普通化學(xué)第三章化學(xué)反應(yīng)速率

普通化學(xué)第三章化學(xué)反應(yīng)速率1第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六教學(xué)目標(biāo)1.了解化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法及基元反應(yīng)、簡(jiǎn)單反應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)等基本概念。2.了解濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響；掌握質(zhì)量作用定律、速率方程及反應(yīng)級(jí)數(shù)等。3.了解溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響；掌握阿侖尼斯方程的應(yīng)用。第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六

各種化學(xué)反應(yīng)的速率極不相同，即使對(duì)同一化學(xué)反應(yīng)，條件不同，化學(xué)反應(yīng)速率也不相同。例如Cl2和H2見光就爆炸生成HCl，不見光則幾乎不能反應(yīng)；Fe和鹽酸很快就能反應(yīng)，而石油和煤的形成則需要漫長(zhǎng)的時(shí)間，環(huán)境污染中的白色污染，其降解需要幾十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。由此可知，一些為人們所需要的化學(xué)反應(yīng)，往往由于反應(yīng)速率太慢而無法加于利用，為此，就必須設(shè)法提高化學(xué)反應(yīng)速率。例如，合成氨的反應(yīng)，在常溫常壓，反應(yīng)進(jìn)行非常緩慢，根據(jù)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，只要控制反應(yīng)條件，用鐵作催化劑，在720~770K和高壓下，反應(yīng)就能較快地進(jìn)行，從而達(dá)到提高產(chǎn)率的目的。而對(duì)那些危害性的反應(yīng)，例如橡膠、塑料的老化，金屬設(shè)備的腐蝕等，則需要設(shè)法抑制或減緩其進(jìn)行，以減少損失。因此，研究化學(xué)反應(yīng)，不僅需要考慮它發(fā)生的可能性而且要研究如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)反應(yīng)，研究反應(yīng)的速率和反應(yīng)機(jī)理。這就是化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容。第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)

化學(xué)反應(yīng)速率的概念

一、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法二、化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)定方法第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六一、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法以單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加表示：

式中

表示平均反應(yīng)速率；△t表示從t1到t2的時(shí)間間隔；△c表示從時(shí)間t1到t2這段時(shí)間內(nèi)物質(zhì)濃度由c1到c2的變化。濃度若用mol/L，時(shí)間分別用h、min、s，則反應(yīng)速率單位分別為mol/L?h、mol/L?min、mol/L?s?！畹谖屙摚踩彭?，編輯于2023年，星期六例如：在340K時(shí)，N2O5的熱分解反應(yīng)：2N2O5=4NO2+O2以不同物質(zhì)表示的平均化學(xué)反應(yīng)速率為：☆第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六t0t0t0對(duì)一般化學(xué)反應(yīng)：aA+bB=dD+eE瞬時(shí)速率：☆第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六例如：在340K時(shí)，將0.160molN2O5放在1L容器中，測(cè)定其濃度隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

N2O5分解反應(yīng)的速率（340K）二、化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)定方法☆第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)

濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

一、反應(yīng)機(jī)理

二、質(zhì)量作用定律和速率方程

三、反應(yīng)級(jí)數(shù)

第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六10●內(nèi)因：毫無疑問，反應(yīng)速率首先決定于反應(yīng)物本身的性質(zhì).●外因：濃度溫度催化劑接觸面積對(duì)于某一化學(xué)反應(yīng)的快慢影響因素第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六一、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑叫做反應(yīng)機(jī)理（或反應(yīng)歷程）H2O2+2H++2Br-=Br2+2H2O（1）H+

+H2O2=H3O2+

快反應(yīng)（2）H3O2++Br-=H2O+HOBr快反應(yīng)（3）HOBr+H++Br-=H2O+Br2

慢反應(yīng)☆第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六化學(xué)反應(yīng)速率的快慢主要由反應(yīng)速率最慢的基元反應(yīng)（稱為決速步驟）決定。由反應(yīng)物分子一步就能轉(zhuǎn)化為生成物分子的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。一個(gè)化學(xué)反應(yīng)只含有一個(gè)基元反應(yīng)的稱為簡(jiǎn)單反應(yīng)。如：CO(g)+NO2(g)=CO2(g)+NO(g)由兩個(gè)或兩個(gè)以上基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)稱為非基元反應(yīng)或復(fù)合(雜）反應(yīng)。☆第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六質(zhì)量作用定律：在其它條件不變時(shí)，基元反應(yīng)的速率與各反應(yīng)物以反應(yīng)系數(shù)為指數(shù)的濃度乘積成正比。CO(g)+NO2(g)=CO2(g)+NO(g)v=k·c(CO)·c(NO2)aA+bB=cC+dDv=k·ca(A)·cb(B)

