第五章化學(xué)動(dòng)力學(xué)

1、整理ppt第五章第五章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)5.1 5.1 化學(xué)反應(yīng)速率表示法化學(xué)反應(yīng)速率表示法5.2 5.2 基元反應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)和反應(yīng)機(jī)理基元反應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)和反應(yīng)機(jī)理5.3 5.3 濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響5.4 5.4 溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響5.5 5.5 化學(xué)反應(yīng)速率理論化學(xué)反應(yīng)速率理論5.6 5.6 催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響整理ppt5.1 化學(xué)反應(yīng)速率表示法化學(xué)反應(yīng)速率表示法5.1.1 平均速率平均速率5.1.2 瞬時(shí)速率瞬時(shí)速率整理ppt單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減

2、少或生成物濃度的增加aA + bB dD + eE對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：(ct（反應(yīng)應(yīng)物）反物）tc （產(chǎn)物）（產(chǎn)物） ActADctD5.1.1 5.1.1 平均速率平均速率整理ppt例：例： N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Co 2.0 3.0 0 Ct(2s) 1.8 2.4 0.422223311N11H11N H(1.82.0)0.1 2(2.43.0)0.3 2(0.40)0.2 2NHN HCm olLstCm olLstCm olLst 不同物質(zhì)的濃度變化來表示反應(yīng)速率，數(shù)值不相同不同物質(zhì)的濃度變化來表示反應(yīng)速率，數(shù)值不相同 速率之比等于反應(yīng)式中

3、各物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)之比速率之比等于反應(yīng)式中各物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)之比整理ppt任一物質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化率任一物質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化率(正數(shù)值正數(shù)值)除以相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)除以相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)aA + bB dD + eE單位：濃度單位：濃度時(shí)間時(shí)間1 ，常用，常用molL-1s-11111ABDEccccatbtdtet -表示的是整個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速率，數(shù)值只有一個(gè)表示的是整個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)速率，數(shù)值只有一個(gè) 定溫定容下的氣相反應(yīng)，也可以定義為氣體的定溫定容下的氣相反應(yīng)，也可以定義為氣體的 分壓隨時(shí)間的變化率分壓隨時(shí)間的變化率整理ppt2N2O5 (g) 2N2O4 (g)+ O2 (g)152Lmol/O

4、Nc 40，5.00mLCCl4中中N2O5的分解速率的分解速率反應(yīng)速率隨時(shí)反應(yīng)速率隨時(shí)間不斷改變間不斷改變整理ppt給定時(shí)間瞬間給定時(shí)間瞬間(t0)時(shí)的平均速率極限值時(shí)的平均速率極限值0limBBtcdctdt aa點(diǎn)的瞬時(shí)速率點(diǎn)的瞬時(shí)速率=通過通過a點(diǎn)切線斜率的負(fù)值點(diǎn)切線斜率的負(fù)值1111 ABDEdcdcdcdca dtb dtd dte dt -5.1.2 5.1.2 瞬時(shí)速率瞬時(shí)速率整理ppt5.2 反應(yīng)機(jī)理、基元反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理、基元反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)5.2.1 反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理 5.2.2 基元反應(yīng)基元反應(yīng)5.2.3 復(fù)雜反應(yīng)復(fù)雜反應(yīng)整理pptH2 (g)Cl2 (g) 2HC

5、l (g) 反應(yīng)機(jī)理？反應(yīng)機(jī)理？M：惰性物質(zhì)：惰性物質(zhì)(傳遞能量傳遞能量)H2 (g)I2 (g) 2HI (g) 1). 計(jì)量方程式只表示反應(yīng)的宏觀總效果計(jì)量方程式只表示反應(yīng)的宏觀總效果2). 上述反應(yīng)的每一步都稱為基元反應(yīng)上述反應(yīng)的每一步都稱為基元反應(yīng)3). 組成宏觀總反應(yīng)的基元反應(yīng)的總和組成宏觀總反應(yīng)的基元反應(yīng)的總和反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理5.2.1 反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理/反應(yīng)歷程反應(yīng)歷程整理ppt5.2.2 基元反應(yīng)基元反應(yīng)由反應(yīng)物分子由反應(yīng)物分子(或原子、離子以及自由基等或原子、離子以及自由基等)直接直接碰撞發(fā)生作用生成產(chǎn)物的反應(yīng)碰撞發(fā)生作用生成產(chǎn)物的反應(yīng)三分子反應(yīng)三分子反應(yīng)單分子反應(yīng)單分子反應(yīng)

