普通化學(xué)化學(xué)反應(yīng)速率市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、普 通 化 學(xué)主講： 李瓊芳GENERAL CHEMISTRY1第1頁(yè)第1頁(yè)第三章 化學(xué)反應(yīng)速率主講： 李瓊芳10/10/2第三章 化學(xué)反應(yīng)速率第2頁(yè)第2頁(yè)教學(xué)目的1.理解化學(xué)反應(yīng)速率表示辦法及基元反應(yīng)、簡(jiǎn)樸反應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)等基本概念。2.理解濃度對(duì)反應(yīng)速率影響；掌握質(zhì)量作用定律、速率方程及反應(yīng)級(jí)數(shù)等。3.理解溫度對(duì)反應(yīng)速率影響；掌握阿侖尼斯方程應(yīng)用。4.理解催化作用原理和反應(yīng)碰撞理論。3第3頁(yè)第3頁(yè) 各種化學(xué)反應(yīng)速率極不相同，即使對(duì)同一化學(xué)反應(yīng)，條件不同，化學(xué)反應(yīng)速率也不相同。比如Cl2和H2見(jiàn)光就爆炸生成HCl，不見(jiàn)光則幾乎不能反應(yīng)；Fe和鹽酸很快就能反應(yīng)，而石油和煤形成則需要漫長(zhǎng)時(shí)間，環(huán)境

2、污染中白色污染，其降解需要幾十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。由此可知，一些為人們所需要化學(xué)反應(yīng)，往往因?yàn)榉磻?yīng)速率太慢而無(wú)法加于利用，為此，就必須設(shè)法提升化學(xué)反應(yīng)速率。比如，合成氨反應(yīng)，在常溫常壓，反應(yīng)進(jìn)行非常遲緩，依據(jù)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，只要控制反應(yīng)條件，用鐵作催化劑，在720770K和高壓下，反應(yīng)就能較快地進(jìn)行，從而達(dá)到提升產(chǎn)率目標(biāo)。而對(duì)那些危害性反應(yīng)，比如橡膠、塑料老化，金屬設(shè)備腐蝕等，則需要設(shè)法克制或減緩其進(jìn)行，以降低損失。因此，研究化學(xué)反應(yīng)，不但需要考慮它發(fā)生可能性而且要研究怎樣實(shí)現(xiàn)這個(gè)反應(yīng)，研究反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理。這就是化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究?jī)?nèi)容。4第4頁(yè)第4頁(yè)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率概念 一、化學(xué)反應(yīng)速率表示辦法二

3、、化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)定辦法5第5頁(yè)第5頁(yè)一、化學(xué)反應(yīng)速率表示辦法以單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度減少或生成物濃度增長(zhǎng)表示： 式中 表示平均反應(yīng)速率；t表示從t1到t2時(shí)間間隔； c表示從時(shí)間t1到t2這段時(shí)間內(nèi)物質(zhì)濃度由c1到c2改變。濃度若用mol/L，時(shí)間分別用h、min、s，則反應(yīng)速率單位分別為mol / Lh、 mol /L min、 mol /L s。6第6頁(yè)第6頁(yè)比如：在340K時(shí)，N2O5熱分解反應(yīng)： 2N2O5 = 4NO2 + O2 以不同物質(zhì)表示平均化學(xué)反應(yīng)速率為： 7第7頁(yè)第7頁(yè)t0t0t0對(duì)普通化學(xué)反應(yīng)： aA + bB = dD + eE瞬時(shí)速率：t08第8頁(yè)第8頁(yè)1.首先測(cè)定化學(xué)

