1、第三章 化學(xué)反應(yīng)速率,本章基本要求,1. 熟悉化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)方法、反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)分子數(shù)等基本概念。 2. 理解濃度、溫度與反應(yīng)速率的定量關(guān)系，掌握根據(jù)濃度速率關(guān)系測(cè)定反應(yīng)級(jí)數(shù)的方法。 3. 理解反應(yīng)速率理論的基本內(nèi)容，并能運(yùn)用反應(yīng)速率理論和活化能的概念說明濃度、溫度、催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響。,教 師 參 考,基本要求 1. 熟悉化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)方法、反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)分子數(shù)等基本概念。 2. 理解濃度、溫度與反應(yīng)速率的定量關(guān)系，掌握根據(jù)濃度速率關(guān)系測(cè)定反應(yīng)級(jí)數(shù)的方法。 3. 理解反應(yīng)速率理論的基本內(nèi)容，并能運(yùn)用碰撞理論和活化能的概念說明濃度、溫度、催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響。

2、 教學(xué)重點(diǎn)、*難點(diǎn) 質(zhì)量作用定律和反應(yīng)級(jí)數(shù)的確定 Arrhennius活化能 *反應(yīng)速率理論 教學(xué)建議 本章部分內(nèi)容比較理論化，建議多采用直觀教學(xué)法，充分利用掛圖并結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講授。,（ 本章學(xué)時(shí) 4 ）,一、 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度的概念（）,定義：化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度是表示某化學(xué)反應(yīng)在一定條件下進(jìn)行程度 的物理量。 表示：可用反應(yīng)體系中任何一種反應(yīng)物或生成物在反應(yīng)某一階段中物質(zhì)的量的改變dn（ n）與其化學(xué)計(jì)量數(shù)的商來(lái)表示。 d = dn/ 或 = n/ 單位：mol 說明：化學(xué)計(jì)量數(shù)是指化學(xué)反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的反應(yīng)系 數(shù)。規(guī)定：產(chǎn)物的取正值，反應(yīng)物的取負(fù)值。,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率的一般概念,第一節(jié),例如

3、對(duì)化學(xué)反應(yīng)： 2H2 （g） + O2（g） = 2H2O（g）,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到反應(yīng)進(jìn)度時(shí)，設(shè)消耗1.0molH2，則消耗O2為0.5mol，生成H2O為1.0mol 。 求算反應(yīng)進(jìn)度： =n（H2）/ = （-1.0mol）/（-2）=0.5mol 或 =n（O2）/ = （-0.5mol）/（-1）=0.5mol 或 =n（H2）/ = （1.0mol）/（2）=0.5mol,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率的一般概念,定義：化學(xué)反應(yīng)速率是反應(yīng)進(jìn)度隨時(shí)間的變化率（ ）,二、 化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法,瞬時(shí)反應(yīng)速率,平均反應(yīng)速率,(mol/s),(mol/s),如果反應(yīng)在體積為V的容器中進(jìn)行，則反應(yīng)速率可用

4、單位體積中反應(yīng)進(jìn)度隨時(shí)間的變化率來(lái)表示。,注：CB為B的濃度，B為物質(zhì)B 的化學(xué)計(jì)量系數(shù),單位： molL-1s-1,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率的一般概念,平均反應(yīng)速率,瞬時(shí)反應(yīng)速率,三、化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)定,化學(xué)反應(yīng)速率可用作圖法求得：,測(cè)量不同時(shí) 間t 某一反應(yīng)物或產(chǎn)物的一系列濃度 C，作出 C- t曲線，從中求出 t 時(shí)刻的斜率 ，帶入上列公式即可。,斜率=,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率的一般概念,化學(xué)法：測(cè)定物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化情況 物理法：測(cè)定物質(zhì)的物理性質(zhì)隨時(shí)間變化情況,四、反應(yīng)機(jī)理,反應(yīng)機(jī)理是指反應(yīng)物變?yōu)樯晌镞^程中所經(jīng)歷的途徑，或者稱為反應(yīng)歷程。由反應(yīng)機(jī)理不同，可把反應(yīng)分為：,基元反應(yīng)：一步就實(shí)

5、現(xiàn)的反應(yīng)。 簡(jiǎn)單反應(yīng)：只有一個(gè)基元反應(yīng)組成的反應(yīng)。 復(fù)雜反應(yīng)：兩個(gè)或兩個(gè)以上基元反應(yīng)組成。,化學(xué)反應(yīng),第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率的一般概念,上述反應(yīng)分二步實(shí)現(xiàn)，每一步均為基元反應(yīng)，其中基元反應(yīng)（2）速率最慢，它決定整個(gè)復(fù)雜反應(yīng)的速率，稱為控速步驟或速率決定步驟。復(fù)雜反應(yīng)（總反應(yīng)）的快慢取決定于它的快慢。,例如： H2(g) + I2(g) 2HI(g) （復(fù)雜反應(yīng)） 機(jī)理： (1) I2(g) 2I (快) 基元反應(yīng) 1 (2) H2(g) + 2I 2HI(g) (慢) 基元反應(yīng) 2,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率的一般概念,一、質(zhì)量作用定律和速率方程,一定溫度下，基元反應(yīng)的反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度計(jì)量系數(shù)的冪

