化學(xué)反應(yīng)速率第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

化學(xué)動力學(xué)研究的是反應(yīng)進(jìn)行的速率,并根據(jù)研究反應(yīng)速率提供的信息探討反應(yīng)機(jī)理，即研究反應(yīng)的快慢和反應(yīng)進(jìn)行的途徑。H2與O2具有生成H2O的強(qiáng)烈趨勢,但室溫下氣體混合物放置1萬年仍看不出生成H2O的跡象。為了利用這個反應(yīng)釋放的巨大能量,就必須提供適當(dāng)?shù)膭恿W(xué)條件。因此，化學(xué)動力學(xué)研究還在于其實用意義。第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2.5.1化學(xué)反應(yīng)速率的概念Conceptionofchemicalreactionrate第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一反應(yīng)速率是指給定條件下反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率，常用反應(yīng)物或者生成物的濃度隨時間的變化來表示。濃度常用mol·L–1，時間常用s，min，h，d，y。1.化學(xué)反應(yīng)的速率第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一aA+bByY+zZ對于一般的化學(xué)反應(yīng)：速率用反應(yīng)物和產(chǎn)物表示都可以反應(yīng)速率又分為平均速率和瞬時速率兩種表示方法。第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一瞬時速率只能用作圖的方法得到，例如對于反應(yīng)（45℃）：

2N2O5→4NO2+O22反應(yīng)的瞬時速率第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一c(N2O5)/mol·dm-3

v/mol·

dm-3·s-10.905.4×10-40.452.7×10-4第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一反應(yīng)2W+XY+Z哪種速率表達(dá)式是正確的？Question1第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

1.反應(yīng)歷程：反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锏木唧w途徑、步驟。B是隋性物質(zhì)，只起傳遞能量的作用2.5.2反應(yīng)歷程和基元反應(yīng)第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2.基元反應(yīng)：反應(yīng)物分子(或離子、原子及自由基等)直接碰撞發(fā)生作用而生成產(chǎn)物的反應(yīng)第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一研究證明：只有少數(shù)化學(xué)反應(yīng)是由反應(yīng)物一步直接轉(zhuǎn)化為生成物的基元反應(yīng)！第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2.5.3

反應(yīng)速率理論簡介Briefintroductorytoreactionratetheory1碰撞理論

Collisiontheory2過渡狀態(tài)理論

Transitionstatetheory

第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一(1).發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的首要條件——碰撞;(2).但并非所有的碰撞均能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；1碰撞理論第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一(1)

能量因素

活化分子：那些具有足夠高的能量、能夠發(fā)生有效碰撞的分子。第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一氣體分子的能量分布曲線活化分子百分?jǐn)?shù)

f=活化能:

要使普通分子成為活化分子所需的最小能量,用Ea表示。即要使1mol具有平均能量的分子轉(zhuǎn)化成活化分子所需吸收的最低能量。第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一(2)

方位因素

兩分子取向有利于發(fā)生反應(yīng)的碰撞機(jī)會占總碰撞機(jī)會的百分?jǐn)?shù)稱為方位因子p。合適方向不合適的方向

化學(xué)反應(yīng)的方位因素第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一對HCl和N(CH2CH2CH3)3

的氣相反應(yīng)，顯然HCl的H端只能通過狹窄的“窗口”接近孤對電子，發(fā)生有效碰撞的機(jī)會自然小多了。Example第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2過渡狀態(tài)理論20世紀(jì)30年代埃林等人提出：理論要點：反應(yīng)物分子在碰撞后，形成一種活化絡(luò)合物，其價鍵結(jié)構(gòu)處于原有化學(xué)鍵被削弱，新化學(xué)鍵正在形成的過渡狀態(tài)，此時，勢能較高，極不穩(wěn)定極易分解為產(chǎn)物或者反應(yīng)物。A+B-C→[A‥·B‥·C]*→A-B+C反應(yīng)物(始態(tài))活化絡(luò)合物(過渡態(tài))

產(chǎn)物(終態(tài))第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一反應(yīng)前過渡態(tài)反應(yīng)后第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一★反應(yīng)物的能量必須爬過一個能壘才能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物；★即使是放熱反應(yīng)(△rH為負(fù)值)，外界仍必須提供最低限度的能量，這個能量就是反應(yīng)的活化能。第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一2.5.4影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

Influentialfactorsonchemicalreactionrate第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一1濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響在溫度恒定情況下,增加反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率。

用來表示反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度之間定量關(guān)系的方程式叫速率方程又叫速率定律。白磷在純氧氣中和在空氣中的燃燒一、化學(xué)反應(yīng)的速率方程第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

(1)質(zhì)量作用定律(lawofmassaction)在一定溫度下，基元反應(yīng)的速率與各反應(yīng)物濃度相應(yīng)冪的乘積成正比。對于一個基元反應(yīng)：aA+bBcC+dD其速率方程(rateequation)可以表示如下：=kc﹒c

(A)a·c(B)b式中v為瞬時速率，c(A)、c(B)分別為瞬時濃度；kc為速率常數(shù)(rateconstant)。1.基元反應(yīng)的速率方程第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一(2)．反應(yīng)級數(shù)(reactionorder)

