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,.,所以活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞;,20,4.3.2,反应速率过渡态理论,三十年代,Eyring(,艾林,),提出过渡态理论,.,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+BC ABC AB+C,反应物 活化络合物 产物,（始态）（过渡态,),（终态）,4.3.2 反应速率过渡态理论三十年代,Eyring(艾,21,例,:,反应,2AB(g)=A,2,(g)+B,2,(g),正反应的活化能,Ea,(+),=,44.3 KJ mol,-1,AB,的,f,H,m,=1.35 KJ mol,-1,逆反应的,活化能应为：,_.,例:反应 2AB(g)=A2(g)+B2(g),正,22,4.4,催化剂对化学反应速率的影响,图,3,有无催化剂时的反应历程,催化作用的特点,:,(1),催化剂参与化学反应,改变反应历程,降低反应活化,能,.,4.4 催化剂对化学反应速率的影响图3 有无催化剂时,23,(2),催化剂不改变反应体系的热力学状态,即不改,变反应的热效应,.,(3),催化剂的加入,不影响化学平衡,不改变反应的平,衡常数,.,(4),催化剂的加入,不改变化学反应的反应方向,.,(5),催化剂具有高效性和专一性,.,(2)催化剂不改变反应体系的热力学状态,即不改(3)催化剂,24,