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3章 化学反应速率,9.11世贸大楼,钟乳石,第3章 化学反应速率9.11世贸大楼钟乳石,1,相关图片,CO(g)NO(g)1/2N,2,(g)+CO,2,(g),r,G,m,228.4,kJmol,1,相关图片CO(g)NO(g)1/2N2(g)+CO2,2,1、,熟悉化学反应速率的表示方法,。,2、掌握影响化学反应速率的因素。,3、理解化学反应机理：碰撞理论和过渡态理论。,4、,初步掌握通过实验测化学反应的级数的方法。,5、,熟悉催化剂的催化机理和在实际工作中的运用。,本章教学要求,1、熟悉化学反应速率的表示方法。本章教学要求,3,1、,在指定条件下反应进行的方向和限度化学热力学。,2,、,反应进行速率和具体步骤(反应机理)化学动力学。,研究化学反应速率与化学反应的机理，是化学动力学的任务。,前言,化学反应涉及两个基本问题：,3.1 化学反应速率和速率方程,1、在指定条件下反应进行的方向和限度化学热力学。2、反应,4,3.1.1 反应速率的定义,反应速率一般以在单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。,1、平均速率,反应物取“-”，产物取“+”,化学反应速率的单位可为molL,-1,s,-1,、molL,-1,min,-1,、molL,-1,h,-1,。,3.1.2 平均速率和瞬时速率,3.1.1 反应速率的定义 反应速率一般以在单位时间,5,例,：在298K下，将2.1 molL,-1,的N,2,O,5,充入一密闭容器中，分解,反应中各物质浓度变化如下：,2 N,2,O,5,（g）4NO,2,(g)+O,2,(g),起始浓度/molL,-1,2.1 0 0,100秒末浓度/molL,-1,1.95 0.30 0.075,试计算反应开始100秒内的平均速率。,例：在298K下，将2.1 molL-1的N2O5充入一密,6,苯 胺,2、瞬时速率,瞬时速率是缩短时间间隔，令,t,趋近于零时的速率,。,瞬时速率只能用作图的方法得到，例如对于反应（45,）：,2N,2,O,5,4NO,2,+O,2,3.1.2 平均速率和瞬时速率,苯 胺2、瞬时速率瞬时速率是缩短时间间隔，令t趋近于零时的,7,无机化学第3章化学反应速率解答课件,8,对于反应：,aA+bB=gG+hH,实际工作中如何选择，往往取决于哪一种物质更易通过试验监测其浓度变化.,等效等值,等效不等值,对于反应：aA+bB=gG+hH 实际工作中如,9,白磷在纯氧气中燃烧,白磷在含20%的氧气中燃烧,大量的实验证明：在一定温度下，增大反应物的浓度，大都使反应速率加快。,3.2 浓度对反应速率的影响,白磷在纯氧气中燃烧白磷在含20%的氧气中燃烧大量的实验证明,10,1、,质量作用定律,反应速率与各反应组分的浓度密切相关，人们总结出其影响规律：,质量作用定律：在恒温下，基元反应的速率正比于各反应物浓度幂的乘积，各浓度幂中的指数等于基元反应方程中各相应反应物的系数。,对于基元反应:aA+bB=gG+hH：,速率方程,3.2.1 质量作用定律,1、质量作用定律 反应速率与各反应组分的浓度密切相关，,11,3.2.2 基元反应与非基元反应,反应机理（反应历程）：一个化学反应所经历的途径或具体步骤。,基元反应：由反应物微粒,(分子、原子、离子或自由基),一步直接生成产物的反应称为,基元反应,。,2NO,2,=2NO+O,2,NO,2,+CO,=,NO+CO,2,由两个或两个以上的基元反应组成的化学反应，叫总反应。,3.2.2 基元反应与非基元反应反应机理（反应历程）：一个化,12,例如：氢,气与碘蒸气生成碘化氢的反应：,H,2,（g）,+I,2（g）,=2HI,（g）,速控步骤,其反应机理是：,第一步,：,I,2（g）,=,2I,（g）（快反应）,第二步,：,H,2（g）,+2I,（g）,=,2HI,（g）（慢反应）,如何描述一个,化学反应的反应机理,呢？