化學動力學講稿

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

2、:b:g:h 轉化速率J為反應進度，B為計量數(shù)轉化速率J與組分的選取無關。第三張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月32.1 化學反應速率及其機理 （二版P377，三版P362） 2.1.1 化學反應速率定義及其表示方法aA + bB = g G + h H化學反應速率 r=J/V在同一瞬時，無論選取哪個物質，化學反應的速率都相同，只有一個速率。反應速率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 化學反應速率及其機理 （二版P377，三版P362） 2.1.1 化學反應速率定義及其表示方法瞬時反應速率、平均反應速率的求得欲求反應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 化學反應速率定義及其表示方法2.1.2 反應機理和反應分子數(shù)1.反應機理（Mechanism of reaction） 反應機理：反應所經歷的具體途徑（反應歷程）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 反應機理和反應分子數(shù) 1.反應機理2.基元反應與非

4、基元反應 （基）元反應(elementary reaction)：由反應物分子直接碰撞發(fā)生相互作用而生成產物的反應。反應機理的每個反應都是元反應。 I2+M2 I+M I+I+H2HI+HI I + I +MI2+ M 反應分子數(shù) ：基元反應方程中反應物粒子個數(shù)之和（單分子、雙分子、三分子反應）化學反應方程 ：化學計量方程，不代表基元反應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 化學動力學(第二版第十四章，第三版第十二章)2.1 化學反應速率及其機理 2.2 濃度對反應速率的影響 2.2.1 質量作用定律2.2.2 反應級數(shù)2.3 速率方程的積分

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

6、物A、B的級數(shù)，其和為反應的總級數(shù)n，簡稱反應級數(shù)。反應級數(shù)n越大：表示濃度對反應速率影響的程度越大。反應速率常數(shù) k 意義:其數(shù)值是反應物濃度為單位濃度時的反應速率, 其數(shù)值的大小反映了反應的快慢或難易。 k 的影響因素：與反應物的濃度無關，與反應物本性、溫度、催化劑等有關k 的單位：不同反應級數(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 濃度對反應速率的影響2.2.1 質量作用定律2.2.2 反應級數(shù)基元反應：反應級數(shù)與反應分子數(shù)一致，為一，二或三。計量方程反應歷程：反應歷程中的三個反應都是基元反應，可以應用質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 濃度對反應速率的影響2.2.1 質量作用定律2.2.2 反應級數(shù)非基元反應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)，或分數(shù)，或負數(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2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g) 所得實驗數(shù)據(jù)如下，確定該反應的速率方程。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 濃度對反應速率的影響2.2.1 質量作用定律2.2.2 反應級數(shù)書寫速率方程時注意的問題 在多相反應中純固體和純液體不寫入速率方程反應物為氣相，直接用分壓代替濃度速率方程中反應物濃度的方次基元反應：與反應式中的系數(shù)一致非基元反應：由實驗或機理確定思考：已知基元反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，其速率方程為_，該反應的級數(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 化學動力學(第二版第十四章，第三版第十二章)2.1 化學反應速率及其機理 2.2 濃度對反應速率的影響 2.3 速率方程的積分式2.4 溫度對反應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A產物 k的意義:單位時間內反應物A反應掉的分數(shù)，單位：時間，積分形式 ：一級反應的特點：隨反應進行，CA減小,速率減小,CA對t曲線變得越來越平緩。半衰期：反應物反應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 一級反應某一時刻反應物A反應掉的分數(shù)稱為該時刻A的轉化率xA第十七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月17例2-2質量為210的钚Bu的同位素進行放射反應，經過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。并求經過多長時間分解90%?解：放射性元素的蛻變反應為一級反應，活性降低即反應物反應掉了。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分解反應的起始速率； （2）反應進行1小時后，N2O5的濃度將是多少？N2O5分解的百分數(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 化學動力學2.3速率方程的積分形式2.3.1一級反應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(1)只有一種反應物的情況：2A 產物m3mol1s1t1/cA圖1

12、1.2.3 二級反應的直線關系第二十一張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月212.3.2二級反應(1)只有一種反應物的情況：2A 產物半衰期二級反應的半衰期與反應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(1)只有一種反應物的情況：2A 產物(2)當反應物為兩種時的情況： A + B 產物當A和B的初始濃度相等:cB,0=cA,0，積分結果與一種反應物時相同：在任一時刻兩反應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(1)只有一種反應物的情況：2A 產物(2)當反應物為兩種時的情況： A + B 產物例2.3乙酸乙酯皂化反應，反應開始時，兩個反應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果如下：（1）證明該反應為二級，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(2)當反應物為兩種時的情況： A + B 產物例2.3乙酸乙酯皂化反應，反應開始時，兩個反應物酯

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果如下： （1）證明該反應為二級，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呈直線關系，證明這是二級反應把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(1)只有一種反應物的情況：2A 產物(2)有兩種反應物 aA + bB 產物初濃度之比

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 化學動力學(第二版第十四章，第三版第十二章)2.1 化學反應速率及其機理 2.2 濃度對反應速率的影響 2.3 速率方程的積分式2.4 溫度對反應速率的影響2.4.1 阿侖尼烏斯公式2.4.2 加快反應速率的方法2.4.3 化學反應速率、化學平衡的綜合應用第二十七張，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與化學反應的種類（本性）和催化劑（ 反應的途徑）有關； 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達到的極限值。A是常數(shù)，不隨溫度改變。活化能在指數(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，k越大（各反應的A相差不大，且在指數(shù)前，對k的影響不大）Ea為幾十kJmol-1 ，該反應很快； Ea 200kJmol-1 ，該反應很慢。 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，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：已知乙烷裂解反應的活化能Ea=302.17 kJmol-1, 丁烷裂解反應的活化能Ea=233.68 kJmol-1,當溫度由700增加到800時，它們的反應速率將分別增加多少？注意：溫度單位；活化能單位結論：在同樣的溫度區(qū)間內，活化能大的反應，反應速率常數(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 溫度對反應速率的影響 2.4.1 阿侖尼烏斯公式 2.4.2 加快反應速率的方法 活化分子總數(shù)=活化分子分數(shù)分子總數(shù) （1）增大反應物濃度（2）升高溫度 （3）降低活化