化學(xué)動力學(xué)講稿

1、關(guān)于化學(xué)動力學(xué)第一張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1第二章 化學(xué)動力學(xué)(第二版第十四章，第三版第十二章)2.1 化學(xué)反應(yīng)速率及其機(jī)理 2.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率定義及其表示方法2.1.2 反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)分子數(shù)2.2 濃度對反應(yīng)速率的影響 2.3 速率方程的積分式2.4 溫度對反應(yīng)速率的影響第二張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月22.1 化學(xué)反應(yīng)速率及其機(jī)理 （二版P377，三版P362） 2.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率的定義及其表示方法aA + bB = g G + h H各物質(zhì)的平均速率各物質(zhì)的瞬時速率在同一時間段內(nèi)或在同一瞬時，各物質(zhì)的速率不相同，服從：vA:vB:vG:vH=a

2、:b:g:h 轉(zhuǎn)化速率J為反應(yīng)進(jìn)度，B為計量數(shù)轉(zhuǎn)化速率J與組分的選取無關(guān)。第三張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月32.1 化學(xué)反應(yīng)速率及其機(jī)理 （二版P377，三版P362） 2.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率定義及其表示方法aA + bB = g G + h H化學(xué)反應(yīng)速率 r=J/V在同一瞬時，無論選取哪個物質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)的速率都相同，只有一個速率。反應(yīng)速率r的單位：molL-1s-1第四張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月42.1 化學(xué)反應(yīng)速率及其機(jī)理 （二版P377，三版P362） 2.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率定義及其表示方法瞬時反應(yīng)速率、平均反應(yīng)速率的求得欲求反應(yīng)CO+NO2=CO2+

3、NO的速率，需測出不同時刻CO的濃度。第五張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月52.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率定義及其表示方法2.1.2 反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)分子數(shù)1.反應(yīng)機(jī)理（Mechanism of reaction） 反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)所經(jīng)歷的具體途徑（反應(yīng)歷程）I2(g)+H2(g)2HI(g) I2+M2 I+M I+I+H2HI+HI I + I +MI2+ M I2(g)+H2(g)2HI(g)是計量方程，不代表一個I2分子與一個H2分子一次碰撞就生成兩個HI分子。而是分三步完成：第六張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月62.1.2 反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)分子數(shù) 1.反應(yīng)機(jī)理2.基元反應(yīng)與非

4、基元反應(yīng) （基）元反應(yīng)(elementary reaction)：由反應(yīng)物分子直接碰撞發(fā)生相互作用而生成產(chǎn)物的反應(yīng)。反應(yīng)機(jī)理的每個反應(yīng)都是元反應(yīng)。 I2+M2 I+M I+I+H2HI+HI I + I +MI2+ M 反應(yīng)分子數(shù) ：基元反應(yīng)方程中反應(yīng)物粒子個數(shù)之和（單分子、雙分子、三分子反應(yīng)）化學(xué)反應(yīng)方程 ：化學(xué)計量方程，不代表基元反應(yīng)I2(g)+H2(g)2HI(g)第七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月7第二章 化學(xué)動力學(xué)(第二版第十四章，第三版第十二章)2.1 化學(xué)反應(yīng)速率及其機(jī)理 2.2 濃度對反應(yīng)速率的影響 2.2.1 質(zhì)量作用定律2.2.2 反應(yīng)級數(shù)2.3 速率方程的積分

5、式2.4 溫度對反應(yīng)速率的影響第八張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月82.2 濃度對反應(yīng)速率的影響2.2.1 質(zhì)量作用定律 質(zhì)量作用定律：在一定溫度下，基元反應(yīng)的速率與反應(yīng)物的濃度成正比，各濃度的方次是它在反應(yīng)方程式中的計量數(shù)?；磻?yīng)： aA + bB gG + hH注意：反應(yīng)速率只與反應(yīng)物A和B的濃度有關(guān)，而與生成物G和H的濃度無關(guān)。逆反應(yīng)的速率只與G和H的濃度有關(guān)，而與A和B的濃度無關(guān)。反應(yīng)速率方程第九張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月92.2 濃度對反應(yīng)速率的影響2.2.1 質(zhì)量作用定律2.2.2 反應(yīng)級數(shù)aA+bB gG +hH速度方程中濃度項的指數(shù)a、b 分別為反應(yīng)

6、物A、B的級數(shù)，其和為反應(yīng)的總級數(shù)n，簡稱反應(yīng)級數(shù)。反應(yīng)級數(shù)n越大：表示濃度對反應(yīng)速率影響的程度越大。反應(yīng)速率常數(shù) k 意義:其數(shù)值是反應(yīng)物濃度為單位濃度時的反應(yīng)速率, 其數(shù)值的大小反映了反應(yīng)的快慢或難易。 k 的影響因素：與反應(yīng)物的濃度無關(guān)，與反應(yīng)物本性、溫度、催化劑等有關(guān)k 的單位：不同反應(yīng)級數(shù) k 單位不同，為濃度 1-n時間第十張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月102.2 濃度對反應(yīng)速率的影響2.2.1 質(zhì)量作用定律2.2.2 反應(yīng)級數(shù)基元反應(yīng)：反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)分子數(shù)一致，為一，二或三。計量方程反應(yīng)歷程：反應(yīng)歷程中的三個反應(yīng)都是基元反應(yīng)，可以應(yīng)用質(zhì)量作用定律第十一張，PPT共三十

