《化學(xué)反應(yīng)教學(xué)》第一章-化學(xué)反應(yīng)速率

化學(xué)反應(yīng)速率出發(fā)攀登沖頂成功化學(xué)反應(yīng)也經(jīng)歷著這樣一個(gè)攀登的過(guò)程整理課件2HI→H2+I2如，對(duì)于反應(yīng)：用飛秒（1fs=10-15s）技術(shù)可知：HI………過(guò)渡態(tài)………H2+I20100fs200fs

可見(jiàn)，化學(xué)反應(yīng)并非一蹴而就，而是有一個(gè)

如果描述這個(gè)過(guò)程的能量狀態(tài)，經(jīng)過(guò)研究發(fā)定的高度，反應(yīng)物才有可能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。現(xiàn)：像登山一樣，系統(tǒng)的能量必須先提高到一過(guò)程的，此具體過(guò)程稱(chēng)“機(jī)理”。整理課件化學(xué)反應(yīng)速率1.定義以濃度為基礎(chǔ)的化學(xué)反應(yīng)速率：υ=例如，對(duì)于aA+bB→gG+dD，其反應(yīng)速率：υ=-=-==其中vB（a<0b<0g>0d>0）為化學(xué)計(jì)量數(shù)。單位：mol·dm-3·s-1。一般用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加來(lái)表示。整理課件某給定溫度下,在密閉容器中氮?dú)馀c氫氣反應(yīng)生成氨,各物質(zhì)變化濃度如下:

N2+3H2

2NH3起始濃度(mol/L)1.03.003秒后濃度(mol/L)0.72.10.6整理課件1.活化分子有效碰撞理論化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的先決條件是反應(yīng)物質(zhì)點(diǎn)(或原子、離子）間的碰撞。碰撞中只有極小一部分發(fā)生反應(yīng)——能發(fā)生有效碰撞的分子——活化分子

★能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞稱(chēng)有效碰撞能發(fā)生有效碰撞的活化分子應(yīng)具備的條件：1、具有足夠的能量2、碰撞在合適的方位上有效碰撞次數(shù)越多，反應(yīng)速率越快?。》磻?yīng)速率理論整理課件分子的“有效”碰撞與“無(wú)效”碰撞swf-fNO2+CO→NO+CO2整理課件例如，2HI(g)=H2(g)+I2(g)反應(yīng)物濃度：10-3mol·dm-3;溫度：973K每秒每dm3體積內(nèi)碰撞總次數(shù)：3.5×1028次理論反應(yīng)速率：5.8×104mol·dm-3·s-1;實(shí)際反應(yīng)速率：1.2×10-8mol·dm-3·s-1;整理課件Ea

=E(最低)-

E(平)分子百分?jǐn)?shù)E(平)

E(最低)

T1T2活化分子具有的能量高出系統(tǒng)中反應(yīng)物分子的平均能量，此能量差——活化能Ea

反應(yīng)的活化能越大，活化分子總數(shù)（或活化分子百分?jǐn)?shù)）越少，有效碰撞次數(shù)就越少，因此化學(xué)反應(yīng)速率越慢。Ea:影響化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)在因素單位：kJ?mol-1整理課件2.過(guò)渡狀態(tài)理論反應(yīng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)一個(gè)中間的過(guò)渡狀態(tài)，形成活化配合物。

活化配合物極不穩(wěn)定，迅速分解為產(chǎn)物或活化配合物所具有的最低能量和反應(yīng)物分子的平均能量之差是活化能：Ea=E(配)-

E(平)反應(yīng)物；整理課件NO2+CONO+CO2ONOCO++Ea,1Ea,2ΔrHABC再以NO2+CO→NO+CO2的反應(yīng)過(guò)程為例:反應(yīng)歷程系統(tǒng)能量活化配合物(過(guò)渡狀態(tài))活化能反應(yīng)熱整理課件化學(xué)反應(yīng)還會(huì)有更復(fù)雜的過(guò)程。

不管過(guò)程是什么樣的，反應(yīng)系統(tǒng)首先要攀登一個(gè)能量高峰，即反應(yīng)物先要吸收能量（活化能），然后才可能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。

