第三章-化學(xué)動力學(xué)化學(xué)反應(yīng)速率課件

minmol·dm-3·mol·dm-3·min-1tH2O2O2-△H2O2/△t△O2/△t=B

–1

(ΔcB/Δt)00.80200.400.200.020.010.02400.200.300.010.0050.01600.100.350.0050.00250.050一、化學(xué)反應(yīng)速率的定義：

2023/6/81平均速率瞬時速率化學(xué)反應(yīng)速率：

2023/6/82對于反應(yīng)通式：mA+nB====xG+yD反應(yīng)物和生成物反應(yīng)速率2023/6/83ξ：

反應(yīng)進(jìn)度；

t：

時間反應(yīng)進(jìn)度dξ與物質(zhì)B的物質(zhì)的量的改變dnB

有如下關(guān)系B：物質(zhì)B在反應(yīng)式中的計量系數(shù)。對于反應(yīng)物，取負(fù)值，表示減少；對于生成物，取正值，表示增加?；瘜W(xué)反應(yīng)速率：2023/6/84mA+nB====xG+yDcB：反應(yīng)體系中物質(zhì)B的量的濃度

2023/6/85反應(yīng)速率：①某一時刻的反應(yīng)速率、瞬時速率；②平均速率③用反應(yīng)中的任何物質(zhì)表示反應(yīng)速率，數(shù)值上都是一樣的；④瞬時速率的測定可以由作圖法得到。

2023/6/86圖3－1氣體分子能量分布曲線E二、反應(yīng)速率的基本理論1．碰撞理論（CollisionTheory）P37圖3-1氣體分子能量分布曲線E2023/6/87反應(yīng)速率與碰撞頻率Z，分子有效碰撞分?jǐn)?shù)f，以及方位因子p有關(guān)理論要點：有效碰撞：可以發(fā)生反應(yīng)的分子間碰撞稱為有效碰撞；活化分子：可以發(fā)生反應(yīng)的分子稱為活化分子；活化能：具有最低能量的活化分子與具有氣體分子平均能量的分子間的能量差稱為活化能EA。E平代替氣體分子平均能量

E1代表活化分子具有的最低能量Ea=E1–E平2023/6/882．過渡狀態(tài)理論圖3-2反應(yīng)物、產(chǎn)物和過渡態(tài)的能量關(guān)系2023/6/89活化能

是決定反應(yīng)速率的內(nèi)在因素。討論：比較過渡態(tài)理論的活化能與碰撞理論的活化能Ea正

Ea逆

=rH過渡狀態(tài)理論要點在反應(yīng)物相互接近時，要經(jīng)過一個中間過渡狀態(tài)，即形成所謂的活化絡(luò)合物，活化絡(luò)合物既可以分解為反應(yīng)物分子，也可以分解為產(chǎn)物分子?；罨j(luò)合物和反應(yīng)物(或生成物)存在能壘，這一能壘被稱為正反應(yīng)（或逆反應(yīng)）的活化能

2023/6/810§2-2

影響反應(yīng)速率的因素內(nèi)因：反應(yīng)的活化能大小外因：濃度、溫度、催化劑2023/6/811CO(g)＋NO2(g)＝CO2(g)＋ＮＯ(g)一濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響2023/6/812mA+nB=xG+yDk:稱為反應(yīng)的數(shù)率常數(shù)1．基元反應(yīng)：對于簡單反應(yīng)，反應(yīng)物分子在有效碰撞中經(jīng)過一次化學(xué)變化就能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng)。2．基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率方程式：可由質(zhì)量作用定律描述。2023/6/8133．反應(yīng)級數(shù)

基元反應(yīng)mA+nB=xG+yDB=k﹒(cA)m·(cB)nm+n

表示該反應(yīng)級數(shù)。對于物質(zhì)A是m級反應(yīng)，對物質(zhì)B是n級反應(yīng)4．反應(yīng)級數(shù)的意義：

①表示了反應(yīng)速率與物質(zhì)的量濃度的關(guān)系；②零級反應(yīng)表示了反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無關(guān)2023/6/814k稱為反應(yīng)的速率常數(shù):①可理解為當(dāng)反應(yīng)物濃度都為單位濃度時的反應(yīng)速率；②

k由化學(xué)反應(yīng)本身決定，是化學(xué)反應(yīng)在一定溫度時的特征常數(shù)；③相同條件下，k值越大，反應(yīng)速率越快；④

k的數(shù)值與反應(yīng)物的濃度無關(guān)。2023/6/8155．速率常數(shù)的單位零級反應(yīng):=k(cA)0

k的量綱為mol·dm-3·s-1一級反應(yīng):=kcA；k的量綱為s-1二級反應(yīng):=k(cA)2

k的量綱為mol-1·dm3·s-12023/6/8167．非基元反應(yīng)的速率方程式不能只根據(jù)反應(yīng)式寫出其反應(yīng)速率方程，必須根據(jù)實驗測定的結(jié)果及驗證，推出反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜的非基元反應(yīng)

→分成若干個基元反應(yīng)→反應(yīng)最慢的一步作為控制步驟最慢的一個反應(yīng)就控制了該復(fù)雜反應(yīng)的反應(yīng)速率6．非基元反應(yīng)：反應(yīng)物分子需經(jīng)幾步反應(yīng)才能轉(zhuǎn)化為生成物的反應(yīng)。2023/6/817非基元反應(yīng)：mA+nB=xG+yD2023/6/818A：

