化學(xué)反應(yīng)速率及表示方法

化學(xué)反應(yīng)速率及表示方法第一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)第二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)第三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)第四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)第五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)第六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)§4.1化學(xué)反應(yīng)速率及表示方法1.化學(xué)反應(yīng)速率的概念化學(xué)反應(yīng)速率，是指在一個(gè)特定的反應(yīng)中，物質(zhì)（反應(yīng)物或生成物）的濃度隨時(shí)間的變化率。所以具有“濃度?時(shí)間-1”的量綱。濃度常用物質(zhì)的量濃度（mol/L）表示。時(shí)間單位視反應(yīng)中反應(yīng)快慢用秒(s)、分(min)、小時(shí)（h）表示。第七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日某一瞬間反應(yīng)的實(shí)際速率，代表了化學(xué)反應(yīng)的真正速率。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)作C—t曲線(xiàn)，曲線(xiàn)上某一點(diǎn)的斜率（求微分）即該瞬時(shí)的反應(yīng)速率。應(yīng)注意的是：①公式前要加“±”號(hào)，隨時(shí)間量增加用“＋”,隨時(shí)間量減小，用“－”。②在同一化學(xué)反應(yīng)中用不同的物質(zhì)的濃度變化來(lái)表示反應(yīng)速率時(shí)，其數(shù)值是不同的。在表示化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，一定要注明是哪一種物質(zhì)：第八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日aA+bB?cC+dD為了避免用不同物的濃質(zhì)度變化表示反應(yīng)速率而得到不同的數(shù)值，也可以用反應(yīng)進(jìn)度來(lái)定義反應(yīng)速率。反應(yīng)進(jìn)度()的定義是：設(shè)B為反應(yīng)中的某一反應(yīng)物或生成物，則第九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日

—物質(zhì)B的反應(yīng)系數(shù)；

—反應(yīng)進(jìn)度為時(shí)反應(yīng)物中物質(zhì)B的物質(zhì)的量（mol）;—反應(yīng)進(jìn)度為0時(shí)反應(yīng)物中物質(zhì)B的物質(zhì)的量（mol）。反應(yīng)進(jìn)度隨時(shí)間的變化率稱(chēng)為轉(zhuǎn)化率，即轉(zhuǎn)化速率，單位mol?s－1：第十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日按IUPAC的推薦，用作為反應(yīng)速率的另一種表示方法，其定義是：式中V為反應(yīng)體系的體積，的單位（mol?L）。按上述定義，反應(yīng)速率的量值意義物質(zhì)B無(wú)關(guān)。對(duì)附反應(yīng)物來(lái)說(shuō)（前面加“－”），它是反應(yīng)物的消耗速率；對(duì)生產(chǎn)物來(lái)說(shuō)，它是生產(chǎn)物的生成速率。第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)§4.2基元反應(yīng)和反應(yīng)級(jí)數(shù)1質(zhì)量作用定律（也稱(chēng)反應(yīng)速率定律）一定溫度下：某基元反應(yīng)

aA+bB→cC+dD

上式稱(chēng)速率方程式，式中k為反應(yīng)速率常數(shù)，它取決于反應(yīng)物的性質(zhì)及溫度，與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)。第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)2.基元反應(yīng)反應(yīng)物分子只經(jīng)過(guò)一步反應(yīng)就直接轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)物分子，稱(chēng)為基元反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明質(zhì)量作用定律只適用于基元反應(yīng)，因?yàn)榛磻?yīng)直接代表了反應(yīng)物分子間的相互作用。實(shí)驗(yàn)還表明：絕大多數(shù)反應(yīng)都不是基元反應(yīng)，是幾個(gè)連續(xù)步驟的復(fù)合反應(yīng)。質(zhì)量作用定律可適用于其中每一步基元反應(yīng)，但不適用于總反應(yīng)，因?yàn)榭偡磻?yīng)代表的是以的總體計(jì)量關(guān)系，并不代表反應(yīng)的真正歷程。第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)3.反應(yīng)歷程根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從理論上推測(cè)的復(fù)合反應(yīng)的各步反應(yīng)（各基元反應(yīng)），叫做反應(yīng)歷程（或反應(yīng)機(jī)理）。反應(yīng)歷程是指組成一個(gè)復(fù)合反應(yīng)的基元反應(yīng)的序列。用速率方程驗(yàn)證反應(yīng)歷程，將多步反應(yīng)中的最慢反應(yīng)速率作為控制總速率的反應(yīng)，并將該反應(yīng)當(dāng)作基元反應(yīng)，然后用反應(yīng)濃度來(lái)替換該速率方程中的中間體濃度，如果所得方程和速率方程一致，則上述歷程可能是正確的。第十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)4.反應(yīng)的級(jí)數(shù)當(dāng)基元反應(yīng)為aA+bB→cC+dD時(shí)，在質(zhì)量作用定律中，反應(yīng)物濃度的指數(shù)（a、b）稱(chēng)為參加反應(yīng)的各組分（A、B）的級(jí)數(shù)?；磻?yīng)的總級(jí)數(shù)（n）則是各反應(yīng)物級(jí)數(shù)之和：

