基礎(chǔ)化學(xué)第六章化學(xué)反應(yīng)速率ppt課件

1、第六章第六章 化學(xué)反響速率化學(xué)反響速率 熱力學(xué)研討的重點(diǎn)：反響的熱力學(xué)研討的重點(diǎn)：反響的方向性；方向性； 反響進(jìn)展反響進(jìn)展的程度的程度 動(dòng)力學(xué)研討的重點(diǎn)：化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)研討的重點(diǎn)：化學(xué)反響速率；速率； 反響歷程反響歷程反響機(jī)理反響機(jī)理研討化學(xué)反響速率的目的：為日常研討化學(xué)反響速率的目的：為日常生活和工農(nóng)業(yè)消費(fèi)效力生活和工農(nóng)業(yè)消費(fèi)效力如：如：Fe Fe 與與 O2 O2 Fe2O3 Fe2O3 尋求尋求減慢反響的方法減慢反響的方法 藥品的蛻變藥品的蛻變 尋求減慢反響的方法尋求減慢反響的方法 照片感光照片感光 尋求加快反響的方法尋求加快反響的方法 合成合成NH3 NH3 尋求加快反響的方法尋求加快

2、反響的方法6.1 6.1 化學(xué)反響速率的表示方法化學(xué)反響速率的表示方法一、化學(xué)反響速率的表示法：一、化學(xué)反響速率的表示法： 用單位時(shí)間內(nèi)，反響物濃度用單位時(shí)間內(nèi)，反響物濃度的減少或生成物濃度的添加來表的減少或生成物濃度的添加來表示。示。a.a.單位：濃度單位：濃度 時(shí)間時(shí)間-1-1 如 ：如 ： m o lm o l L - 1L - 1 s - 1 s - 1 (mol(mol L-1L-1 min-1 min-1 或或molmol L-L-1 1 h-1)h-1)b.b.是正值是正值c.c.可用任一物質(zhì)濃度的變化來表可用任一物質(zhì)濃度的變化來表示示例： 2N2O5 = 4NO2 + O2 t

3、1 c1 c1 c1 t2 c2 c2 c2tONcttccON)()(52121252tNOcttccNO)()(212122tOcttccO)()(212 1 22二、平均速率二、平均速率例：將例：將0.160mol N2O5放在放在1L容器中，容器中，340 K 時(shí)，每隔時(shí)，每隔1min測(cè)得反響物濃度如下：測(cè)得反響物濃度如下：在在t = 0和和2 min內(nèi)：內(nèi)：在在t = 1和和3 min內(nèi)：內(nèi)：1 -1 -min2minLmol 040. 002160. 0080. 01 -1 -min2minLmol 0285. 013113. 0056. 0三、瞬時(shí)速率：化學(xué)反響在某一瞬間的真實(shí)速

4、率三、瞬時(shí)速率：化學(xué)反響在某一瞬間的真實(shí)速率上例中，在上例中，在t =2min時(shí)測(cè)得速率為時(shí)測(cè)得速率為=0.028 molL-1min-1dtONdctONcONt)()(lim)(5252052dtNOdcNO)()(22dtOdcO)()(221:4:2)(:)(:)(2252dtOdcdtNOdcdtONdc2 N2O5 = 4 NO2 + O21、通式：對(duì)任一反響：、通式：對(duì)任一反響： aA + bB = dD + eE，或或dtdcedtdcddtdcbdtdcaEDBA11 1 1edbadtdcdtdcdtdcdtdcEDBA: : 碰撞實(shí)際優(yōu)點(diǎn)：碰撞實(shí)際優(yōu)點(diǎn)：a.a.直觀，直觀

5、， b.b.適用于簡(jiǎn)單分子的反響特別是氣適用于簡(jiǎn)單分子的反響特別是氣體雙分子反響體雙分子反響2、活化分子：可以發(fā)生有效碰撞的分子、活化分子：可以發(fā)生有效碰撞的分子 反響速率正比于活化分子的數(shù)目；反響速率正比于活化分子的數(shù)目； 活化分子的平均能量高于反響物分子的平均活化分子的平均能量高于反響物分子的平均能量。能量。ONOCOONOCOONOCO+反應(yīng)物過渡態(tài)（活化絡(luò)合物） 產(chǎn)物二、過渡形狀實(shí)際二、過渡形狀實(shí)際Eyring正反響活化能正反響活化能:Ea=E:Ea=E* *-E-E逆反響活化能逆反響活化能:Ea:Ea=E=E* *-E-E反響熱反響熱: : rH = ErH = E E = Ea E