,例如：氢气与碘蒸气生成碘化氢的反应：H2（g）+I2,13,反应分子,参加基元反应的分子数目称为反应分子数。,注：,1、此处的分子应理解为分子、离子、自由原子总称。,2、仅适用于基元反应，它是通过实验确定的。,3、已知的反应分子数只有1、2 和 3。,3.2.3 反应分子数,反应分子参加基元反应的分子数目称为反应分子数。注：1、,14,SO,2,Cl,2,=,SO,2,+Cl,2,NO,2,+CO,=,NO+CO,2,2I+H,2,=,2HI,单分子反应,三分子反应,双分子反应,3.2.3 反应分子数,SO2Cl2 =SO2+Cl2NO2+CO=NO,15,Example,:,其历程为：,对臭氧转变成氧的反应:,适合此历程的速率方程是什么？,kc,(O,3,),2,b.,kc,(O,3,),c,(O),c.,kc,(O,3,),2,c,(O,2,)d.,kc,(O,3,),2,c,(O,2,),-1,2O,3,(g)3O,2,(g),O,3,O,2,（快）,O,3,2O,3,（慢）,Example:对臭氧转变成氧的反应:适合此历程的速率方程,16,质量作用定律仅实用于基元反应，故非基元反应的复杂反应的速率方,程都由实验确定。,例如：,aA+bB+cC +,=P,n=+,1、反应级数的概念,其反应速率方程具有反应物浓度幂乘积的形式,：,3.2.4 反应级数和速率常数,质量作用定律仅实用于基元反应，故非基元反应的复杂反应的,17,2、反应级数的概念,在速率方程中，各反应物浓度的指数，称为该反应物的级数，所有,反应物的级数之和，称为该反应的总级数（,n,）。,对于基元反应:,aA+bB=gG+hH，,该反应对于A来说，属a级反应，对于B来说，属b级反应，该反应的总级数,n=a+b。,3.2.4 反应级数和速率常数,2、反应级数的概念 在速率方程中，各反应物浓度的,18,3.2.4 反应级数和速率常数,反应级数可以为零，也可以为分数。例如反应：,2 Na(s)2 H,2,O 2 NaOH(aq)H,2,(g),其速率方程为,v,k,零级反应的反应速率与反应物浓度无关。,有的反应速率方程较复杂，不属于,v,k c,(A),x,c,(B),y,形式，对于这样的反应则不好谈反应级数。,如 H,2,(g)Br,2,(g)2 HBr(g)的速率方程为：,3.2.4 反应级数和速率常数反应级数可以为零，也可,19,反应物A、B化学反应级数的测定,例如：某反应 A+B C+D，通过实验测得反应物的起始浓度和对应的反应速率，如下表所示。,起始浓度C,起始速率V/moll,-1,s,-1,A,B,V,0.10 10,-5,moll,-1,5.00,10,-4,moll,-1,2.5010,-7,0.10 10,-5,moll,-1,1.0010,-3,moll,-1,2.5010,-7,0.10 10,-5,moll,-1,1.50,10,-3,moll,-1,2.5010,-7,0.20 10,-5,moll,-1,5.00,10,-4,moll,-1,1.0010,-6,0.30 10,-5,moll,-1,5.00,10,-4,moll,-1,2.2510,-6,反应物A、B化学反应级数的测定 例如：某反应,20,化学反应速率常数k是在给定温度下，各反应物浓度皆为 1 moldm,-3,时的反应速率，因此也称比速率常数。,速率常数是温度的函数。,2、速率常数,k,3.2.4 反应级数和速率常数,速率常数的单位与反应级数有关：,一级反应 s,1,二级反应 dm,3,mol,1,s,1,n级反应 dm,3(,n,1),mol,1(,n,1),s,1,化学反应速率常数k是在给定温度下，各反应物浓度皆为 1 mo,21,3.2.4 反应级数和速率常数,用不同物质来表示反应速率时，速率常数的数值是不同的。例如反应,a,A,b,B,g,G,h,H,即,不同的速率常数之比等于各物质的计量数之比。