大學化學第二章化學反應速度

1、 各種化學反應的速度極不相同，有些反應進行各種化學反應的速度極不相同，有些反應進行得很快，如酸堿中和反應、爆炸反應；有些反得很快，如酸堿中和反應、爆炸反應；有些反應進行得很慢，如常溫下氫、氧混合幾十年都應進行得很慢，如常溫下氫、氧混合幾十年都不會生成一滴水。不會生成一滴水。 故對化學反應速度的研究極其重要。一個很理故對化學反應速度的研究極其重要。一個很理想的化學反應，往往由于反應太慢而不能加以想的化學反應，往往由于反應太慢而不能加以應用，這時我們就要集中力量解決提高反應速應用，這時我們就要集中力量解決提高反應速度的問題；而對于那些危險甚大的化學變化，度的問題；而對于那些危險甚大的化學變化，如橡

2、膠的老化（變脆、變硬）、金屬的腐蝕等，如橡膠的老化（變脆、變硬）、金屬的腐蝕等，總希望越慢越好。所以我們需要有效地控制反總希望越慢越好。所以我們需要有效地控制反應的快慢。應的快慢。 第二章第二章 化學反應速度化學反應速度第一節(jié)第一節(jié) 化學反應速度的表示方法化學反應速度的表示方法一、反應速度的概念一、反應速度的概念 通常用單位時間內反應物或生成物濃度的變化量來通常用單位時間內反應物或生成物濃度的變化量來表示化學反應速度，簡稱表示化學反應速度，簡稱反應速度反應速度。 恒容反應：恒容反應：aA + bB gG + dD 隨著反應的進行，隨著反應的進行，反應物濃度反應物濃度 ，生成物濃度，生成物濃度

3、，而，而反應速度恒為正值反應速度恒為正值， 故故 ， 即各物質的平均反應即各物質的平均反應速度均不相同，故描述一個整體反應的平均反應速度。速度均不相同，故描述一個整體反應的平均反應速度。 tcVAAtcVGGtdctacVDA. 對于大多數化學反應而言，反應開對于大多數化學反應而言，反應開始后，各物質的濃度每時每刻都在變化始后，各物質的濃度每時每刻都在變化著，即真實的化學反應速度指在某一瞬著，即真實的化學反應速度指在某一瞬間的反應速度，即瞬時反應速度，間的反應速度，即瞬時反應速度， dtdcdtdcVd.aDA 如圖，反應從如圖，反應從A狀態(tài)狀態(tài)(t1,c1)進行到進行到B(t2,c2)狀態(tài)，

4、平狀態(tài)，平均反應速度為均反應速度為(c1-c2)/ (t2-t1) =-c/t，F狀態(tài)狀態(tài)(tF,cF)的瞬的瞬時反應速度為時反應速度為VF=-dc/dt，ABFt2c1-c2t2-t1c1c2t1tF注意：注意：1、同一反應，用不同物質表示的反應速度不一定同一反應，用不同物質表示的反應速度不一定相同相同。例如：。例如：N2+3H2=2NH3 如果如果1秒鐘內氮氣濃度減少秒鐘內氮氣濃度減少1mol/L,則氫氣濃度則氫氣濃度減少減少3mol/L,氨氣濃度增加氨氣濃度增加2mol/L。則。則2、如果用各物質表示的反應速度除以相應的化學、如果用各物質表示的反應速度除以相應的化學計量數的絕對值，則用不

5、同的物質表示的反應速計量數的絕對值，則用不同的物質表示的反應速度值相等。度值相等。11N12SLmolV11H32SLmolV11NH23SLmolV一、反應機理一、反應機理 反應物變?yōu)樯晌镞^程中所經歷的途徑。反應物變?yōu)樯晌镞^程中所經歷的途徑。好多反應并不是一步完成的，而整個反應好多反應并不是一步完成的，而整個反應速度取決于最慢的一步反應，速度取決于最慢的一步反應，定速步驟定速步驟。 基元反應基元反應一步完成的反應。也稱為簡一步完成的反應。也稱為簡單反應。單反應。 復雜反應復雜反應多步完成的反應，也成為非多步完成的反應，也成為非基元反應?；磻５诙?jié)第二節(jié) 化學反應速度理論化學反應速度