6、 = Ea Ea EaEa(逆逆)(正正)(正)Ea(逆)Ea Ea00反響物反響物 反響物反響物 產(chǎn)物產(chǎn)物 產(chǎn)物產(chǎn)物 放熱反響放熱反響吸熱反響吸熱反響 活化能越大，活化絡(luò)合物越難構(gòu)成，反響速率越??；活化能越小，活化分子數(shù)目越多，反響速率越大；因此，活化能是影響化學(xué)反響速率的內(nèi)因。 Ea 400 kJ mol 1,反響很慢。 溫度添加使分子平均能量提高，運(yùn)動(dòng)速率加快，使有效碰撞次數(shù)添加，加快反響，但普通不改動(dòng)活化能。影響反響速率的要素影響反響速率的要素 內(nèi)因：即反響的本質(zhì)，包括：內(nèi)因：即反響的本質(zhì)，包括： 反響活化能；反響活化能； 反響物的構(gòu)造等反響物的構(gòu)造等 外因：外因： 濃度壓力：通常反響

7、物濃度壓力：通常反響物的濃度越大，反響速率越快；的濃度越大，反響速率越快； 溫度：通常溫度越高，反響溫度：通常溫度越高，反響速率越快；速率越快； 催化劑：正催化劑能加快反催化劑：正催化劑能加快反響速率。響速率。6.3 6.3 濃度對(duì)化學(xué)反響速率的影響濃度對(duì)化學(xué)反響速率的影響一、基元反響和非基元反響：一、基元反響和非基元反響：1 1、基元反響：一步完成的化學(xué)反響。、基元反響：一步完成的化學(xué)反響。簡(jiǎn)單反響簡(jiǎn)單反響如：如：NO2 + CO = NO + CO2NO2 + CO = NO + CO2 2 NO2 = 2NO + O2 2 NO2 = 2NO + O2 2 2、非基元反響：由兩個(gè)或兩個(gè)以

8、上、非基元反響：由兩個(gè)或兩個(gè)以上的基元反響組成的化學(xué)反響。的基元反響組成的化學(xué)反響。 復(fù)雜反響復(fù)雜反響絕大多數(shù)反響是非基元反響。絕大多數(shù)反響是非基元反響。如反響：如反響：A2 + B A2B 分兩個(gè)基元步驟完成：分兩個(gè)基元步驟完成：第一步：第一步：A2 2A 快反響快反響第二步：第二步：2A + B A2B 慢反響慢反響 速控步驟速控步驟 總反響速率根本上等于最慢一步反響的速率總反響速率根本上等于最慢一步反響的速率二、質(zhì)量作用定律：一定溫度下，基元反響的反二、質(zhì)量作用定律：一定溫度下，基元反響的反響速率與各反響物濃度系數(shù)次方的乘積成正比。響速率與各反響物濃度系數(shù)次方的乘積成正比。1、速率方程式

9、：、速率方程式：aA + bB = dD + eE (基元反響基元反響) = k cAa cBb2、反響速率常數(shù)：、反響速率常數(shù)： k 濃度濃度1(a+b) 時(shí)間時(shí)間-1)a. 物理意義：?jiǎn)挝粷舛葧r(shí)的反響速率；物理意義：?jiǎn)挝粷舛葧r(shí)的反響速率；b. k的大小與反響的本性有關(guān)，在其它條件一樣的大小與反響的本性有關(guān)，在其它條件一樣的情況下，的情況下，k越大，反響越快；越大，反響越快；c. k與濃度無關(guān)；與濃度無關(guān)；k與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。三、復(fù)雜反響非基元反響三、復(fù)雜反響非基元反響aA + bB = dD + eE = kcAmcBn例：2H2 + 2NO = 2H2O + N2 ，不同溫度下對(duì)其