基元反應(yīng)aA+bB=cC+dD=kc﹒c

(A)a·c(B)b

a+b

表示該反應(yīng)級數(shù)。對于物質(zhì)A是a級反應(yīng)，對物質(zhì)B是b級反應(yīng)反應(yīng)級數(shù)的意義：表示了反應(yīng)速率與物質(zhì)的量濃度的關(guān)系。速率方程中各反應(yīng)物濃度的指數(shù)和。第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一(3)．速率常數(shù)(rateconstant)關(guān)于速率常數(shù)

kc

:①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)；②相同條件下，kc值越大，反應(yīng)速率越快；③kc的數(shù)值與反應(yīng)物的濃度無關(guān)。受溫度、催化劑影響。第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一速率常數(shù)的單位：對零級反應(yīng)：mol·l-1·s-1對一級反應(yīng)：s-1對二級反應(yīng)：mol-1·l·s-1對三級反應(yīng)：mol-2·l2·s-1第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一不能只根據(jù)反應(yīng)式寫出其反應(yīng)速率方程。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。2．非基元反應(yīng)的速率方程

A2+B→A2B

所以u=kc(A2)

A2→2A

Slowreaction

2A+B→A2B

Fastreaction第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一特點:①復(fù)雜反應(yīng)的反應(yīng)速率由最慢的一步?jīng)Q定，稱為決速步驟，通過實驗可以找出決速步驟(Ratedeterminingstep)；②反應(yīng)速率一般只與反應(yīng)物濃度有關(guān)，而與產(chǎn)物濃度無關(guān)；③

速率方程式與反應(yīng)方程式的書寫方式無關(guān)，方程式系數(shù)不影響速率方程式；

aA+bB→dD+eEV=kc.cmA.cnB(am,bn)

.

第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一一些反應(yīng)的速率方程第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

復(fù)雜反應(yīng)的速率方程只能通過實驗獲得，即使由實驗測得的反應(yīng)級數(shù)與反應(yīng)方程式中反應(yīng)物計量之和相等，該反應(yīng)也不一定就是基元反應(yīng)。

實際是兩步完成如:H2(g)+I2(g)=2HI(g)I2(g)=I(g)+I(g)

快

H2(g)+2I

(g)=HI(g)+HI(g)慢=kc﹒c

(H2)·c(I2)未知反應(yīng)歷程復(fù)雜反應(yīng)的速率方程只能通過實驗獲得！第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一實驗

初始c(NH4+)初始c(NO2–)初始速率(mol·L–1·s–1)1.35×10-70.005mol·L–1

20.200mol

·L–10.010mol

·L–15.40×10-730.100mol

·L–10.010mol

·L–12.70×10-70.100mol

·L–11對反應(yīng)NH4+(aq)+N2(g)+2H2O(l)：由實驗1和2可知：v2:v1=2.00=(2.0)m∴m=1同理可得n=1

∴v=k

c()c()

1.35×10-4mol·L-1·s-1

(0.100mol·L-1)(0.005mol·L-1)k==2.7×10-4mol-1·L·s-1介紹一種速率方程的確定方法—初始速率法第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一I、對于基元反應(yīng)：直接根據(jù)反應(yīng)式寫出速率方程；

II、已知反應(yīng)機(jī)理的復(fù)雜反應(yīng)：根據(jù)定速步驟寫出速率方程；

III、不知機(jī)理的復(fù)雜反應(yīng)：由實驗法確定速率方程。

【總結(jié)】第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一對臭氧轉(zhuǎn)變成氧的反應(yīng)2O3(g)3O2(g)其歷程為：O3O2+O（快）O+O32O2（慢）適合此歷程的速率方程是什么？kc2

(O3)b.kc(O3)c(O)c.kc(O3)2c(O2)d.kc2

(O3)

c-1(O2)Question3第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一零級反應(yīng)：3．簡單反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)的半衰期一級反應(yīng)：二級反應(yīng)：==kc﹒c

(B)0

=kc==kc﹒c

(B)第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一溫度升高，大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速度加快●分子運(yùn)動速率加快,反應(yīng)物分子間碰撞頻率增大●活化分子百分?jǐn)?shù)增大原因：2溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1).Van’tHoff規(guī)則：第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

(2)．阿侖尼烏斯方程式及其應(yīng)用A：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-1

T： 熱力學(xué)溫度第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一阿侖尼烏斯公式的應(yīng)用(1)求反應(yīng)的活化能①作圖法

做圖斜率②根據(jù)二點進(jìn)行計算

或第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一

(2)求反應(yīng)的速率常數(shù)或(3)解釋一些速率規(guī)律:①溫度升高,反應(yīng)速率加快。②活化能越大,反應(yīng)速率越小。第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期一3催化劑對反應(yīng)速率的影響催化劑:存在少量就能顯著改變反應(yīng)速率，反應(yīng)結(jié)束時，其自身的質(zhì)量、組成和化學(xué)性質(zhì)基本不變的物質(zhì)。催化作用的特點：(1)催化劑與催化作用a.催化劑只能改變反應(yīng)速率,不能改變反應(yīng)方向。b.催化劑只能縮短可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的時間,不能改變平衡狀態(tài)。c.催化劑參與反應(yīng)過程,改變反應(yīng)途徑,降低反應(yīng)活化能。第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期