4、反應(yīng)中某物質(zhì)在不同時(shí)刻濃度。2.依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出濃度隨時(shí)間改變曲線，即c-t曲線。3.在時(shí)間t時(shí)，確定曲線上斜率絕對(duì)值，即為t時(shí)化學(xué)反應(yīng)速率。 比如：在340K時(shí)，將0.160 mol N2O5放在1L容器中，測(cè)定其濃度隨時(shí)間改變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)下列表： N2O5分解反應(yīng)速率（340K）二、化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)定辦法9第9頁(yè)第9頁(yè)以c（N2O5）為縱坐標(biāo)，t為橫坐標(biāo)，得c-t圖 t (時(shí)間/min) 反應(yīng)物N2O5濃度隨時(shí)間改變曲線0.1600.0400.1200.0800.0562.0斜率=v（ N2O5 ）=0 1 2 3 4N2O5濃度/molL-110第10頁(yè)第10頁(yè)第二節(jié) 濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響

5、 一、反應(yīng)機(jī)理 二、質(zhì)量作用定律和速率方程 三、反應(yīng)級(jí)數(shù) 11第11頁(yè)第11頁(yè)一、 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷路徑叫做反應(yīng)機(jī)理（或反應(yīng)歷程）H 2 O 2 + 2H+ + 2Br - = Br 2 + 2H 2 O（1） H+ + H 2 O 2 = H 3 O 2 + 快反應(yīng)（2） H 3 O 2 + + Br - = H 2 O +HOBr 快反應(yīng)（3） HOBr + H+ + Br - = H 2 O + Br 2 慢反應(yīng)12第12頁(yè)第12頁(yè)化學(xué)反應(yīng)速率快慢主要由反應(yīng)速率最慢基元反應(yīng)（稱(chēng)為決速環(huán)節(jié)）決定。由反應(yīng)物分子一步就能轉(zhuǎn)化為生成物分子反應(yīng)稱(chēng)為基元反應(yīng)。一個(gè)化學(xué)反應(yīng)只含有一個(gè)基元反應(yīng)

6、稱(chēng)為簡(jiǎn)樸反應(yīng)。如： CO(g) + NO 2(g) = CO 2(g) + NO(g)由兩個(gè)或兩個(gè)以上基元反應(yīng)構(gòu)成化學(xué)反應(yīng)稱(chēng)為非基元反應(yīng)或復(fù)合(雜）反應(yīng)。13第13頁(yè)第13頁(yè)質(zhì)量作用定律：在其它條件不變時(shí)，基元反應(yīng)速率與各反應(yīng)物以反應(yīng)系數(shù)為指數(shù)濃度乘積成正比。CO(g) + NO2 (g) = CO 2(g) + NO(g)v=kc(CO)c(NO2) a A + b B = c C + d Dv = kca(A)cb(B) 注意：質(zhì)量作用定律只適合用于基元反應(yīng)。二、 質(zhì)量作用定律和速率方程14第14頁(yè)第14頁(yè)反應(yīng)速率方程中百分比常數(shù)k稱(chēng)為速率常數(shù)。 k取決于反應(yīng)本性， k值大小與反應(yīng)活化能E

7、 a相關(guān)，活化能越小， k值越大，活化能越大， k值越小。 k與濃度無(wú)關(guān)。k隨溫度而變，通常溫度升高， k值增大。15第15頁(yè)第15頁(yè)復(fù)合反應(yīng)速率方程：2N2O5(g) = 4NO2(g) + O2 (g)其速率方程為：v =kc(N2O5) a A + b B = c C + d D其速率方程為： v= kcm(A)cn(B)例3-1：有一化學(xué)反應(yīng)：aA+bB=C，在298K時(shí)，將A、B溶液按不同濃度混合，得到以下試驗(yàn)數(shù)據(jù)：16第16頁(yè)第16頁(yè)求該反應(yīng)速率方程及速率常數(shù)。解：由試驗(yàn)1、2組數(shù)據(jù)及速率方程式得： / 得：m=117第17頁(yè)第17頁(yè)同理可得：n=2k=1.210-2 L2mol-