10、反響速率進(jìn)展了測(cè)定，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下： c(H2) c2(NO)從實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)1、2、3看，看，NO濃度不變，濃度不變， c (H2)從實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)4、5、6看，看，H2濃度不變，濃度不變， c2(NO) = k c(H2) c2(NO) k c2(H2) c2(NO) 留意：留意：1m、n經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。復(fù)雜反響的速率方經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。復(fù)雜反響的速率方程必需根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得，而不能直接從反響程必需根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得，而不能直接從反響方程式得到。方程式得到。2 ，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可求，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可求k。22NOHccvk四、反響級(jí)數(shù)：反響速率方程式中各反響物濃四、反響級(jí)數(shù)：反響速率方程式中各反響物濃度項(xiàng)的

11、方次之和。度項(xiàng)的方次之和。如上例：如上例：2H2 + 2NO = 2H2O + N2 = k c(H2) c2(NO) 三級(jí)反響三級(jí)反響即：反響物即：反響物H2 的級(jí)數(shù)為的級(jí)數(shù)為1，NO的級(jí)數(shù)為的級(jí)數(shù)為2 CO(g)+NO2(g)= CO2(g)+ NO(g) = k c(CO) c (NO2) 二級(jí)反響二級(jí)反響 H2 + Cl2 = 2HCl = k c(H2) c1/2(Cl2) 1.5級(jí)反響級(jí)反響闡明：闡明：1反響級(jí)數(shù)不能從化學(xué)方程式中直接看出，反響級(jí)數(shù)不能從化學(xué)方程式中直接看出，必需由速率方程式?jīng)Q議。必需由速率方程式?jīng)Q議。2反響級(jí)數(shù)不一定是正整數(shù)，也可為零、負(fù)反響級(jí)數(shù)不一定是正整數(shù)，也

12、可為零、負(fù)數(shù)或分?jǐn)?shù)。數(shù)或分?jǐn)?shù)。如速率方程式為如速率方程式為 = k ，零級(jí)反響，零級(jí)反響3由實(shí)驗(yàn)求得的反響速率方程式與根據(jù)質(zhì)量由實(shí)驗(yàn)求得的反響速率方程式與根據(jù)質(zhì)量作用定律直接寫出的一致時(shí)，該反響不一定作用定律直接寫出的一致時(shí)，該反響不一定是基元反響。是基元反響。如：如： H2 (g) + I2 (g) = 2HI (g) = k c(H2) c(I2) 非基元反響，第一步快反響；第二步慢反響。非基元反響，第一步快反響；第二步慢反響。五、具有簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)反響的特征五、具有簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)反響的特征1、一級(jí)反響、一級(jí)反響c0為為 t =0時(shí)反響物的起始濃度時(shí)反響物的起始濃度dcvkcdt 0lncktc0kt

13、cc e0lnlncktc 一級(jí)反響的特征：一級(jí)反響的特征：1lnc對(duì)對(duì)t 作圖得不斷線，斜率為作圖得不斷線，斜率為-k。2k的單位是時(shí)間的單位是時(shí)間-1。3半衰期是指反響物濃度耗費(fèi)一半所需的時(shí)間。半衰期是指反響物濃度耗費(fèi)一半所需的時(shí)間。01/2110.693lnln2ctkckk定溫下，定溫下，t 是常數(shù)是常數(shù)，與，與c0無關(guān)。無關(guān)。2、二級(jí)反響、二級(jí)反響2dcvkcdt 011ktcc1/2001 111()tk cckc二級(jí)反響的特征：二級(jí)反響的特征：11/c對(duì)對(duì)t 作圖得不斷線，斜率為作圖得不斷線，斜率為k。2k的單位是濃度的單位是濃度-1 時(shí)間時(shí)間-1 ，即，即k的單位與濃度的單位與

14、濃度所取單位有關(guān)。所取單位有關(guān)。3半衰期半衰期t 與與c0成反比。成反比。3、零級(jí)反響、零級(jí)反響dcvkdt 0cktc 零級(jí)反響的特征：零級(jí)反響的特征：1c對(duì)對(duì)t 作圖得不斷線，斜率為作圖得不斷線，斜率為-k。2k的單位是濃度的單位是濃度 時(shí)間時(shí)間-1 。3半衰期半衰期t 與與c0成正比，與成正比，與k成反比。成反比。01/22ctk6.4 6.4 溫度對(duì)反響速率的影響溫度對(duì)反響速率的影響一、一、VanVant Hofft Hoff規(guī)那么：溫度每升高規(guī)那么：溫度每升高1010，化學(xué)反響速率普通添加，化學(xué)反響速率普通添加2424倍。添加了活化分子百分?jǐn)?shù)，有倍。添加了活化分子百分?jǐn)?shù)，有效碰撞次數(shù)