注意：質(zhì)量作用定律只適用于基元反應(yīng)。二、質(zhì)量作用定律和速率方程☆第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六反應(yīng)速率方程中的比例常數(shù)k稱為速率常數(shù)。k取決于反應(yīng)的本性，k值的大小與反應(yīng)的活化能E

a有關(guān)，活化能越小，k值越大，活化能越大，k值越小。k與濃度無關(guān)。k隨溫度而變，通常溫度升高，k值增大?！畹谑捻?，共三十九頁，編輯于2023年，星期六三、反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)物A的反應(yīng)級(jí)數(shù)為m，反應(yīng)物B的反應(yīng)級(jí)數(shù)為n，。m+n+稱為該反應(yīng)的級(jí)數(shù)?！畹谑屙摚踩彭?，編輯于2023年，星期六

溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

一、范特霍夫（Van’thoff）規(guī)則二、阿累尼烏斯（Arrhenius）公式第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六一、范特霍夫（Van’thoff）規(guī)則范特霍夫根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)歸納出一條近似規(guī)律：溫度每升高10?C，反應(yīng)速率將大約增加到原來的2~4倍。k(t+10)kt=rr=2~4式中，kt和k(t+10)分別表示某一化學(xué)反應(yīng)在溫度t?C和(t+10)?C時(shí)的速率常數(shù)；r表示溫度每升高10?C時(shí)反應(yīng)速率增加的倍數(shù)，稱為溫度系數(shù)，它能大致反映溫度對(duì)反應(yīng)速率影響程度的大小?！畹谑唔?，共三十九頁，編輯于2023年，星期六二、阿侖尼斯(Arrhenius)公式對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度變化的定量關(guān)系，瑞典化學(xué)家阿倫尼烏斯在1889年提出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式指出，化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù)與熱力學(xué)溫度成以下指數(shù)關(guān)系：☆根據(jù)范特霍夫規(guī)則可以粗略的估計(jì)化學(xué)反應(yīng)隨溫度變化時(shí)的反應(yīng)速率的大小，但不能進(jìn)行嚴(yán)格的定量計(jì)算。第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六兩邊取對(duì)數(shù)后得：lnk=+lnA

或：lgk=+lgA這個(gè)公式稱為阿累尼烏斯公式（后兩個(gè)稱為對(duì)數(shù)形式的阿累尼烏斯公式）。式中k表示速率常數(shù)；Ea為活化能；R為理想氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；A為指前因子或頻率因子。指數(shù)本身無量綱。A的單位同k?！畹谑彭?，共三十九頁，編輯于2023年，星期六☆阿累尼烏斯方程不適用的四種情況第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六1.計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的活化能

測(cè)定了某化學(xué)反應(yīng)在不同溫度T1、T2的速度常數(shù)k1、k2，便可求得該反應(yīng)的活化能。lgk1=+lgA(1)lgk2=+lgA(2)(2)-(1)：lgk2-lgk1=☆第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六例1

對(duì)下列反應(yīng)：2NOCl(g)=2NO(g)+Cl2(g)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得：T1=300K時(shí)，k1=2.8×10-5L·mol-1·s-1；T2=400K時(shí)，k2=7.0×10-1L·mol-1·s-1

。求反應(yīng)的活化能和頻率因子。解：將T1、

T2、

k1、

k2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入公式：Ea=101kJ·mol-1

將Ea、T1、

k1（或T2和

k2）代入公式：lgk

=+lgAA=7.8×1012L·mol-1·s-1☆第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六2.計(jì)算不同溫度下的速率常數(shù)例2

某化學(xué)反應(yīng)的活化能Ea=114kJ·mol-1

。在T1=600K時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得k1=0.75×10-5L·mol-1·s-1

，據(jù)此，計(jì)算該化學(xué)反應(yīng)在700K時(shí)的速率常數(shù)。解：將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入公式：得：k2=20

L·mol-1·s-1

☆第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六第四節(jié)反應(yīng)速率理論簡(jiǎn)介

一、有效碰撞理論二、過渡狀態(tài)理論第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六一、有效碰撞理論㈠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的必要條件是反應(yīng)物分子間必須進(jìn)行碰撞。㈡只有少數(shù)碰撞能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞稱為有效碰撞。㈢能夠發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子。1.活化分子百分?jǐn)?shù)化學(xué)反應(yīng)速率與活化分子百分?jǐn)?shù)成正比?！畹诙屙?，共三十九頁，編輯于2023年，星期六2.活化能普通分子變成活化分子至少吸收的能量稱為活化能。EEaAEE*

能量分子的能量分布曲線具有一定能量的分子百分?jǐn)?shù)/%

同一化學(xué)反應(yīng)，在同一溫度下，分子的能量分布曲線是一定的，活化分子百分?jǐn)?shù)也是一定的；同一反應(yīng)在不同溫度下，分子的能量曲線是不同的，活化分子的百分?jǐn)?shù)也不相同，但是，化學(xué)反應(yīng)中活化分子所具有的最低能量E*不隨溫度而變。