6、的乘積成正比。對(duì)下列基元反應(yīng)：,第二節(jié) 濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,切記：只對(duì)基元 反應(yīng)才管用哦！,此式稱為 反應(yīng)速率方程質(zhì)量作用定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其 中 k 稱為速率常數(shù)（單位濃度時(shí)的反應(yīng)速率），其與反應(yīng)本性和 溫度有關(guān)，而與物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)。,第二節(jié),二、書寫速率方程應(yīng)注意的問題 1、質(zhì)量作用定律只適用于基元反應(yīng)。對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng)可以按上述速率方程直接寫出。 例:對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng) : NO2(g)+CO(g) = NO(g)+CO2(g) v = kc(NO2 )c(CO) 2 、對(duì)復(fù)雜反應(yīng)來(lái)說，應(yīng)在確定了反應(yīng)機(jī)理下，由速率決定步驟 來(lái)確定復(fù)雜反應(yīng)的速率方程。 例:對(duì)復(fù)雜反應(yīng): 2NO(g)+2H2(g)=N

7、2(g)+2H2O(g) 歷程為: 1) 2NO(g)+ H2(g) =N 2(g)+H2O2(慢) 2) H2O2 + H2(g) =H2O(快) v = v慢= kc2(NO ) c(H2 ),第二節(jié) 濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,問題：反應(yīng)：3ClO = ClO3 + 2Cl 反應(yīng)速率方程是否為：v = kc3(ClO ) ? 為什么？,3ClO = ClO3 + 2Cl （1） 2ClO = ClO2 + Cl（慢） （2） ClO + ClO2 = ClO3 + Cl（快）,第二節(jié) 濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,3、質(zhì)量作用定律只適用于均勻體系中發(fā)生的反應(yīng)，如氣相和液相。對(duì)于有純固體或純液體參加的反

8、應(yīng)，其濃度為定值，不寫入速率方程。如：,C(s)+O2 (g) = CO2(g) v = kc(CO2) 或 v = k p(CO2) （氣體的濃度可用壓力代替）,三、反應(yīng)級(jí)數(shù),定義：速率方程中濃度乘積項(xiàng)里各物質(zhì)濃度的指數(shù)之和稱為反應(yīng)級(jí)數(shù)。 (a + b)就是上述反應(yīng)的反應(yīng)級(jí)數(shù)。其值可以為正整數(shù)、零、分?jǐn)?shù)，甚至是負(fù)數(shù)。,說明：是對(duì)復(fù)雜反應(yīng)來(lái)說，要先根據(jù)速率決定步驟寫出反應(yīng)的速率方程,方程中指數(shù)和便為反應(yīng)級(jí)數(shù)。,對(duì)基元反應(yīng),第二節(jié) 濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,問題：,對(duì)于反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為 0、1、2、3 級(jí)反應(yīng)來(lái)說，它們的速率常數(shù)的單位是否一樣？如不一樣則分別是什么？,第二節(jié) 濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響,第三

9、節(jié) 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響,一、范特霍夫（Vant Hoff ）規(guī)則,內(nèi)容 范特霍夫總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：對(duì)一般的化學(xué)反應(yīng)，常溫下溫度每升高10 C，反應(yīng)速率就增大為原來(lái)的2-4倍。,說明 kt t C時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù) k(t+10) t （t+10）C時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù) 溫度系數(shù)。值為24。,第三節(jié),公式,二、阿侖尼烏斯公式,實(shí)驗(yàn)證明溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響是很大的。阿侖尼烏斯Arrenius總結(jié)經(jīng)驗(yàn)得出：,或者：,兩個(gè)溫度下：,上式稱為 阿侖尼烏斯公式,第三節(jié) 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響,上式中 k 是速率常數(shù)，R為氣體常數(shù)，T 為絕對(duì)溫度，A 叫 指前因子，Ea稱為活化能，單位是 Jmol1或 kJmol1

10、。 *阿侖尼烏斯公式 討論： 1）對(duì)于某指定的反應(yīng)， Ea值可視為定值，此時(shí)速率常 數(shù) k 僅決定于反應(yīng)溫度。溫度升高，則速率常數(shù)值增大， 反應(yīng)速率加快；溫度降低，速率常數(shù)值減小，反應(yīng)速率減慢。 2）對(duì)于不同的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)活化能 Ea大小不同。相同溫度條件下，活化能越大，速率常數(shù) k 越小，反應(yīng)速率越??；活化能越小，速率常數(shù)越大，反應(yīng)速率越大?；罨蹺a是與化學(xué)反應(yīng)本性有關(guān)的因素，故活化能是影響反應(yīng)速率的內(nèi)因。,第三節(jié) 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響,例題1：某反應(yīng)在600K和700K時(shí)的速率常數(shù)分別為2.7510-6和5.5010-4 dm3mol-1s-1。計(jì)算：（1）反應(yīng)的活化能；（2）該反應(yīng)在