n=a+b

當(dāng)n=0為“零級(jí)反應(yīng)”；當(dāng)n=1為“一級(jí)反應(yīng)”，n=2為“二級(jí)反應(yīng)”，其余類(lèi)推。n可以為整數(shù)、分?jǐn)?shù)，也可以是負(fù)數(shù)。應(yīng)該注意的是：反應(yīng)級(jí)數(shù)是由實(shí)驗(yàn)確定的。第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)（1）零級(jí)反應(yīng)的特征整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)速率為一常數(shù)，與反應(yīng)物和反應(yīng)經(jīng)歷的時(shí)間無(wú)關(guān)。

B(反應(yīng)物)→P(生產(chǎn)物)反應(yīng)物濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系為(對(duì)上式積分):[B]=[B]0+kt式中：[B]0為反應(yīng)物B的起始濃度。零級(jí)反應(yīng)不多，常見(jiàn)的零級(jí)反應(yīng)是在固體表面發(fā)生的多相催化反應(yīng)。如氨在金屬鎢（W）表面的分解反應(yīng)。第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)（2）一級(jí)反應(yīng)的特征反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的一次方成正比。

B(反應(yīng)物)→P(生產(chǎn)物)第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日若以lg[B]~t作圖可得到一條直線(xiàn)，其斜率為（－k/2.303），可求得k值，k的量綱為：時(shí)間－1。這就是一級(jí)反應(yīng)所具有的基本特征之一。當(dāng)反應(yīng)物濃度消耗一半時(shí)所需要的時(shí)間稱(chēng)為反應(yīng)的“半衰期”，這時(shí)[B]=[B]0/2;t=。一級(jí)反應(yīng)的半衰期為：一級(jí)反應(yīng)的半衰期與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)而與速率常數(shù)的二次方成正比。若反應(yīng)物有兩種，則反應(yīng)速率與兩種反應(yīng)物濃度的乘積成正比。第十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日（3）二級(jí)反應(yīng)的特征反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的二次方成正比。若反應(yīng)物有兩種，則反應(yīng)速率與兩種反應(yīng)物濃度的乘積成正比。

2B(反應(yīng)物)→P(生產(chǎn)物)以～t作圖可得到一條直線(xiàn)，其斜率為k第十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)§4.3反應(yīng)速率理論1、碰撞理論2、過(guò)度狀態(tài)理論第二十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)1、碰撞理論（1）理論要點(diǎn)①化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的首要條件是反應(yīng)物分子間必須相互品質(zhì)碰撞。②并不是所有的反應(yīng)物分子的相互碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只有反應(yīng)物分子的能量超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，碰撞才能發(fā)生反應(yīng)。③分子碰撞發(fā)生反應(yīng)時(shí)，要求這些分子有適當(dāng)?shù)娜∠?。第二十一?yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日（2）有效碰撞那些能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞。發(fā)生有效碰撞的分子與普通分子的不同之處在于它們具有較高的能量。（3）活化分子與活化百分?jǐn)?shù)具有較高能量的分子稱(chēng)為活化分子?；罨肿诱挤肿涌倲?shù)的百分率稱(chēng)為活化分子百分?jǐn)?shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)活化百分?jǐn)?shù)。第二十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日（4）活化能使具有平衡能量的普通分子變?yōu)榛罨肿铀璧淖钚∧芰?。?）活化能與反應(yīng)速率的關(guān)系反應(yīng)速率的大小主要取決于有效碰撞的次數(shù)?；罨苁菦Q定反應(yīng)速率的內(nèi)在因素。一定溫度下，反應(yīng)的活化能越大，反應(yīng)中活化分子百分?jǐn)?shù)越小，單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞越少，反應(yīng)速率就越慢，反之，反應(yīng)速率就越快。第二十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)2、過(guò)渡狀態(tài)理論（1）理論要點(diǎn)反應(yīng)物要經(jīng)歷一個(gè)中間過(guò)渡狀態(tài)，先生成活化絡(luò)合物然后進(jìn)一步離解為產(chǎn)物：反應(yīng)物?過(guò)渡態(tài)→產(chǎn)物過(guò)渡狀態(tài)理論也稱(chēng)活化絡(luò)合物理論。所謂活化能是活化絡(luò)合物的最底能量與反應(yīng)物的能量之差。反應(yīng)中，只有那些勢(shì)能達(dá)到或高于活化絡(luò)合物最低能量的活化分子才能越過(guò)能壘變成產(chǎn)物。第二十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日（2）活化能與反應(yīng)熱的關(guān)系正反應(yīng)的活化能減去逆反應(yīng)的活化能等于該反應(yīng)的焓變，即：