15、添加效碰撞次數(shù)添加二、二、ArrheniusArrhenius方程式：方程式： A A：指前頻率因子：指前頻率因子RTEaeAkARTEkalnln三、 Arrhenius方程式的運(yùn)用：1測(cè)得反響在不同溫度下的速率常數(shù)k，用lnk對(duì)1/T作圖得不斷線，那么可由斜率求出活化能Ea。 直線斜率Ea /R2活化能Ea由兩個(gè)不同溫度下的k求。 ARTEkalnln11ARTEkalnln22(1)22112211211lnTTTTRETTREkkaaARTEkalnln例、例、273K和和318K時(shí)，反響時(shí)，反響AB的的k分別為分別為1.0610-5s-1和和2.9210-3s-1，計(jì)算該反響的，計(jì)算

16、該反響的Ea及及298K時(shí)的時(shí)的k。 解：解：3121123511ln()2.92 1011ln()1.06 108.31427331890.1 ()10aaakJ molEkkR TTEE311333541311ln()90.1 1011ln()1.06 108.3142732982.96 10()akEkR TTkks6.5 6.5 催化劑對(duì)反響速率的影響催化劑對(duì)反響速率的影響一、催化劑：能改動(dòng)反響速率而它本一、催化劑：能改動(dòng)反響速率而它本身的組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反響身的組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反響前后堅(jiān)持不變的物質(zhì)。前后堅(jiān)持不變的物質(zhì)。催化作用：催化劑改動(dòng)化學(xué)反響速率催化作用：催化劑改動(dòng)

17、化學(xué)反響速率的作用。在催化作用下進(jìn)展的反響的作用。在催化作用下進(jìn)展的反響叫做催化反響。叫做催化反響。闡明：闡明：a. a. 加快反響速率的叫正催化劑；減加快反響速率的叫正催化劑；減慢反響速率的叫負(fù)催化劑；慢反響速率的叫負(fù)催化劑；b. b. 催化劑經(jīng)過改動(dòng)反響歷程，從而催化劑經(jīng)過改動(dòng)反響歷程，從而改動(dòng)反響的活化能，來影響反響的改動(dòng)反響的活化能，來影響反響的速率。速率。例： A + B AB Ea 加催化劑K后： A + K AK E1 AK + B AB + K E2 由于E1、E2 Ea，所以反響速率比沒有催化劑時(shí)快。EaE1E2A + BAK + BABReaction Coordinati

18、onE二、催化劑的特點(diǎn)：二、催化劑的特點(diǎn)：a. 經(jīng)過改動(dòng)反響的活化能而顯著地改動(dòng)反響速經(jīng)過改動(dòng)反響的活化能而顯著地改動(dòng)反響速率；率；b.同等地改動(dòng)正逆反響的速率；改動(dòng)到達(dá)化學(xué)同等地改動(dòng)正逆反響的速率；改動(dòng)到達(dá)化學(xué)平衡所需時(shí)間；不改動(dòng)反響方向。平衡所需時(shí)間；不改動(dòng)反響方向。 例：例： H2 + O2 能反響，可用能反響，可用Pt、Pd等作催等作催化劑化劑 He + O2 不反響，不反響，c. 有特殊的選擇性：有特殊的選擇性：(只能催化某一類型的化學(xué)只能催化某一類型的化學(xué)反響反響例：例： C2H5OHCuAl2O3ZnO,Cr2O3CH3CHO + H2473 523 KC2H4 + H2O623 633 KCH2=CHCH=CH2623 723 K 催化活性：催化劑對(duì)化學(xué)反響的催化才干。催化活性：催化劑對(duì)化學(xué)反響的催化才干。 催化劑中毒：催化劑在活性穩(wěn)定期間，因接觸少量催化劑中毒：催化劑在活性穩(wěn)定期間