11、650K時(shí)的速率常數(shù)。 解：（1）將數(shù)據(jù)代入公式：,Ea = 1.85105 Jmol-1,(2)再將 T1 或 T2 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)代入公式求 k,k = 4.7710-5 dm3mol-1s-1,第三節(jié) 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響,第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率理論,一、 反應(yīng)速率的碰撞理論,碰撞理論是1918年Lewis（英）提出，基本要點(diǎn)為： 1、化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的先決條件是反應(yīng)物分子間的相互碰撞。反應(yīng)速率大小與分子間碰撞頻率有關(guān)。 碰撞總在發(fā)生，但并非所有碰撞都會(huì)引起化學(xué)變化，只有那些能量較高的分子間碰撞才會(huì)引起化學(xué)變化。此碰撞稱為有效碰撞。發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子。,第四節(jié),2、活化分子間的碰撞取向

12、要適當(dāng)。,CO(g) + NO2(g) = CO2(g) + NO(g),無(wú)效碰撞,有效碰撞,活化分子的平均能量與反應(yīng)物分子的平均能量之差稱為反應(yīng)的活化能。,第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率理論,對(duì)于雙分子反應(yīng)： 活化分子數(shù) q = exp ( - E / RT ) 碰撞頻率 ZAB = ( 8 kBT/ ) L2 c (A) c (B) 有效碰撞頻率 Z*= ZAB q 反應(yīng)速率 v = d c /dt = - (1 / LV) dnA /dt =Z*/L = ( 8 kBT/ ) L2 exp ( - E / RT ) c (A) c (B) = k c (A) c (B) 其中 k = ( 8 kB

13、T/ ) L2 exp ( - E / RT ) 考慮取向問題(p 因子) k = p ( 8 kBT/ ) L2 exp ( - E / RT ) 與Arrhenius公式比較，可以看出： A = p ( 8 kBT/ ) L2,第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率理論,反應(yīng)焓變,2-3-2 過渡狀態(tài)理論,過渡狀態(tài)理論認(rèn)為，化學(xué)反應(yīng)不只是通過反應(yīng)物分子間的碰撞就可生成產(chǎn)物，而是要經(jīng)過一個(gè)中間過渡狀態(tài)（中間活化體）然后分解為產(chǎn)物。,第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率理論,第五節(jié) 催化劑和催化作用,定義：反應(yīng)體系中加入少量某些物質(zhì)，能使反應(yīng)速率顯著地改變，這些物質(zhì)在反應(yīng)終了時(shí)量和組成都沒有發(fā)生改變，這些物質(zhì)稱為催化劑。 分類

14、： 正催化劑加快反應(yīng)速率的催化劑 負(fù)催化劑降低反應(yīng)速率的催化劑,一、催化劑的特征,AB,E,A+B,反應(yīng)進(jìn)程,Ea,Ea2,AK+B,對(duì)于反應(yīng) A+B=AB 當(dāng)無(wú)催化劑一步進(jìn)行A+B=AB，活化能為Ea 當(dāng)有催化劑則分二步進(jìn)行 A+K=AK，活化能為Ea1 ， AK+B=AB+K活化能為Ea2 。,Ea1,Ea2,第五節(jié),1、催化劑只能改變熱力學(xué)上可以發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)。 2、催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡。 3、催化劑具有特殊的選擇性。 4 、工業(yè)生產(chǎn)中,催化劑要經(jīng)?！霸偕被蜓a(bǔ)充. 4、催化劑要在特定條件下才能體現(xiàn)活性。,記?。?由阿侖尼烏斯公式可得,k2加入催化劑后反應(yīng)速率常數(shù)；

15、k1未加入催化劑反應(yīng)速率常數(shù),催化劑基本特征有,結(jié)論：因Ea1 ,Ea2 都小于Ea ，反應(yīng)速率增大,第五節(jié) 催化劑和催化作用,1、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 對(duì)于確定的化學(xué)反應(yīng)，溫度一定時(shí)，Ea一定，反應(yīng)物質(zhì)濃度升高時(shí)，反應(yīng)物質(zhì)粒子總數(shù)增加，活化分子總數(shù)增加，反應(yīng)速率增大。,2、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 對(duì)于確定的化學(xué)反應(yīng)，濃度一定時(shí)，反應(yīng)物質(zhì)粒子總數(shù)一定，反應(yīng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)物質(zhì)粒子總數(shù)不變，能量較高的分子（活化分子）的比例增加，反應(yīng)速率增大。,3、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 催化劑可以改變化學(xué)反應(yīng)歷程， 降低Ea。由圖可以看出： Ea正 Ea,*4、酶催化機(jī)理：“鑰匙與鎖”,活化分子與反應(yīng)速率的關(guān)系,科學(xué)家李遠(yuǎn)哲,Yuan-Tseh Lee (1936 ),李遠(yuǎn)哲是第一個(gè)獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的美籍華裔科學(xué)家。他1936年生于臺(tái)灣新竹市，23歲時(shí)獲臺(tái)灣大學(xué)理學(xué)學(xué)士學(xué)位，兩年后獲臺(tái)灣清華大學(xué)理科碩士學(xué)位，1962年赴