反應(yīng)的頻率因子，對確定的化學(xué)反應(yīng)是一常數(shù)，A與k同一量綱；Ea：

反應(yīng)活化能；R：

8.314J·mol-1·K-1T：

熱力學(xué)溫度二溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響1．Arrhenius(阿侖尼烏斯)公式2023/6/8192．阿侖尼烏斯公式的應(yīng)用求出任一溫度下該反應(yīng)的k值①作圖法

2023/6/820降低反應(yīng)的活化能；不改變反應(yīng)的自由能，也不改變平衡常數(shù)KΘ；催化劑縮短平衡到達(dá)的時間，加快平衡的到達(dá)三催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響正催化：加速反應(yīng)速率；負(fù)催化：減慢反應(yīng)速率1．催化劑改變反應(yīng)速率的原因2023/6/8212．催化類型化學(xué)催化、均相催化、非均相催化；生物催化：生命體中各種酶的催化；物理催化、光催化、電催化。例如：均相催化CH3CHO→CH4+COEa=190kJ·mol-12023/6/822例如：均相催化CH3CHO→CH4+COEa=190kJ·mol-1以I2作催化劑

I2CH3CHO→CH4+COEa=136kJ·mol-1CH3CHO+I2→CH3I+HI+COCH3I+HI→CH4+I2

反應(yīng)活化能大大降低非均相催化2N2O===2N2+O2Ea=250kJ·mol-1用金粉做催化劑，金粉吸附形成N≡NAu中間體2023/6/823

Au2N2O==N≡NOAu→2N2+O2Ea=120kJ·mol-1

3．催化劑的特征催化活性、選擇性、穩(wěn)定性、再生性4．催化劑的選擇性

2023/6/824下列說法正確的是：A一個化學(xué)反應(yīng)的△rGTθ越負(fù)，在溫度T下，反應(yīng)速率就越大B一個化學(xué)反應(yīng)的△rGTθ越負(fù)，在溫度T下，反應(yīng)速率就越小C恒溫下，一個氣相化學(xué)反應(yīng)的總壓力增大，其反應(yīng)速率隨之增大D恒溫下，一個氣相化學(xué)反應(yīng)的總壓力增大，其反應(yīng)速率常數(shù)隨之增大答：C，恒溫下，氣相反應(yīng)的速率隨壓強(qiáng)增大而增大，速率常數(shù)則不變，

△rGTθ的大小與反應(yīng)速率無關(guān)2023/6/825催化劑能加速反應(yīng)速率，它的作用機(jī)理是：（A）增大碰撞頻率，（B）改變反應(yīng)途徑，降低活化能（C）減小速率常數(shù)，（D）增大平衡常數(shù)值答：B2023/6/826已知下列二個反應(yīng)的活化能：(1)(NH4)2S2O8+3KI→(NH4)2SO4+K2SO4+KI3Ea1=56.7kJ·mol-12SO2+O2→2SO3Ea2=250.8kJ·mol-1在同一溫度下，所有反應(yīng)物濃度均為1mol·L－1下列說法正確的是：(A)反應(yīng)(1)比反應(yīng)(2)的速率慢(B)反應(yīng)(1)比反應(yīng)(2)的速率快(C)Ea1和Ea2受溫度的影響較小(D)對于反應(yīng)(1)和反應(yīng)(2)，當(dāng)溫度變化但始終態(tài)相同時，反應(yīng)(2)的速率（或速率常數(shù)）的改變比反應(yīng)(1)顯著得多。2023/6/827答：BCD，因為活化能受溫度的影響較小，通常認(rèn)為活化能不隨溫度的改變而改變根據(jù)阿侖尼烏斯公式活化能小的反應(yīng)速率常數(shù)大?；罨茉酱髸r，溫度變化對反應(yīng)速率（或速率常數(shù)）的影響就越大。2023/6/828課后習(xí)題660K時，反應(yīng)2NO+O2=2NO2,NO和O2的初始濃度c(NO)和c(O2)及反應(yīng)的初始速率ν的實驗數(shù)據(jù)為c(NO)/mol·L-1c(O2)/mol·L-1ν/mol·L-1·s-10.100.100.0300.100.200.0600.200.200.240(1)寫出反應(yīng)的速率方程(2)求該反應(yīng)的級數(shù)和速率常數(shù)(3)求c(NO)=c(O2)=0.15mol·L-1時的反應(yīng)速率2023/6/829解：根據(jù)已知數(shù)據(jù)代入方程得：解得：m=2、n=1、k=30（mol·L-1）-2·s-1當(dāng)c(NO)=c(O2)=0.15mol·L-1時，反應(yīng)速率為

0.10125mol·L-1·s-1若已知的是NO或NO2的反應(yīng)速率，此題該如何解？2023/6/8303．掌握活化能概念及其有關(guān)計算。mA+nB====xG+yD本章教學(xué)要求：一．反應(yīng)速率的表示法2023/6/831二．影響反應(yīng)速率的因素

1.濃度的影響對于基元反應(yīng)：

mA+nB=xG+yD=k﹒(cA)m·(cB)n

m+n

表示該反應(yīng)級數(shù)。對于復(fù)雜反應(yīng)：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)寫出速率方程例如：2H2+2NO→2H2O2023/6/832反應(yīng)級數(shù)

速率方程斜率k的單位0斜率＝－k

(L·mol-1)-1·s-1

1s-1

2

斜率＝k(L·mol-1)·s-13

斜率＝2k(L·mol-1)2·s-12023/6/8332．溫度的影響阿侖尼烏斯公式的應(yīng)用2023/6/8343.催化劑的影響機(jī)理：催化劑參與化學(xué)