與登山運(yùn)動(dòng)相比，常把活化能視為“能壘”，因?yàn)椋夯罨艿停磻?yīng)快；活化能高，反應(yīng)慢。整理課件

化學(xué)反應(yīng)是可逆的，所以常把Ea,1稱(chēng)正反應(yīng)活化能，而Ea,2稱(chēng)逆反應(yīng)活化能。若Ea1<Ea2,ΔrHm<0,放熱反應(yīng)。若Ea1>Ea2,

ΔrHm>0,吸熱反應(yīng)。☆活化能與反應(yīng)熱ΔrHm=Ea1-Ea2整理課件濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響影響反應(yīng)速率的因素催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響整理課件一、基元反應(yīng)和非基元反應(yīng)基元反應(yīng)：反應(yīng)物的微粒（分子、原子、離子或自由基）間直接碰撞而一步實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)。SO2Cl2SO2+Cl2CO+NO2NO+CO22

NO22NO

+O2——質(zhì)量作用定律濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響整理課件非基元反應(yīng)：經(jīng)過(guò)若干個(gè)基元反應(yīng)才能完成的反應(yīng)。速率控制步驟：

在復(fù)雜反應(yīng)中，速率最慢的步驟（慢反應(yīng)）（快反應(yīng)）（快反應(yīng)）整理課件1.質(zhì)量作用定律對(duì)于基元反應(yīng):aA+bB→gG+dD有:υ=k

ca(A)·cb(B)υ∝ca(A)·cb(B)即:質(zhì)量作用定律表達(dá)式若aA+bB→gG+dD為非基元反應(yīng),則:υ=k

cm(A)·cn(B)反應(yīng)速率方程式

反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度（以計(jì)量數(shù)的絕對(duì)值為指數(shù)）的乘積成正比。式中：k稱(chēng)反應(yīng)速率常數(shù)。整理課件

(mol

dm-3)(1-n)

s-1

k值大小反映了υ的快慢，相同條件下：k大則υ大，k小則υ小單位：與c、v的單位和方次冪有關(guān)速率常數(shù)k(rateconstant)

k與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)；受溫度、催化劑影響。

k值一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定整理課件注意：1、質(zhì)量作用定律適用于基元反應(yīng)2、基元反應(yīng)可由質(zhì)量作用定律寫(xiě)出反應(yīng)速率方程；但由實(shí)驗(yàn)確定的速率方程和質(zhì)量作用定律表達(dá)式一致時(shí)，該反應(yīng)不一定是基元反應(yīng)。3、純s、l態(tài)物質(zhì)和稀溶液反應(yīng)中溶劑不寫(xiě)入速率方程4、不同的化學(xué)反應(yīng)有不同的速度方程和速度常數(shù)，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能得到。整理課件例如：H2(g)+I2(g)2HI(g)V=k

c(H2)c(I2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得：該反應(yīng)是分步進(jìn)行的：I22

I（快反應(yīng)）2I+H22HI

（慢反應(yīng)）例如：C(s)+O2(g)CO2(g)

v=k

c(O2)

例如：C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6

v=kc(C12H22O11)整理課件

反應(yīng)級(jí)數(shù)（a+b）或（m+n）m、n要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定定義：

反應(yīng)級(jí)數(shù)反映了反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響程度。反應(yīng)級(jí)數(shù)越大，反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響就越大。

m、n分別表示A和B的濃度的指數(shù),

分別稱(chēng)為反應(yīng)物A和B的反應(yīng)級(jí)數(shù)。

m+n

該反應(yīng)的總反應(yīng)級(jí)數(shù)。

反應(yīng)級(jí)數(shù)可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)和零。整理課件如：2H2O22H2O+O2

v=kc(H2O2)為一級(jí)反應(yīng)S2O82-+2I-2SO42-+I2

v=kc(S2O82-)c(I-)S2O82-、I-分別為一級(jí)反應(yīng)整個(gè)反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)CH3CHOCH4+CO v=kc(CH3CHO)3/2即為3/2級(jí)反應(yīng)N2O(g)N2(g)+O2(g)

Auv=k零級(jí)反應(yīng)

H2(g)+Br2(g)2HBr(g)反應(yīng)級(jí)數(shù)難確定1/2整理課件溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響結(jié)論：溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快。原因：①T升高，分子的運(yùn)動(dòng)速率加快,有效碰撞次數(shù)增多，故反應(yīng)速率加快。

