【教學(xué)】第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率及其表示方法

第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率及其表示方法第二節(jié)反應(yīng)速率理論簡介第三節(jié)濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響第四節(jié)溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響第五節(jié)催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響第四章化學(xué)反應(yīng)速率編輯課件第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率及其表示方法一、轉(zhuǎn)化速率二、反應(yīng)速率三、消耗速率和生成速率編輯課件一、轉(zhuǎn)化速率對化學(xué)反應(yīng),轉(zhuǎn)化速率定義為：

轉(zhuǎn)化速率與B的選擇無關(guān)，但與化學(xué)反應(yīng)方程式的寫法有關(guān)。編輯課件二、反應(yīng)速率

對氣相反應(yīng)，常用氣體的分壓力代替濃度：對等容反應(yīng)，反應(yīng)速率定義為:對溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：反應(yīng)速率可表示為：編輯課件三、消耗速率和生成速率

消耗速率定義為反應(yīng)物A的濃度隨時間的變化率：生成速率定義為產(chǎn)物Z的濃度隨時間的變化率：反應(yīng)速率、消耗速率與生成速率的關(guān)系為：

編輯課件第二節(jié)反應(yīng)速率理論一、碰撞理論二、過渡狀態(tài)理論編輯課件一、碰撞理論

碰撞理論認(rèn)為：化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是原子的重新組合，在組合過程中，必須破壞反應(yīng)物分子中的化學(xué)鍵，才能形成產(chǎn)物分子中的化學(xué)鍵。而舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成，是通過反應(yīng)物分子間的碰撞實現(xiàn)的。在反應(yīng)物分子的無數(shù)次碰撞中，只有極少數(shù)的碰撞能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞稱為有效碰撞。能發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子，它比普通分子具有更高的能量。通常把活化分子具有的平均能量與反應(yīng)物分子的平均能量之差稱為反應(yīng)的活化能。編輯課件氣體分子的能量分布E編輯課件

在一定溫度下，反應(yīng)的活化能越大，活化分子越少，有效碰撞次數(shù)就越少，化學(xué)反應(yīng)速率就越慢；反應(yīng)的活化能越小，活化分子越多，有效碰撞次數(shù)就越多，化學(xué)反應(yīng)速率就越快。除了要考慮反應(yīng)物分子間的碰撞頻率和反應(yīng)物的活化能外，還要考慮碰撞時分子的空間取向。活化分子要發(fā)生有效碰撞，它們彼此間的取向必須適當(dāng)。編輯課件分子碰撞的位置示意圖編輯課件產(chǎn)生有效碰撞的條件是：(1)反應(yīng)物分子必須具有足夠的能量，即反應(yīng)物分子必須是活化分子；(2)反應(yīng)物分子間的碰撞部位必須合適，即恰好碰撞在能發(fā)生作用的部位上。編輯課件二、過渡狀態(tài)理論

過渡狀態(tài)理論認(rèn)為:在化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)物分子首先形成一種中間過渡態(tài)的活化配合物。反應(yīng)物與活化配合物之間很快達(dá)到化學(xué)平衡，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率由活化配合物的分解速率決定。反應(yīng)過程可表示為：在過渡狀態(tài)理論中，活化能定義為活化配合物的平均能量與反應(yīng)物分子的平均能量的差值。=編輯課件反應(yīng)過程中系統(tǒng)的能量變化圖O反應(yīng)進(jìn)程能量編輯課件對大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，近似認(rèn)為,由上式可得：

反應(yīng)的摩爾熱力學(xué)能變等于產(chǎn)物的平均摩爾能量與反應(yīng)物的平均摩爾能量的差值：編輯課件第三節(jié)濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響一、元反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)二、質(zhì)量作用定律三、反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)分子數(shù)編輯課件一、元反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)

反應(yīng)物的微粒間直接碰撞而一步實現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，稱為元反應(yīng)。大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)要經(jīng)過若干個元反應(yīng)才能完成，這類反應(yīng)稱為復(fù)合反應(yīng)。在復(fù)合反應(yīng)中，速率最慢的步驟決定了總反應(yīng)的反應(yīng)速率，稱為復(fù)合反應(yīng)的速率控制步驟。編輯課件二、質(zhì)量作用定律

當(dāng)其他條件一定時，反應(yīng)物濃度越大，化學(xué)反應(yīng)的速率越快。對有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，增大壓力，反應(yīng)速率也會隨之增大。質(zhì)量作用定律指出:在一定溫度下，元反應(yīng)的反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度以其化學(xué)計量數(shù)的絕對值為冪指數(shù)的乘積成正比。表明反應(yīng)物濃度與反應(yīng)速率之間定量關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為速率方程。對元反應(yīng)：根據(jù)質(zhì)量作用定律，其速率方程為：編輯課件對氣體元反應(yīng)：

其速率方程為：

復(fù)合反應(yīng)的速率方程，可根據(jù)組成復(fù)合反應(yīng)的元反應(yīng)的速率方程導(dǎo)出。例如:分成如下兩步進(jìn)行：

（慢反應(yīng)）（快反應(yīng)）編輯課件例題在上述兩步反應(yīng)中，第一步反應(yīng)是總反應(yīng)的速率控制步驟，該步反應(yīng)的速率方程即為總反應(yīng)的速率方程。化學(xué)反應(yīng)的速率方程是通過實驗確定的。編輯課件