,3.2.4 反应级数和速率常数用不同物质来表示反应速率时，,22,某化学反应：A+2B,=,2C，在250K时，其反应速率和浓度的关系如下,：,(1)写出上述反应速率方程。（2）求反应速率常数。,起始浓度C /moll,-1,起始速率V/moll,-1,s,-1,A,B,V,0.10,0.010,1.210,-3,0.10,0.040,4.810,-3,0.20,0.010,2.410,-3,随堂练习,某化学反应：A+2B=2C，在250K时，其反应速率和浓,23,已知某一反应2A+BC,通过实验方法求算出其反应速率方程是=kC,A,2,C,B,，,则（）,A：这是一个基元反应，反应级数是3,B：该反应的反应级数等于反应的分子数,C：该反应符合质量作用定律，是一个三分子反应,D：该反应的反应级数等于3,E：以上说法都不对,随堂练习,已知某一反应2A+BC,通过实验方法求算出其反应速率方程是,24,1、范霍夫（,vant Hoff,)近似规律：,范霍夫根据大量的实验数据总结出一条经验规律温度每升高10 K，反应,速率近似增加2,4倍：,范霍夫经验规律可以用来估计温度对反应速率的影响。但不够精确,且,物理意义也不明确。,3.3 温度对反应速率的影响,1、范霍夫（vant Hoff)近似规律：范霍夫根据,25,阿仑尼乌斯根据大量的实验数据，又提出了著名的阿仑尼乌斯经验公式。,2、阿仑尼乌斯（S.Arrhenius）公式,：指数式：,A,和,E,a,都是与温度无关的常数,：对数式：,ln,k,=-,E,a,/RT+lnA,3.3 温度对反应速率的影响,C：推理式：,阿仑尼乌斯根据大量的实验数据，又提出了著名的阿仑尼乌,26,由实验测得在不同温度下反应,S,2,O,8,2,+3I,=2SO,4,2,+I,3,的速率常数如下：,试求反应的实验活化能,E,a,？,T,/K,273,283,293,303,k,/（molL,1,min,1,）,8.210,4,2.010,3,4.110,3,8.310,3,由实验测得在不同温度下反应 S2O82+3I=2,27,以 lg,k,对 1,/T,作图，得一直线:,E,a,=2.7910,3,K2.3038.31410,-3,kJK,-1,mol,-1,=53.4kJmol,-1,解:,以 lgk 对 1/T 作图，得一直线:Ea=2.79,28,lgk,(),(),由图可知:,反应()的活化能比反应()的活化能,_。,在同一温度下，,_,的速率常数大。,温度对,_,的速率影响大。,斜率的绝对值越大的活化能Ea越大。,同一温度下，活化能Ea越小的反应，其速率常数k越大。,活化能越高，温度对速率的影响越大。,lgk()()由图可知:斜率的绝对值越大的活化能Ea越,29,温度对化学反应速率的影响，就是温度对,k的,影响，一般来说，温度升高，,反应加快。但温度对反应速率的影响是相当复杂的：,T,a,T,b,T,c,T,d,常见反应,爆炸反应,酶催化反应,特殊反应,特殊反应：温度升高，速率反而下降，如：2NO+O,2,2NO,2,温度对化学反应速率的影响，就是温度对k的影响，一般来,30,3.4.1碰撞理论(1918,Lewis),该理论认为反应物分子间的相互碰撞是反应进行是先决条件。,有效碰撞：、能量足够、方向合适,缺点：把分子间的复杂作用简单地看,成是机械的碰撞，,忽视了化学反应的特性。,、能量足够、方向合适,如同投掷篮球,3.4 化学反应速率理论简介,3.4.1碰撞理论(1918,Lewis)该理论认为反应,31,（b）弹性碰撞,C,O,O,H,H,（a）,有效碰撞,C,O,O,H,H,反应:H,2,O(g)+CO(g)H,2,(g)+CO,2,(g)，只有当高能量CO中的C原子与高能量H,2,O中的O原子靠近，并且沿着 C,OOH直线方向碰撞，才能发生反应：,（b）弹性碰撞COOHH（a）有效碰撞C OOHH 反,32,对于反应 N