6、SO2Cl (g) SO2 (g) +Cl (g)雙分子反應(yīng)雙分子反應(yīng)NO2 (g) +CO (g) NO (g) +CO2 (g) 基元反應(yīng)中基元反應(yīng)中，同時(shí)直接參加反應(yīng)的分子、原子、，同時(shí)直接參加反應(yīng)的分子、原子、離子、自由基等的數(shù)目離子、自由基等的數(shù)目整理ppt5.2.3 復(fù)雜反應(yīng)復(fù)雜反應(yīng)由兩步或兩步以上基元反應(yīng)所組成的反應(yīng)由兩步或兩步以上基元反應(yīng)所組成的反應(yīng)如：如：H2(g)I2(g) 2HI(g)控速步驟：復(fù)雜反應(yīng)的各步速率中速率最慢的一步控速步驟：復(fù)雜反應(yīng)的各步速率中速率最慢的一步I2 (g) + M 2I (g) +M 2I (g) + H2 2HI (g) 整理ppt5.3 濃

7、度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響5.3.1 化學(xué)反應(yīng)速率方程化學(xué)反應(yīng)速率方程5.3.2 化學(xué)反應(yīng)速率方程的測定化學(xué)反應(yīng)速率方程的測定5.3.3 濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響整理ppt一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)速率一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)速率與各物質(zhì)濃度密切相關(guān)與各物質(zhì)濃度密切相關(guān) = f (c)化學(xué)反應(yīng)的速率方程化學(xué)反應(yīng)的速率方程1222k HCl 22k HI 122221k HBrHBrkBr 計(jì)量方程式與速率方程式并無必然聯(lián)系計(jì)量方程式與速率方程式并無必然聯(lián)系 速率方程不同的原因在于反應(yīng)的機(jī)理不同速率方程不同的原因在于反應(yīng)的機(jī)理不同5.3.1 化學(xué)反應(yīng)速率方程化學(xué)

8、反應(yīng)速率方程整理ppt1. 質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律 abk AB 基元反應(yīng)的速率方程基元反應(yīng)的速率方程k ：速率常數(shù)：速率常數(shù)不同反應(yīng)，不同反應(yīng)， k值不同，直接體現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)行的快慢值不同，直接體現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)行的快慢 k值與濃度無關(guān)，與溫度及所用的催化劑有關(guān)值與濃度無關(guān)，與溫度及所用的催化劑有關(guān) 有單位的量有單位的量整理ppt1). 質(zhì)量作用定律僅適用于基元反應(yīng)質(zhì)量作用定律僅適用于基元反應(yīng)SO2Cl (g)SO2 (g) +Cl (g)NO2 (g) +CO (g) NO (g) +CO2 (g)Cl2 (g) + M 2Cl (g) +MCl (g) +H2 (g) HCl (g) + H2Cl

9、 (g) + M Cl2 (g) + M22k SO Cl 2k NOCO 2k Cl 2k ClH 2k Cl 2). 速率方程與質(zhì)量作用定律吻合的總反應(yīng)不一定是基元反應(yīng)速率方程與質(zhì)量作用定律吻合的總反應(yīng)不一定是基元反應(yīng)H2 (g)I2 (g) 2HI (g) 如：如：22k HI 復(fù)雜反應(yīng)，包含一步三分子的基元反應(yīng)復(fù)雜反應(yīng)，包含一步三分子的基元反應(yīng)整理ppt2. 簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)若反應(yīng)若反應(yīng) k AB 速率方程可以表示為：速率方程可以表示為：簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)級(jí)數(shù) ：表示了反應(yīng)速率與物質(zhì)濃度的關(guān)表示了反應(yīng)速率與物質(zhì)濃度的關(guān)系系 ：組分：組分A的反應(yīng)級(jí)數(shù)的反應(yīng)級(jí)數(shù)

