基础化学化学反应速率精.ppt

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1、基础化学化学反应速率第1页，本讲稿共39页本章作业本章作业:p111-113:习题习题 4,12,13,14,17,19,21,23 第2页，本讲稿共39页 化学反应速率化学反应速率1 化学反应速率的概念化学反应速率的概念2 反应速率理论和反应机理简介反应速率理论和反应机理简介3 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 速率方程式速率方程式4 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响5 催化剂和催化作用催化剂和催化作用第3页，本讲稿共39页1 1 化学反应速率化学反应速率1.1 1.1 平均速率与瞬时速率平均速率与瞬时速率1.2 1.2 恒容反应的反应速率恒容反应的反应速率第4页，本讲稿共3

2、9页反应速率是指给定条件下反应速率是指给定条件下反应物通过化学反应反应物通过化学反应转化为产物的速率转化为产物的速率，常用单位时间内反应物浓度的，常用单位时间内反应物浓度的减少或者产物浓度的增加来表示减少或者产物浓度的增加来表示.浓度常用浓度常用mol mol dmdm-3-3，时间常用，时间常用s s，minmin，h h，d d，y.y.反应速率又反应速率又分为平均速率和瞬时速率两种表示方法分为平均速率和瞬时速率两种表示方法.1.1 平均速率平均速率:速率的单位是速率的单位是:mol dm-3 s-1平均速率：平均速率：第5页，本讲稿共39页 例例 下面是反应下面是反应 2NO2(g)2N

3、O(g)+O2(g)在一定时间内在一定时间内反应物产物浓度的变化实验数据（反应物产物浓度的变化实验数据（300 ）第6页，本讲稿共39页Time Period(s)4.210-52.810-52.010-51.410-51.010-5 0 50 50 100100 150150 200200 250平均速率平均速率例如，对于下面的实验数据例如，对于下面的实验数据第7页，本讲稿共39页 平均速率与瞬时速率平均速率与瞬时速率瞬时瞬时第8页，本讲稿共39页1.2 恒容反应的反应速率恒容反应的反应速率 反应速率是指在一定条件下,反应物转化为生成物的速率.以反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示.第9

4、页，本讲稿共39页对于一般的化学反应：对于一般的化学反应：aA +bB yY +zZ对于恒容的气相反应对于恒容的气相反应,用分压代替浓度用分压代替浓度:第10页，本讲稿共39页例：例：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)t=0s 时时c(B)/moldm-3 2.0 4.0 0.0t=10s 时时c(B)/moldm-3 1.0 1.0 2.0第11页，本讲稿共39页 2 2 反应速率理论和反应机理简介反应速率理论和反应机理简介包括碰撞理论和活化配合物理论包括碰撞理论和活化配合物理论2.1 2.1 碰撞理论碰撞理论2.2 2.2 活化配合物理论活化配合物理论(过渡态理论过渡态理论 )2.3

5、 2.3 活化能与反应速率活化能与反应速率第12页，本讲稿共39页2.1 2.1 碰撞理论碰撞理论（英国科学家路易斯英国科学家路易斯1918年提出）年提出）前提前提：气体气体分子可以看作是没有内部结构的硬分子可以看作是没有内部结构的硬球，反应看作为刚性球体的有效碰撞，反应速球，反应看作为刚性球体的有效碰撞，反应速率由有效碰撞决定。率由有效碰撞决定。理论要点：理论要点：有效碰撞：有效碰撞：可以发生反应的分子间碰撞称为可以发生反应的分子间碰撞称为 有效碰撞；有效碰撞；活化分子：活化分子：可以发生反应的分子称为活化分可以发生反应的分子称为活化分 子；子；第13页，本讲稿共39页活化能：活化能：活化分

6、子具有的平均能量与气体分子活化分子具有的平均能量与气体分子的平均能量之差称为反应的活化能的平均能量之差称为反应的活化能Ea 对于反应对于反应第14页，本讲稿共39页NONO2 2与与O O3 3反应的示意图反应的示意图第15页，本讲稿共39页2.2 2.2 活化配合物理论活化配合物理论(过渡态理论过渡态理论 )如对反应：如对反应：要点：要点：在反应物相互接近时，要经过一个中间过渡状在反应物相互接近时，要经过一个中间过渡状 态，态，即形成所谓的活化络合物即形成所谓的活化络合物，活化络合物既，活化络合物既 可以分解为可以分解为反应物分子反应物分子，也可以，也可以分解为产物分分解为产物分 子子。活化

7、络合物和反应物。活化络合物和反应物(或生成物或生成物)存在能垒，存在能垒，这一能垒被称为这一能垒被称为正反应（或逆反应）的活化能正反应（或逆反应）的活化能第16页，本讲稿共39页 NO+O3 NO2+O2 O N O O O第17页，本讲稿共39页化学反应过程中能量变化曲线化学反应过程中能量变化曲线Ea,逆逆Ea正正Ea正正Ea逆逆第18页，本讲稿共39页2.3 2.3 活化能与反应速率活化能与反应速率浓度影响当温度一定，某反应的活化能当温度一定，某反应的活化能也一定时也一定时,反应系统的活化分子数也一定反应系统的活化分子数也一定,浓浓度增大度增大,活化分子数增多活化分子数增多,反应速率增大反