例

4-1

在298.15K時，發(fā)生下列反應(yīng)：

將不同濃度的A溶液和B溶液混合，得到下列實驗數(shù)據(jù)： 實驗編號

cA/mol?L-1

cB/mol?L-1

11.01.01.2×10-2

22.01.02.4×10-234.01.04.9×10-241.02.04.8×10-2試確定該反應(yīng)的速率方程，并計算速率系數(shù)。編輯課件解：設(shè)該反應(yīng)的速率方程為：

將實驗1和實驗2的數(shù)據(jù)代入速率方程得：以上兩式相除得：

α＝1將實驗

1

和實驗4的數(shù)據(jù)代入速率方程得：編輯課件以上兩式相除得：β＝2該反應(yīng)的速率方程為：

速率系數(shù)為

=1.2×10-2L2?mol-2?s-1

編輯課件三、反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)分子數(shù)

（一）反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率方程中反應(yīng)物濃度項的冪指數(shù)之和稱為反應(yīng)級數(shù)。元反應(yīng)都具有簡單的級數(shù)，而復(fù)合反應(yīng)的級數(shù)可以是整數(shù)或分?jǐn)?shù)。反應(yīng)級數(shù)反映了反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速率的影響程度。反應(yīng)級數(shù)越大，反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速率的影響就越大。反應(yīng)級數(shù)通常是利用實驗測定的。編輯課件

（二）反應(yīng)分子數(shù)

反應(yīng)分子數(shù)是指元反應(yīng)中參加反應(yīng)的微粒的數(shù)目。元反應(yīng)分為單分子反應(yīng)、雙分子反應(yīng)和三分子反應(yīng)。反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)分子數(shù)是兩個不同的概念。反應(yīng)級數(shù)是指速率方程中濃度項的冪指數(shù)之和，可利用實驗測定，它體現(xiàn)了反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速率的影響，其數(shù)值可能是整數(shù)、分?jǐn)?shù)或零，也可能是負(fù)數(shù)。反應(yīng)分子數(shù)是對元反應(yīng)而言的，它是由反應(yīng)機(jī)理所決定的，其數(shù)值只可能是

1、2、3。在元反應(yīng)中，反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)分子數(shù)通常是一致的。編輯課件第四節(jié)溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響一、范托夫規(guī)則二、阿倫尼烏斯方程編輯課件一、范托夫近似規(guī)則

到原來的

2~4倍。這一規(guī)則稱為范托夫近似規(guī)則。當(dāng)溫度由T升高到T＋10K時：溫度每升高10

K，化學(xué)反應(yīng)速率大約增加當(dāng)溫度由

T升高到T＋a×10K時：編輯課件

二、

阿倫尼烏斯方程

阿倫尼烏斯總結(jié)出速率系數(shù)與溫度之間的關(guān)系為：

k主要由

Ea決定，Ea越小，k就越大。將上式以對數(shù)形式表示：對溫度微分：編輯課件

例題

由上式可以得到以下結(jié)論：（1）溫度升高時，速率系數(shù)增大。（2）溫度對活化能較大的化學(xué)反應(yīng)的速率系數(shù)影響較大。（3）溫度對速率系數(shù)的影響，在低溫范圍內(nèi)比在高溫范圍內(nèi)更顯著。若某反應(yīng)在T1時的速率系數(shù)為k(T1),在T2時的速率系數(shù)為k(T2)，則有：編輯課件

例

4-2

CO(CH2COOH)2在水溶液中的分解反應(yīng)的速率系數(shù)在273K和303K時分別為2.46×10-5s-1和1.63×10-3s-1，計算該分解反應(yīng)的活化能。解：該分解反應(yīng)的活化能為：

編輯課件第五節(jié)催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響一、催化劑與催化作用二、酶的催化作用編輯課件一、催化劑與催化作用能夠改變化學(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)稱為催化劑。催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率的作用稱為催化作用。正催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，是由于催化劑參與了化學(xué)反應(yīng)，生成了中間化合物，改變了反應(yīng)途徑，降低了反應(yīng)的活化能。在反應(yīng)過程中，催化劑又可以從中間化合物再生出來，導(dǎo)致反應(yīng)速率顯著增大。編輯課件催化劑降低反應(yīng)活化能的示意圖

編輯課件

催化劑具有以下幾個基本特征：(1)催化劑對反應(yīng)速率的影響，是通過改變反應(yīng)歷程實現(xiàn)的。(2)催化劑不能改變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和平衡狀態(tài)。(3)催化劑能同等程度地加快正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)到達(dá)化學(xué)平衡所需時間。(4)催化劑具有選擇性，一種催化劑在一定條件下只對某一種反應(yīng)或某一類化學(xué)反應(yīng)具有催化作用，而對其他反應(yīng)沒有催化作用。(5)催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)的方向。編輯課件二、酶的催化作用

作用的蛋白質(zhì)，存在于動物、植物和微生物中。

酶與一般非生物催化劑相比較，具有以下幾個主要特點：(1)高度的選擇性：酶對所作用的底物反應(yīng)物有高度的選擇性，一種酶通常只能催化一種特定的反應(yīng)。(2)高度的催化活性：酶的催化活性非常高，其催化能力為一般非生物催化劑的

106~1013倍。酶是一種特殊的生物催化劑，它是具有催化（）