10、：組分：組分B的反應(yīng)級(jí)數(shù)的反應(yīng)級(jí)數(shù) n = + + (各指數(shù)之和各指數(shù)之和)：總反應(yīng)級(jí)數(shù)：總反應(yīng)級(jí)數(shù)整理ppt1). 反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)級(jí)數(shù) 、 等是由實(shí)驗(yàn)確定的。等是由實(shí)驗(yàn)確定的。一般不一定與反一般不一定與反 應(yīng)式中的計(jì)量系數(shù)相吻合應(yīng)式中的計(jì)量系數(shù)相吻合, 即通常即通常a,b， 基元反應(yīng)吻合基元反應(yīng)吻合2). k 單位：零級(jí)反應(yīng)單位：零級(jí)反應(yīng) molL-1 s-1； 一級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng) s-1；二；二 級(jí)反應(yīng)級(jí)反應(yīng) (molL -1)-1 s-1 k的單位與反應(yīng)級(jí)數(shù)的單位與反應(yīng)級(jí)數(shù)n的關(guān)系：的關(guān)系： 濃度濃度1-n s-1整理ppt1/222k HCl 22k HI H2 (g)I2 (g) 2HI

11、 (g) 1.5級(jí)反應(yīng)，對(duì)級(jí)反應(yīng)，對(duì)H2為為1級(jí)，對(duì)級(jí)，對(duì)Cl2為為0.5級(jí)級(jí)2級(jí)反應(yīng)，對(duì)級(jí)反應(yīng)，對(duì)H2和和I2均為均為1級(jí)級(jí)122221k HBrHBrkBr 不屬于簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)，反應(yīng)級(jí)數(shù)的概念不適用不屬于簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)，反應(yīng)級(jí)數(shù)的概念不適用例：例：整理ppt5.3.2 化學(xué)反應(yīng)速率方程的測定化學(xué)反應(yīng)速率方程的測定 gOH2gNgH2gNO222k10732 試驗(yàn)編號(hào)12345)Lmol/(H12c)Lmol/(NO1 -c)sLmol/(117109 . 76102 . 35103 . 16104 . 66102 . 3)H(NO22cck整理ppt實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)在水溶液中過二硫酸銨與碘化鉀反應(yīng)為

12、：在水溶液中過二硫酸銨與碘化鉀反應(yīng)為：反應(yīng)的平均速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系：反應(yīng)的平均速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系： S2O82 + 3I = 2SO42 + I3待測物理量：待測物理量：22 822 8S OStnImOvk-v、m、n、k、Ea整理ppt5.3.3 濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 AkB 在一定溫度下，增加反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率在一定溫度下，增加反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率白磷在純氧氣中燃燒白磷在純氧氣中燃燒白磷在含白磷在含20%的氧氣中燃燒的氧氣中燃燒簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)：簡單級(jí)數(shù)反應(yīng)：整理ppt5.4 溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響5.4.1 溫

13、度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 5.4.2 Arrhenius方程式方程式5.4.3 Arrhenius方程式的應(yīng)用方程式的應(yīng)用整理ppt5.4.1 溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 k AB 溫度升高，大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速度加快溫度升高，大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速度加快整理pptT/K293.15-10.659298.15-9.967303.15-9.280308.15-8.612313.15-7.924318.15-7.371410235. 0410469. 0410933. 041082. 141062. 341029. 631041. 331035. 331030