7、三頁，創(chuàng)作于2022年6月112.2 濃度對反應(yīng)速率的影響2.2.1 質(zhì)量作用定律2.2.2 反應(yīng)級數(shù)非基元反應(yīng)aA+bBgG+hH m,n為分級數(shù)，m+n為總級數(shù)， ma,n bm,n可以是正整數(shù)，或分?jǐn)?shù)，或負(fù)數(shù)，或零m,n的值必須由實驗確定計量方程第十二張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月12例2-1：在1073K時，發(fā)生反應(yīng)2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g) 所得實驗數(shù)據(jù)如下，確定該反應(yīng)的速率方程。實驗編號C(H2)mol.L-1C(NO)mol.L-1r/mol.L-1.s-110.00600.00107.910-720.00600.00203.210-630

8、.00600.00401.310-540.00300.00406.410-650.00150.00403.210-6答：NO的分級數(shù)為2，H2的分級數(shù)為1。第十三張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月132.2 濃度對反應(yīng)速率的影響2.2.1 質(zhì)量作用定律2.2.2 反應(yīng)級數(shù)書寫速率方程時注意的問題 在多相反應(yīng)中純固體和純液體不寫入速率方程反應(yīng)物為氣相，直接用分壓代替濃度速率方程中反應(yīng)物濃度的方次基元反應(yīng)：與反應(yīng)式中的系數(shù)一致非基元反應(yīng)：由實驗或機(jī)理確定思考：已知基元反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，其速率方程為_，該反應(yīng)的級數(shù)為_。第十四張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6

9、月14第二章 化學(xué)動力學(xué)(第二版第十四章，第三版第十二章)2.1 化學(xué)反應(yīng)速率及其機(jī)理 2.2 濃度對反應(yīng)速率的影響 2.3 速率方程的積分式2.4 溫度對反應(yīng)速率的影響第十五張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月152.3 速率方程的積分式（二版P381，三版P367） 2.3.1 一級反應(yīng)A產(chǎn)物 k的意義:單位時間內(nèi)反應(yīng)物A反應(yīng)掉的分?jǐn)?shù)，單位：時間，積分形式 ：一級反應(yīng)的特點(diǎn)：隨反應(yīng)進(jìn)行，CA減小,速率減小,CA對t曲線變得越來越平緩。半衰期：反應(yīng)物反應(yīng)掉一半所需要的時間t1/2CAt第十六張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月162.3 速率方程的積分式（二版P381，三版P36

10、7） 2.3.1 一級反應(yīng)某一時刻反應(yīng)物A反應(yīng)掉的分?jǐn)?shù)稱為該時刻A的轉(zhuǎn)化率xA第十七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月17例2-2質(zhì)量為210的钚Bu的同位素進(jìn)行放射反應(yīng)，經(jīng)過14天后, 同位素的活性降低了6.85%,求：Bu210的蛻變常數(shù)和半衰期。并求經(jīng)過多長時間分解90%?解：放射性元素的蛻變反應(yīng)為一級反應(yīng)，活性降低即反應(yīng)物反應(yīng)掉了。將xA=0.0685，t =14天代入下式得k1 = 0.00507 天-1將xA=0.90, k1 = 0.00507 天-1代入下式得 t = 908 day第十八張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月18例2-3 實驗測得在某溫度時，溶解在

11、CCl4中的N2O5分解反應(yīng)為：N2O52 NO2+1/2O2如果N2O5的起始濃度為0.40molL-1,速率常數(shù)k=6.210-4 min-1。求（1） N2O5分解反應(yīng)的起始速率； （2）反應(yīng)進(jìn)行1小時后，N2O5的濃度將是多少？N2O5分解的百分?jǐn)?shù)又是多少？ 第十九張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月19第二章 化學(xué)動力學(xué)2.3速率方程的積分形式2.3.1一級反應(yīng)速率方程的積分形式ln cA第二十張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月202.3 速率方程的積分式（二版P381，三版P367）2.3.2二級反應(yīng)(1)只有一種反應(yīng)物的情況：2A 產(chǎn)物m3mol1s1t1/cA圖1