Ea=E*-E☆第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六活化能特征：1.活化能的大小由化學(xué)反應(yīng)本性決定。溫度變化對(duì)活化能影響幅度很小，一般不予考慮。催化劑對(duì)活化能影響幅度較大，這主要是催化劑的加入改變了化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的緣故。2.活化能的大小對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度起著決定性的作用?；罨茉叫?，反應(yīng)速率越大；活化能越大，反應(yīng)速率越小。二、過渡狀態(tài)理論(又稱為活化配合物理論）基本要點(diǎn)：當(dāng)兩個(gè)具有足夠能量的反應(yīng)物分子相互碰撞時(shí)，分子的化學(xué)鍵要經(jīng)過重排，能量要經(jīng)過重新分配，首先形成一個(gè)過渡狀態(tài)的活化配合物，然后具有較高能量的活化配合物不穩(wěn)定，很快分解，實(shí)現(xiàn)從反應(yīng)物分子變?yōu)楫a(chǎn)物分子的轉(zhuǎn)化。☆第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)673K整個(gè)反應(yīng)可表示為：CO(g)+NO2(g)O—NOC—OCO2(g)+NO(g)吸收能量放出能量放出能量吸收能量勢(shì)能反應(yīng)過程Ea正Ea逆QCO+NO2CO2+NOABEAEBE*OCOON

反應(yīng)要經(jīng)過三個(gè)過程:1.反應(yīng)物分子必須發(fā)生定向碰撞，才有可能形成活化配合物。2.具有較高能量的分子在碰撞過程中將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能，形成活化配合物?；罨浜衔飿O不穩(wěn)定，能迅速分解。3.活化配合物既可以分解為產(chǎn)物分子也可分解為反應(yīng)物分子?！畹诙隧?，共三十九頁，編輯于2023年，星期六第五節(jié)催化作用一、催化劑和催化作用二、催化作用的特點(diǎn)三、均相催化和非均相催化（1）均相催化反應(yīng)（2）多相催化反應(yīng)

四、酶催化反應(yīng)29第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六一、催化劑和催化作用

凡能加快化學(xué)反應(yīng)速率而本身的組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后基本保持不變的物質(zhì)。1.催化作用原理

催化劑改變了化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，催化劑與反應(yīng)物中的一種或幾種物質(zhì)作用，首先生成中間化合物，而這種中間化合物又與另外的反應(yīng)物作用或本身分解，重新釋放出催化劑并形成新的產(chǎn)物。A+K

AKAK+BAB+K☆第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六ABEa

E1E2Ea

AB+KA+B+K能量反應(yīng)過程圖3-4非催化反應(yīng)與催化反應(yīng)的活化能比較A+K

AKAK+BAB+K催化作用原理：由于催化劑的加入，改變了化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，降化了反應(yīng)的活化能，從而加快了化學(xué)反應(yīng)速率。☆第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六2.催化劑的特點(diǎn)①催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)方向。②催化劑具有高選擇性。O③催化劑具有高效性☆第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六二、催化作用的類型1.均相催化反應(yīng)NO(g)H+(aq)2.多相催化反應(yīng)（復(fù)相催化反應(yīng)）Fe(s)3.酶催化反應(yīng)本章結(jié)束第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六本章結(jié)束請(qǐng)大家共同來完成下列練習(xí)題第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六一、判斷題：1.對(duì)所有的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速率的大小都與反應(yīng)物濃度有關(guān)。（）2.濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，主要是影響活化分子的百分?jǐn)?shù)。（）3.升高溫度，可使正、逆反應(yīng)的速率同時(shí)加快，但加快的倍數(shù)不同。（）4.化學(xué)反應(yīng)的速率方程式可按照化學(xué)反應(yīng)方程式直接寫出。（）5.催化劑既能降低正反應(yīng)的活化能，也可以降低逆反應(yīng)的活化能。（）第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六6.催化劑的選擇性在于它改變了化學(xué)反應(yīng)的始、終態(tài)。（）7.反應(yīng)級(jí)數(shù)不同的化學(xué)反應(yīng)，其速率常數(shù)的單位也不相同。（）8..當(dāng)Ea,正

>Ea,逆時(shí)，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。（）9.化學(xué)反應(yīng)的級(jí)數(shù)等于反應(yīng)方程式中反應(yīng)物的計(jì)量系數(shù)之和。（）第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期六二、選擇題：1.某化學(xué)反應(yīng)在700K時(shí)的速率常數(shù)為20L·mol-1·s-1，則該反應(yīng)一定是（）。A零級(jí)反應(yīng)