14、. 331025. 331019. 331014. 31/skT/1 kln值不同溫度下的 k(g)O)(CClON)(CClO2N2442452整理pptk-T 關(guān)系圖：關(guān)系圖：lnk-1/T 圖圖k-T 圖圖整理pptaERTkAelnlnaEkART lglg2.303aEkART k：速率常數(shù)：速率常數(shù) R：氣體常數(shù)：氣體常數(shù)(8.314 JK-1mol-1)T：絕對(duì)溫度：絕對(duì)溫度 A：指前因子：指前因子Ea：活化能：活化能(kJmol1)5.4.2 Arrhenius方程式方程式整理ppt1). Ea的大小是由反應(yīng)的本質(zhì)決定的，其數(shù)量級(jí)在的大小是由反應(yīng)的本質(zhì)決定的，其數(shù)量級(jí)在40 4

15、00 kJmol-1，多數(shù)為，多數(shù)為60250 kJmol-12). 對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)，對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)，Ea是一個(gè)確定的值。不同反應(yīng)，是一個(gè)確定的值。不同反應(yīng)， Ea越大，越大，k越小，反應(yīng)速度越慢越小，反應(yīng)速度越慢3). 一般溫度范圍內(nèi)一般溫度范圍內(nèi)Ea和和A不隨溫度的改變而改變不隨溫度的改變而改變4). k與與Ea、T成指數(shù)關(guān)系，成指數(shù)關(guān)系， Ea、T的微小變化會(huì)導(dǎo)的微小變化會(huì)導(dǎo)致致k 的較大變化的較大變化aERTkAe整理ppt以以 lnk 對(duì)對(duì) 1/T 作圖，作圖，直線斜率為直線斜率為 REa(1) ：aaa(3)(2)(1)EEE從圖上可看出：從圖上可看出：123/1KT5）活化能的大

16、小對(duì)速率常數(shù)隨溫度變化的影）活化能的大小對(duì)速率常數(shù)隨溫度變化的影響響整理ppt(a) 對(duì)同一反應(yīng)，對(duì)同一反應(yīng)，k 隨隨T 的變化在低的變化在低溫區(qū)較敏感溫區(qū)較敏感aa(3)(2)EEK/1T2lnk200010004633761020200100123/1KTlnk2 增加增加K/1T10 201倍倍376 4631倍倍1000 2000 3lnk因此對(duì)于原本反應(yīng)溫度不高的反應(yīng)因此對(duì)于原本反應(yīng)溫度不高的反應(yīng) ： 可采用升溫的方法提高反應(yīng)速率可采用升溫的方法提高反應(yīng)速率整理ppt1. 已知已知T1k1， T2k2，求，求Eaa2211122111ln()aEEkTTkRTTRTT兩式相減兩式相減

17、a111a222lnlnlnlnETTkARTETTkART ， ， 5.4.3 Arrhenius方程式的應(yīng)用方程式的應(yīng)用整理ppt2. 由由Ea計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)k例：例：2N2O5(g) 2N2O4 (g) + O2(g)已知：已知：T1 = 298.15 K, k1 = 0.469 10-4 s-1 T2 = 318.15 K, k2 = 6.29 10-4 s-1求：求：Ea及及338.15 K時(shí)的時(shí)的k3?221121ln()aEkTTkRTT-11 22211ln102TTkERkJ molTTka31a1311lnTTREkk133s1012. 6k整理ppt5.