6、理論 二、碰撞理論二、碰撞理論 A、反應物分子彼此碰撞；、反應物分子彼此碰撞； B、只有那些能量足夠高的分子、只有那些能量足夠高的分子(活化分子活化分子)之間的之間的碰撞才能發(fā)生化學反應；發(fā)生有效碰撞的反應物分碰撞才能發(fā)生化學反應；發(fā)生有效碰撞的反應物分子子活化分子。活化分子百分數活化分子?；罨肿影俜謹?，有效碰撞有效碰撞 ， V ； C、只有那些取向適當的碰撞才能發(fā)生化學反應；、只有那些取向適當的碰撞才能發(fā)生化學反應； D、活化能活化能為活化分子平均能量與反應物分子的平為活化分子平均能量與反應物分子的平均能量之差。均能量之差。 Ea+ Ea- rHm 反應物反應物 生成物生成物E 活化絡合

7、物活化絡合物說說 明明1、一般地說，活化能的大小，只與化學反應的本、一般地說，活化能的大小，只與化學反應的本性有關，與溫度無關。性有關，與溫度無關。2、反應活化能越大，反應速度越慢；反應活化能、反應活化能越大，反應速度越慢；反應活化能越小，反應速度越快。越小，反應速度越快。3、活化能小于、活化能小于40kJ/mol的化學反應速度很大，可的化學反應速度很大，可以瞬間完成；活化能大于以瞬間完成；活化能大于250kJ/mol時，反應極時，反應極慢，有些甚至可以認為實際上并未發(fā)生。慢，有些甚至可以認為實際上并未發(fā)生。第三節(jié)第三節(jié) 影響反應速度的因素影響反應速度的因素一、質量作用定律一、質量作用定律濃度

8、對化學反應速度的影響濃度對化學反應速度的影響規(guī)律。在一定溫度下，基元反應的反應速度與各規(guī)律。在一定溫度下，基元反應的反應速度與各反應物的濃度反應物的濃度(以計量數的絕對值為指數以計量數的絕對值為指數)的乘積成的乘積成正比。正比。 對于基元反應：對于基元反應： aA + bB gG + dD 在恒溫下有：在恒溫下有： V = kcAacBb 質量作用定律（速度方程）質量作用定律（速度方程） k速度常數，單位取決于反應級數，其物理意義：速度常數，單位取決于反應級數，其物理意義：反應物濃度為反應物濃度為1mol/L時的反應速度。對于某一給時的反應速度。對于某一給定反應在同一溫度、催化劑等條件下，定反

9、應在同一溫度、催化劑等條件下，k是常數。是常數。 k= V / (cAacBb) 反應的級數為反應的級數為a + b級，即速度方程中濃度項的級，即速度方程中濃度項的指數和。指數和。通過實驗測定通過實驗測定。注意：注意：質量作用定律僅適用于質量作用定律僅適用于基元反應基元反應。質量作用定律適用于氣體和溶液反應。質量作用定律適用于氣體和溶液反應。固體、純液體和稀溶液中的水對反應速度固體、純液體和稀溶液中的水對反應速度的影響被看作常數，不列入表達式中。的影響被看作常數，不列入表達式中。當反應物為氣體時，質量作用定律也可以當反應物為氣體時，質量作用定律也可以用分壓表示：用分壓表示：V=kppaApbB

10、 對于非基元反應，質量作用定律雖適用于其對于非基元反應，質量作用定律雖適用于其中的每一過程，但往往不適用于總反應。不能根中的每一過程，但往往不適用于總反應。不能根據反應式直接寫出速度方程?？梢愿鶕嶒灤_定。據反應式直接寫出速度方程。可以根據實驗確定。 故故反應速度表達式應寫成：反應速度表達式應寫成：V = kcAxcBy 注意注意: 一般有一般有x a、y b，x + y a + b( 3)，x + y可以可以為零級或分數級。為零級或分數級。 反應級數是速度方程中濃度項的指數和，與化學反應級數是速度方程中濃度項的指數和，與化學計量數沒有確定的聯系。只有在基元反應中，反計量數沒有確定的聯系。只有