8、2s-1三、 反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)物A反應(yīng)級(jí)數(shù)為m，反應(yīng)物B反應(yīng)級(jí)數(shù)為n，。m + n + 稱(chēng)為該反應(yīng)級(jí)數(shù)。18第18頁(yè)第18頁(yè)反應(yīng)級(jí)數(shù)能夠是整數(shù)，也能夠是分?jǐn)?shù)或是零。一級(jí)一級(jí)零級(jí)一些化學(xué)反應(yīng)速率方程和反應(yīng)級(jí)數(shù)19第19頁(yè)第19頁(yè)第 三 節(jié) 溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響 一、范特霍夫（Vant hoff）規(guī)則 二、阿侖尼烏斯（Arrhenius）公式20第20頁(yè)第20頁(yè)一、范特霍夫（Vant hoff）規(guī)則范特霍夫依據(jù)大量試驗(yàn)事實(shí)歸納出一條近似規(guī)律：溫度每升高10C，反應(yīng)速率將大約增長(zhǎng)到本來(lái)24倍。k(t+10)kt=r r=24式中， kt和k(t+10)分別表示某一化學(xué)反應(yīng)在溫度t C和(t+10)C時(shí)

9、速率常數(shù)；r表示溫度每升高10 C時(shí)反應(yīng)速率增長(zhǎng)倍數(shù)，稱(chēng)為溫度系數(shù)，它能大體反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)速率影響程度大小。21第21頁(yè)第21頁(yè)假如溫度升高是從t C(t+10n) C,n為10 C倍數(shù)，則范特霍夫規(guī)則公式可寫(xiě)成：例：某一化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)溫度每升高10 C時(shí)，反應(yīng)速率是本來(lái)4倍(溫度系數(shù)r=4)，當(dāng)溫度從20 C升高到80 C時(shí)，其反應(yīng)速率提升了多少倍？解：依據(jù)范特霍夫規(guī)則：k(t+10 6)kt=r6=4096 提升了4096倍依據(jù)范特霍夫規(guī)則能夠粗略預(yù)計(jì)化學(xué)反應(yīng)隨溫度改變時(shí)反應(yīng)速率大小，但不能進(jìn)行嚴(yán)格定量計(jì)算。22第22頁(yè)第22頁(yè)二、 阿侖尼斯(Arrhenius)公式對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度改

10、變定量關(guān)系，瑞典化學(xué)家阿倫尼烏斯在1889年提出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式指出，化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)與熱力學(xué)溫度成下列指數(shù)關(guān)系：23第23頁(yè)第23頁(yè)兩邊取對(duì)數(shù)后得：lnk = + lnA 或 ： lgk = + lgA這個(gè)公式稱(chēng)為阿倫尼烏斯公式（后兩個(gè)稱(chēng)為對(duì)數(shù)形式阿倫尼烏斯公式）。式中k表示速率常數(shù)；Ea為活化能；R為抱負(fù)氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；A為指前因子或頻率因子。指數(shù) 本身無(wú)量綱。A單位同k。24第24頁(yè)第24頁(yè)1. 計(jì)算化學(xué)反應(yīng)活化能 測(cè)定了某化學(xué)反應(yīng)在不同溫度T1、T2速度常數(shù)k1、k2，便可求得該反應(yīng)活化能。lgk1 = + lgA (1)lgk2 = + lgA (2)(2)- (1)： lgk

11、2 - lgk1 = 25第25頁(yè)第25頁(yè)例1 對(duì)下列反應(yīng)： 2NOCl (g) = 2NO(g) + Cl2(g)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得：T1=300K時(shí)，k1=2.810-5 Lmol -1s -1；T2=400K時(shí)， k2=7.010-1 Lmol -1s -1 。求反應(yīng)活化能和頻率因子。解：將T1、 T2 、 k1 、 k2試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入公式：E a = 101 kJ mol -1 將E a 、T1、 k1 （或T2 和 k2）代入公式：lgk = + lgAA = 7.81012 Lmol -1s -126第26頁(yè)第26頁(yè)2. 計(jì)算不同溫度下速率常數(shù)例2 某化學(xué)反應(yīng)活化能E a = 114 kJ