18、5 化學(xué)反應(yīng)速率理論化學(xué)反應(yīng)速率理論5.5.1 碰撞理論碰撞理論5.5.2 過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論整理ppt5.5.1 碰撞理論碰撞理論1. 理論基本要點(diǎn)：理論基本要點(diǎn)： 化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的先決條件是反應(yīng)物分子間必化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的先決條件是反應(yīng)物分子間必須發(fā)生碰撞，但并不是每一次碰撞都能夠發(fā)生化須發(fā)生碰撞，但并不是每一次碰撞都能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只有具有足夠高能量的分子（學(xué)反應(yīng)，只有具有足夠高能量的分子（活化分子活化分子）間在間在適當(dāng)取向適當(dāng)取向的碰撞才能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能夠的碰撞才能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞稱為有效碰撞發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞稱為有效碰撞整理ppt整理ppt分子的能量分布圖分子

19、的能量分布圖的比值（分子分?jǐn)?shù)）總數(shù)與分子單位能量區(qū)間的分子數(shù)范圍內(nèi)表示具有能量NNEEEENNEkEcE）（分?jǐn)?shù)陰影面積表示活化分子分子平均能量ckEEE活化能活化能：活化分子的平均能量與反應(yīng)物分子的平均能量之差：活化分子的平均能量與反應(yīng)物分子的平均能量之差Ec活化分子的最低能量整理ppt濃度對(duì)反應(yīng)速率影響本質(zhì)：濃度對(duì)反應(yīng)速率影響本質(zhì)： 當(dāng)溫度一定當(dāng)溫度一定, 濃度增大濃度增大, 分子總數(shù)增加，活化分子數(shù)隨之分子總數(shù)增加，活化分子數(shù)隨之增多增多,反應(yīng)速率增大反應(yīng)速率增大溫度影響：溫度影響： 當(dāng)濃度一定，溫度升高，當(dāng)濃度一定，溫度升高，活化分子分?jǐn)?shù)增多活化分子分?jǐn)?shù)增多,反應(yīng)速反應(yīng)速率增大率增大2

20、. 碰撞理論的意義：碰撞理論的意義：3. 碰撞理論的局限性：碰撞理論的局限性：把分子看成沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剛性球體的模型，對(duì)一把分子看成沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剛性球體的模型，對(duì)一些分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的有機(jī)反應(yīng)、配合反應(yīng)等不能解釋些分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的有機(jī)反應(yīng)、配合反應(yīng)等不能解釋整理ppt5.5.2 過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論1. 理論基本要點(diǎn)：理論基本要點(diǎn)：反應(yīng)物并不是只通過簡單碰撞就能生成產(chǎn)物，反應(yīng)物并不是只通過簡單碰撞就能生成產(chǎn)物，要經(jīng)過一個(gè)中間過渡狀態(tài)，即形成活化絡(luò)合物，它要經(jīng)過一個(gè)中間過渡狀態(tài)，即形成活化絡(luò)合物，它既能與原來的反應(yīng)物建立平衡，又能進(jìn)一步分解為既能與原來的反應(yīng)物建立平衡，又能進(jìn)一步分解為產(chǎn)物產(chǎn)

21、物-AB CABCA BC 整理ppt溴甲烷和氨的反應(yīng)：溴甲烷和氨的反應(yīng)：CH3Br + NH3 CH3NH3+ + Br-極性溶劑極性溶劑N H3 +CHHHBrCHHHBrNH3CHHH+ BrH3N +反應(yīng)物反應(yīng)物 活化絡(luò)合物活化絡(luò)合物(過渡態(tài)過渡態(tài)) 生成物生成物 CBr鍵開始弱化鍵開始弱化 NC鍵開始生成鍵開始生成例：例：整理pptEa(逆)(正)(正)Ea(逆)EacEacEIEIIEIIEIE()反應(yīng)物反應(yīng)物(始態(tài)始態(tài))勢能勢能 ；E()生成物生成物(終態(tài)終態(tài))勢能勢能過渡態(tài)理論示意圖過渡態(tài)理論示意圖正反應(yīng)的活化能正反應(yīng)的活化能 Ea(正正) =Eac - E()逆反應(yīng)的活化能逆反應(yīng)的活化能 Ea(逆逆) =Eac - E()rHm= E() - E()= Eac - Ea(逆逆) -Eac - Ea(正正) rHm= Ea(正正) - Ea(逆逆) 整理ppt5.6 催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響5.6.1 催化劑催化劑