8、应速率增大;温度影响当浓度一定当浓度一定,温度升高温度升高，活化，活化分子数百分数增多分子数百分数增多,反应速率增加。反应速率增加。第19页，本讲稿共39页第20页，本讲稿共39页3 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响速率方程式速率方程式3.1 化学反应速率方程式化学反应速率方程式3.2 反应机理与基元反应反应机理与基元反应 3.3 质量作用定律质量作用定律第21页，本讲稿共39页3.1 化学反应速率方程式化学反应速率方程式 40，CCl4中N2O5分解反应的：c(N2O5)第22页，本讲稿共39页对于一般的化学反应,-反应级数反应级数 k-反应速率常数反应速率常数 零级反应 molL-

9、1 s-1 一级反应 s-1 二级反应 (molL-1)-1 s-1 可见（通过实验确定其值）第23页，本讲稿共39页零级反应零级反应 高压下氨在钨丝上的分解高压下氨在钨丝上的分解（2NH3N2+3H2）即为零级反应，氨）即为零级反应，氨分解速率在一定条件下与气相中氨的分解速率在一定条件下与气相中氨的浓度（分压）无关。浓度（分压）无关。第24页，本讲稿共39页第25页，本讲稿共39页反应级数的意义反应级数的意义反应级数的意义反应级数的意义：表示了反应表示了反应速率速率与与物质的量浓度的关系物质的量浓度的关系；零级反应表示了零级反应表示了反应速率反应速率与与反应物浓度无关反应物浓度无关k 称为反

10、应的速率常数称为反应的速率常数:可理解为当反应物浓度都为可理解为当反应物浓度都为单位浓度时的单位浓度时的 反应速率；反应速率；k k由化学反应本身决定，是化学反应在一由化学反应本身决定，是化学反应在一 定温度时的定温度时的特征常数；特征常数；相同条件下，相同条件下，k k值越大，反应速率越快；值越大，反应速率越快；k k的数值与反应物的浓度无关。的数值与反应物的浓度无关。第26页，本讲稿共39页3.2 3.2 反应机理与基元反应反应机理与基元反应反应机理:化学反应过程中经历的真实反应步化学反应过程中经历的真实反应步 骤的集合骤的集合基元反应:由反应物一步生成生成物的反应由反应物一步生成生成物的

11、反应,没没有可用实验方法检测到的中间产物有可用实验方法检测到的中间产物意义意义:通过实验一旦证实某一有确定反应物和通过实验一旦证实某一有确定反应物和 生成物的反应为元反应生成物的反应为元反应,就可以根据化学反就可以根据化学反 应计量方程式直接写出其速率方程式应计量方程式直接写出其速率方程式,如则为元反应第27页，本讲稿共39页非基元反应:由两个或两个以上的反应组合而由两个或两个以上的反应组合而成的总反应。在基元反应中成的总反应。在基元反应中,可用实验检测到可用实验检测到中间产物的存在中间产物的存在,但它被后面的一步或几步反但它被后面的一步或几步反应消耗掉应消耗掉(与副反应或副产物不同与副反应或

12、副产物不同)如:为由下列两步组成的非基元反应为由下列两步组成的非基元反应(快)(慢)第28页，本讲稿共39页3.3 质量作用定律质量作用定律:aA+bB dD+eE =CAa CBb 为速率常数为速率常数.a+b 为反应级数为反应级数.该公式仅适用于该公式仅适用于基元基元反应反应.从上述公式可以看出浓度对反应速率的影响从上述公式可以看出浓度对反应速率的影响.(1)若有固体若有固体,液体参加反应液体参加反应,则不列入方程式则不列入方程式.(2)对于气体对于气体,可用分压代替可用分压代替.第29页，本讲稿共39页 速率方程的确定速率方程的确定研究反应研究反应:的速率方程的速率方程可知可知:第30页

13、，本讲稿共39页 k与温度有关与温度有关,T增大增大,一般一般k也增大也增大,但但kT不是线性关系。不是线性关系。反应速率方程反应速率方程 影响反应速率的因素有两个影响反应速率的因素有两个:k和和4 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响 第31页，本讲稿共39页第32页，本讲稿共39页k-T 关系图 k-T k-T 图图 lnlnk k-1/-1/T T 图图第33页，本讲稿共39页第34页，本讲稿共39页5 5 催化剂与催化作用催化剂与催化作用催化剂催化剂:存在少量就能加快反应而本身最后并存在少量就能加快反应而本身最后并 无损耗的物质。无损耗的物质。催化作用的特点催化作用的特点：通过改变

14、历程通过改变历程,降低反应活化能降低反应活化能,k值增大值增大同等程度降低正逆反应活化能同等程度降低正逆反应活化能,即同时加即同时加快正逆反应速率快正逆反应速率,缩短达到平衡的时间缩短达到平衡的时间只有在特定的条件下催化剂才能表现活性只有在特定的条件下催化剂才能表现活性第35页，本讲稿共39页催化剂对反应活化能的影响催化剂对反应活化能的影响第36页，本讲稿共39页活化能降低使活化反应分子数增加活化能降低使活化反应分子数增加第37页，本讲稿共39页催化剂的特征催化剂的特征 催化活性、选择性、稳定性、再生性催化活性、选择性、稳定性、再生性第38页，本讲稿共39页均相催化、多相催化和酶催化均相催化、多相催化和酶催化均相催化均相催化:催化剂与反应物种在同一相中的催催化剂与反应物种在同一相中的催 反应反应多相催化多相催化:催化剂与反应物种不属于同一物相催化剂与反应物种不属于同一物相的催化反应的催化反应酶催化酶催化:以酶为催化剂的反应以酶为催化剂的反应特点特点:高效高效 高选择性高选择性 条件温和条件温和第39页，本讲稿共39页