12、 mol -1 。在T1=600K時(shí)，試驗(yàn)測(cè)得k1=0.7510-5 Lmol -1s -1 ，據(jù)此，計(jì)算該化學(xué)反應(yīng)在700K時(shí)速率常數(shù)。解：將試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入公式：得： k2=20 Lmol -1s -1 27第27頁(yè)第27頁(yè)第四節(jié) 反應(yīng)速率理論簡(jiǎn)介 一、有效碰撞理論 二、過(guò)渡狀態(tài)理論28第28頁(yè)第28頁(yè)一、 有效碰撞理論 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)必要條件是反應(yīng)物分子間必須進(jìn)行碰撞。 只有少數(shù)碰撞能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種能發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 碰撞稱(chēng)為有效碰撞。 能夠發(fā)生有效碰撞分子稱(chēng)為活化分子。1. 活化分子百分?jǐn)?shù) 化學(xué)反應(yīng)速率與活化分子百分?jǐn)?shù)成正比。29第29頁(yè)第29頁(yè)2. 活化能 普通分子變成活化分子至少吸取能

13、量稱(chēng)為活化能。E E a AE E* 能量 分子能量分布曲線含有一定能量分子百分?jǐn)?shù)/% 同一化學(xué)反應(yīng)，在同一溫度下，分子能量分布曲線是一定，活化分子百分?jǐn)?shù)也是一定；同一反應(yīng)在不同溫度下，分子能量曲線是不同，活化分子百分?jǐn)?shù)也不相同，不過(guò)，化學(xué)反應(yīng)中活化分子所含有最低能量E*不隨溫度而變。 E a = E* - E 30第30頁(yè)第30頁(yè)活化能特性：1.活化能大小由化學(xué)反應(yīng)本性決定。溫度改變對(duì)活化能影響幅度很小，普通不予考慮。催化劑對(duì)活化能影響幅度較大，這主要是催化劑加入改變了化學(xué)反應(yīng)機(jī)理緣故。2.活化能大小對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度起著決定性作用?；罨茉叫。磻?yīng)速率越大；活化能越大，反應(yīng)速率越小。二、過(guò)渡狀

14、態(tài)理論(又稱(chēng)為活化配合物理論）基本要點(diǎn)：當(dāng)兩個(gè)含有足夠能量反應(yīng)物分子互相碰撞時(shí)，分子化學(xué)鍵要通過(guò)重排，能量要通過(guò)重新分派，首先形成一個(gè)過(guò)渡狀態(tài)活化配合物，然后含有較高能量活化配合物不穩(wěn)定，不久分解，實(shí)現(xiàn)從反應(yīng)物分子變?yōu)楫a(chǎn)物分子轉(zhuǎn)化。31第31頁(yè)第31頁(yè)CO(g) + NO 2(g) CO 2(g) + NO(g)673K整個(gè)反應(yīng)可表示為：CO(g) + NO 2(g) ON O CO CO 2(g)+NO(g) 吸取能量 放出能量放出能量 吸取能量勢(shì)能反應(yīng)過(guò)程E a正E a逆QCO + NO 2CO 2 + NOABEAEBE* O CO O N 反應(yīng)要通過(guò)三個(gè)過(guò)程:1.反應(yīng)物分子必須發(fā)生定向

15、碰撞，才有也許形成活化配合物。2.含有較高能量分子在碰撞過(guò)程中將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能，形成活化配合物?；罨浜衔飿O不穩(wěn)定，能迅速分解。3.活化配合物既能夠分解為產(chǎn)物分子也可分解為反應(yīng)物分子。32第32頁(yè)第32頁(yè)第五節(jié) 催化作用一、催化劑和催化作用 二、催化作用特點(diǎn)三、均相催化和非均相催化（1）均相催化反應(yīng) （2）多相催化反應(yīng) 四、酶催化反應(yīng)33第33頁(yè)第33頁(yè)一、催化劑和催化作用 凡能加快化學(xué)反應(yīng)速率而本身構(gòu)成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后基本保持不變物質(zhì)。1.催化作用原理 催化劑改變了化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，催化劑與反應(yīng)物中一個(gè)或幾種物質(zhì)作用，首先生成中間化合物，而這種中間化合物又與另外反應(yīng)物作用或本身分解，重