11、在基元反應中，反應級數才與反應物化學計量數和的絕對值相等。應級數才與反應物化學計量數和的絕對值相等。 反應分子數反應分子數基元反應中一次有效碰撞所需要基元反應中一次有效碰撞所需要的反應微粒數。反應分子數一定是正整數。的反應微粒數。反應分子數一定是正整數。 例：在例：在1073 K時，對于下列反應：時，對于下列反應：2NO + 2H2 N2 + 2H2O 進行反應速度的實驗測定，有關數據如下：進行反應速度的實驗測定，有關數據如下： 1、寫出這個反應的速度方程式；、寫出這個反應的速度方程式； 2、計算該反應在、計算該反應在1073 K時的時的k； 3、當、當c(NO) = 4.010-3 mold

12、m-3、c(H2) = 5.010-3 moldm-3時，求時，求V1073 K。 No.C0(NO)10+3 moldm-3C0(H2)10+3moldm-3010+3moldm-3s-11 6.0 1.0 3.192 6.0 2.0 6.363 6.0 3.0 9.564 1.0 6.0 0.485 2.0 6.0 1.926 3.0 6.0 4.32 解：解：1、依題意有：、依題意有：2NO + 2H2 N2 + 2H2O V = kcx(NO)cy(H2) 由由13號看出：號看出：c0(NO)一定，一定， c(H2)，故，故y = 1； 46號看出：號看出：c0(H2)一定，一定， c

13、2(NO)，故，故x = 2。 速率方程式為：速率方程式為： V=kc2(NO)c(H2) 三級反應（非基元反三級反應（非基元反應）；應）； 2、對應一個已知濃度均有一個反應速率，故、對應一個已知濃度均有一個反應速率，故k也有少許也有少許變化。變化。 k1 = 3.1910-3/(6.010-3)21.010-3 = 8.86104 (L6mol-2s-1) k = 1/6 ki=8.4104 (dm6mol-2s-1) 3、 V1073K=kc2(NO)c(H2)=8.4104(4.010-3)25.010-3 =6.410-3 (molL-3s-1) 二、溫度的影響和阿累尼烏斯公式二、溫度

14、的影響和阿累尼烏斯公式k = Z 式中：式中：Z指前因子指前因子(0)，R=8.314JK-1mol-1。 T ，k正正、k逆逆、V正正、V逆逆均均 。 一般有：一般有：V T+10 /V T = kT+10 / kT = = 24 溫度系數溫度系數 。溫度每升高溫度每升高10 K，反應速率增大到，反應速率增大到原來的原來的 24倍。倍。RTaEe 由由 k = Z lnk = + lnZ 如反應中如反應中T1、T2時的反應速度常數分時的反應速度常數分別為別為k1、k2，帶入上式得：，帶入上式得： lnk1 = + lnZ lnk2 = + lnZ 二式相減得到：二式相減得到：ln = ( )

15、RTaE1RTaE2RTaE12kkREa1212TTTT RTaEe三、催化劑的影響三、催化劑的影響 只改變化學反應速度，而本身的化學性只改變化學反應速度，而本身的化學性質和質量在反應前后保持不變的物質。質和質量在反應前后保持不變的物質。 正催化劑正催化劑能使反應速度加快的催化能使反應速度加快的催化劑叫正催化劑，反之叫負催化劑。劑叫正催化劑，反之叫負催化劑。催化反應的特點：催化反應的特點： A、正催化劑只能對熱力學上可能發(fā)生的反應起加速、正催化劑只能對熱力學上可能發(fā)生的反應起加速作用；改變了化學反應的途徑，降低了反應活化能。作用；改變了化學反應的途徑，降低了反應活化能。 B、催化劑只能改變反應的途徑，不能改變反應的始、催化劑只能改變反應的途徑，不能改變反應的始、終態(tài)，反應