②更重要：T升高,分子的平均能量升高，使活化分子分?jǐn)?shù)增大，有效碰撞的百分?jǐn)?shù)增加,使反應(yīng)速率加快。溫度每升高10K，化學(xué)反應(yīng)速率大約增加到原來(lái)的2~4倍。溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，其實(shí)質(zhì)是溫度對(duì)速率常數(shù)的影響整理課件2.阿侖尼烏斯公式—溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響k=Aexp(-Ea/RT）即可以化為:=--=+A為給定反應(yīng)的特征常數(shù)，稱(chēng)指前因子，它與反應(yīng)物分子的碰撞頻率、定向碰撞的空間因素等有關(guān)，與反應(yīng)物濃度及反應(yīng)溫度無(wú)關(guān)。lnk與1/T成線性關(guān)系斜率=截距=lnA整理課件在已知T1、k1、T2、k2時(shí),上式又可化為：此式可用于計(jì)算Ea、k1或k2。2、已知Ea可求不同溫度下的速度常數(shù)設(shè)某反應(yīng)在T1時(shí)測(cè)得速度常數(shù)為k1在T2時(shí)測(cè)得速度常數(shù)為k2則:

Arrhenius方程的應(yīng)用1、當(dāng)Ea、A一定時(shí)；T升高k增大整理課件同升ΔT：在低溫區(qū)對(duì)反應(yīng)速率影響較大；在高溫區(qū)對(duì)反應(yīng)速率影響較小；

溫度對(duì)速率常數(shù)的影響，在低溫范圍內(nèi)比在高溫范圍內(nèi)更顯著溫度對(duì)活化能較大的化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù)影響較大

所以，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。討論：一定且T2>T1時(shí)，

整理課件例題1

某反應(yīng)在573K時(shí)，k=2.41×10-10s-1。而673K時(shí),k=1.16×10-6s-1。求此反應(yīng)的活化能。解：根據(jù)阿侖尼烏斯公式，代入數(shù)據(jù)，得：Ea=271.90kJ?mol-1即=-=-Ea=--整理課件例題2：尿素在294K分解成氨和二氧化氮的活化能為126.0kJ·mol-1，同溫度下，在有尿素酶存在時(shí)，反應(yīng)的活化能為46.0kJ·mol-1。問(wèn)：反應(yīng)因尿素酶的存在速率將升高多少倍？解：k2/k1=1.6×1014整理課件催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響催化劑:(catalyst)（“觸媒”、“酶”）能夠改變化學(xué)反應(yīng)速率，而其本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì).正催化劑：加快反應(yīng)速率負(fù)催化劑：減慢反應(yīng)速率催化作用：(catalysis)催化劑改變反應(yīng)速率的作用催化反應(yīng):(catalyticreaction)（緩蝕劑、抑制劑等）在催化劑作用下的進(jìn)行的反應(yīng)整理課件能量N2+H2NH3EaFeXNE'a催化作用的實(shí)質(zhì)：改變了反應(yīng)的機(jī)理，降低了反應(yīng)的活化能，因而提高了反應(yīng)速率。整理課件1、催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響，是通過(guò)改變反應(yīng)歷程實(shí)現(xiàn)的；催化劑的作用是化學(xué)作用。2、催化劑不影響產(chǎn)物與反應(yīng)物的相對(duì)能量，不能改變反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)；它不改變反應(yīng)的K和平衡狀態(tài)；催化劑的使用純屬動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

催化劑具有以下幾個(gè)基本特征：3、催化劑同等地加快正逆反應(yīng)的速度。縮短反應(yīng)到達(dá)化學(xué)平衡所需的時(shí)間。4、催化劑只能加速熱力學(xué)上認(rèn)為可以實(shí)際發(fā)生的反應(yīng)，對(duì)于熱力學(xué)計(jì)算不能發(fā)生的反應(yīng)，使用任何催化劑都是徒勞的，催化劑只能改變反應(yīng)途徑，而不能改變反應(yīng)發(fā)生的方向。?整理課件5、催化劑具有選擇性，一種催化劑在一定條件下只對(duì)某一種反應(yīng)或某一類(lèi)化學(xué)反應(yīng)具有催化作用，而對(duì)其他反應(yīng)沒(méi)有催化作用。C2H5OH具有獨(dú)特的選擇性：200~250℃CuCH3CHO+H2350~360℃Al2O3C2H4+H2OCH2=CH-CH=CH2+