12、1.2.3 二級反應(yīng)的直線關(guān)系第二十一張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月212.3.2二級反應(yīng)(1)只有一種反應(yīng)物的情況：2A 產(chǎn)物半衰期二級反應(yīng)的半衰期與反應(yīng)物的初始濃度成反比第二十二張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月222.3.2二級反應(yīng)(1)只有一種反應(yīng)物的情況：2A 產(chǎn)物(2)當(dāng)反應(yīng)物為兩種時的情況： A + B 產(chǎn)物當(dāng)A和B的初始濃度相等:cB,0=cA,0，積分結(jié)果與一種反應(yīng)物時相同：在任一時刻兩反應(yīng)物的濃度改變值之比等于計量數(shù)之比，所以相等：cB=cA則任一時刻：cB=cA。于是有注意：當(dāng)cB,0cA,0，則任一時刻：cB cA。于是積分式與上式不同！第二十三張，

13、PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月232.3.2二級反應(yīng)(1)只有一種反應(yīng)物的情況：2A 產(chǎn)物(2)當(dāng)反應(yīng)物為兩種時的情況： A + B 產(chǎn)物例2.3乙酸乙酯皂化反應(yīng)，反應(yīng)開始時，兩個反應(yīng)物酯和堿的濃度都為0.0100mol/L，每隔一段時間，測定堿的含量實驗結(jié)果如下：（1）證明該反應(yīng)為二級，并求出速率常數(shù)。t/min35710152110-3C(OH-)/(moldm-3)7.406.345.504.463.632.88第二十四張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月242.3.2二級反應(yīng)(2)當(dāng)反應(yīng)物為兩種時的情況： A + B 產(chǎn)物例2.3乙酸乙酯皂化反應(yīng)，反應(yīng)開始時，兩個反應(yīng)物酯

14、和堿的濃度都為0.0100mol/L，每隔一段時間，測定堿的含量實驗結(jié)果如下： （1）證明該反應(yīng)為二級，并求出速率常數(shù)。解：將實驗數(shù)據(jù)代入二級反應(yīng)速率方程積分式，算出k2，k基本不變，說明1/cA與t呈直線關(guān)系，證明這是二級反應(yīng)把k取平均值t/min35710152110-3C(OH-)/(moldm-3)7.406.345.504.463.632.88k /(mol-1dm3min-1)11.711.611.711.511.711.6第二十五張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月252.3.2二級反應(yīng)(1)只有一種反應(yīng)物的情況：2A 產(chǎn)物(2)有兩種反應(yīng)物 aA + bB 產(chǎn)物初濃度之比

15、等于計量數(shù)之比:cB,0/b=cA,0/at1/cAm3mol1s1第二十六張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月26第二章 化學(xué)動力學(xué)(第二版第十四章，第三版第十二章)2.1 化學(xué)反應(yīng)速率及其機(jī)理 2.2 濃度對反應(yīng)速率的影響 2.3 速率方程的積分式2.4 溫度對反應(yīng)速率的影響2.4.1 阿侖尼烏斯公式2.4.2 加快反應(yīng)速率的方法2.4.3 化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的綜合應(yīng)用第二十七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月272.4 溫度對反應(yīng)速率的影響 2.4.1 阿侖尼烏斯（SArrhenius）公式（二版P400，三版P389）1.阿累尼烏斯公式Ea-實驗（阿侖尼烏斯）活化能，

16、單位：kJmol-1與化學(xué)反應(yīng)的種類（本性）和催化劑（ 反應(yīng)的途徑）有關(guān)； 近似處理：若溫度變化范圍不大，活化能可看作常數(shù)。 是介于01的因子，T越高，因子越1，則k越大。 A-指前（頻率）因子，單位與 k相同。A是溫度無限升高時k達(dá)到的極限值。A是常數(shù)，不隨溫度改變?；罨茉谥笖?shù)上影響速率常數(shù)k，因此微小的改變就會極大地影響k的數(shù)值。Ea越小的反應(yīng)，k越大（各反應(yīng)的A相差不大，且在指數(shù)前，對k的影響不大）Ea為幾十kJmol-1 ，該反應(yīng)很快； Ea 200kJmol-1 ，該反應(yīng)很慢。 第二十八張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月282.4 溫度對反應(yīng)速率的影響 2.4.1 阿侖尼烏

17、斯（SArrhenius）公式（二版P400，三版P389）對同一個反應(yīng)，T1，k1，T2，k2，Ea，5個量知道任意4個，可以確定第五個lgk與1/T成直線關(guān)系，求直線的斜率可以計算活化能:活化能=-斜率2.303R第二十九張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月29例2-4：已知乙烷裂解反應(yīng)的活化能Ea=302.17 kJmol-1, 丁烷裂解反應(yīng)的活化能Ea=233.68 kJmol-1,當(dāng)溫度由700增加到800時，它們的反應(yīng)速率將分別增加多少？注意：溫度單位；活化能單位結(jié)論：在同樣的溫度區(qū)間內(nèi)，活化能大的反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)增加的倍數(shù)大。 第三十張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月302.4 溫度對反應(yīng)速率的影響 2.4.1 阿侖尼烏斯公式 2.4.2 加快反應(yīng)速率的方法 活化分子總數(shù)=活化分子分?jǐn)?shù)分子總數(shù) （1）增大反應(yīng)物濃度（2）升高溫度 （3）降低活化