△H=E正-E逆

當(dāng)E正>E逆時(shí)，△H

<0，反應(yīng)為放熱反應(yīng)；當(dāng)E正<

E逆時(shí)，△H

>0，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。第二十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)§4.4影響反應(yīng)速率的因素1、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響2、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響3、催化劑化學(xué)反應(yīng)速率的影響第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)1、濃度化學(xué)反應(yīng)速率的影響反應(yīng)速率隨溫度的變化而變化，在溫度一定時(shí)，增加反應(yīng)物的濃度，可增大反應(yīng)速率。注意：①增加反應(yīng)物濃度并不改變反應(yīng)活化分子的百分?jǐn)?shù)；②反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的定量關(guān)系，一般不能簡(jiǎn)單地從反應(yīng)的計(jì)量方程式中獲得，它與反應(yīng)機(jī)理有關(guān)，反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系可以由速率方程表示，而速率方程則由實(shí)驗(yàn)來(lái)決定。對(duì)基元反應(yīng)，反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系，可以由質(zhì)量作用定律來(lái)表示。

第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)2、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響很顯著。一般，反應(yīng)速率隨溫度升高而加快，而且溫度每升高10℃，反應(yīng)速率約增加2～4倍。阿侖尼烏斯論證了溫度與反應(yīng)速率之間的定量關(guān)系：或第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日式中：A是與反應(yīng)有關(guān)的特性常數(shù)，稱(chēng)為“指數(shù)前因子或頻率因子”；Ea為活化能（J/mol）；對(duì)某給定的反應(yīng)，Ea為定值，當(dāng)溫度變化不大時(shí)，Ea和A不隨溫度變化。由上式可見(jiàn)：①k與溫度有關(guān)。溫度越高，k越大，反應(yīng)速率越快。②k與活化能有關(guān)。若已知某反應(yīng)的活化能Ea及T1時(shí)k1的值，便可計(jì)算出該反應(yīng)在T2時(shí)刻的k2：第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日反之，已知T1和T2時(shí)的k1和k2也可以計(jì)算出該反應(yīng)的活化能。注意：①改變反應(yīng)溫度，改變了反應(yīng)中活化分子的百分?jǐn)?shù)，但并沒(méi)有改變反應(yīng)的活化能。②無(wú)論是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，升高反應(yīng)溫度，都會(huì)使反應(yīng)速率加快，只不過(guò)是吸熱反應(yīng)速率加快的程度大于放熱反應(yīng)而已。第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)3、催化劑反應(yīng)速率的影響（1）催化劑是一種能改變化學(xué)反應(yīng)速率，但不改變化學(xué)平衡位置，反應(yīng)前后自身的化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量都不發(fā)生變化的物質(zhì)。能加快反應(yīng)速率的稱(chēng)為正催化劑，能減慢反應(yīng)速率的稱(chēng)為負(fù)催化劑。催化劑能改變反應(yīng)速率的原因是改變了化學(xué)反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)的活化能，提高了反應(yīng)的活化分子百分?jǐn)?shù)。第三十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)注意①催化劑不能實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)上不能自發(fā)的反應(yīng)。即催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)的方向和限度。②對(duì)可逆反應(yīng)，催化劑等同地降低正、逆反應(yīng)的活化能。③催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響體現(xiàn)在速率方程中的速率常數(shù)上。⑤少量雜質(zhì)的存在可起催化劑或毒物的作用。④催化劑具有特殊的選擇性（專(zhuān)一性）。第三十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)機(jī)化學(xué)（2）多相催化（非均相