16、新釋放出催化劑并形成新產(chǎn)物。A + K AKAK + B AB + K34第34頁(yè)第34頁(yè) A BEa E1 E2 Ea AB + KA+B+K能量反應(yīng)過(guò)程圖3-4 非催化反應(yīng)與催化反應(yīng)活化能比較A + K AKAK + B AB + K催化作用原理：由于催化劑加入，改變了化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，降化了反應(yīng)活化能，從而加快了化學(xué)反應(yīng)速率。35第35頁(yè)第35頁(yè)2.催化劑特點(diǎn)催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)方向。催化劑含有高選擇性。O催化劑含有高效性36第36頁(yè)第36頁(yè)二、催化作用類(lèi)型1.均相催化反應(yīng)NO(g)H+(aq)2.多相催化反應(yīng)（復(fù)相催化反應(yīng)）Fe(s)3.酶催化反應(yīng)本章結(jié)束 37第37頁(yè)第3

17、7頁(yè)本章結(jié)束 請(qǐng)大家共同來(lái)完成下列練習(xí)題38第38頁(yè)第38頁(yè)一、判斷題：1. 對(duì)所有化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速率大小都與反應(yīng)物濃度有關(guān)。（ ）2. 濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響，主要是影響活化分子百分?jǐn)?shù)。（ ）3. 升高溫度，可使正、逆反應(yīng)速率同時(shí)加緊，但加緊倍數(shù)不同。（ ）4. 化學(xué)反應(yīng)速率方程式可按照化學(xué)反應(yīng)方程式直接寫(xiě)出。（ ）5. 催化劑既能減少正反應(yīng)活化能，也能夠減少逆反應(yīng)活化能。（ ）39第39頁(yè)第39頁(yè)6. 催化劑選擇性在于它改變了化學(xué)反應(yīng)始、終態(tài)。（ ）7. 反應(yīng)級(jí)數(shù)不同化學(xué)反應(yīng)，其速率常數(shù)單位也不相同。（ ）8.當(dāng)Ea ,正 Ea ,逆時(shí)，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。（ ） 9. 化學(xué)反應(yīng)級(jí)數(shù)等于反應(yīng)

18、方程式中反應(yīng)物計(jì)量系數(shù)之和。（ ）40第40頁(yè)第40頁(yè)二、選擇題：1. 某化學(xué)反應(yīng)在700K時(shí)速率常數(shù)為20 Lmol-1 s-1 ，則該反應(yīng)一定是（ ）。A 零級(jí)反應(yīng) B 一級(jí)反應(yīng) C 二級(jí)反應(yīng) D 三級(jí)反應(yīng)C2. 某一反應(yīng)方程式中，若反應(yīng)物系數(shù)剛好是速率方程中積各物質(zhì)指數(shù)，則該反應(yīng)（ ）。A 一定是基元反應(yīng) B 一定不是基元反應(yīng)C 不一定是基元反應(yīng)3. 已知反應(yīng) A（g） + 2B（g） C（g）速率方程為v=kc(A)c2(B)。下列情況中反應(yīng)速率最大應(yīng)是（ ）。A A濃度減半 B B濃度減半C A、B濃度各減半CA41第41頁(yè)第41頁(yè)4. 下列反應(yīng)屬均相催化反應(yīng)是（ ），屬多相催化反應(yīng)是（ ）。BA、C5. 基元反應(yīng) A + B = C ，若c（A）增長(zhǎng)一倍，則v亦增長(zhǎng)一倍，這是由于（ ）。A. Ea減小一倍 B. 有效碰撞增長(zhǎng)一倍C. k增長(zhǎng)一倍 D. 反應(yīng)物能量增長(zhǎng)一倍B42第42頁(yè)第42頁(yè)6. 簡(jiǎn)樸反應(yīng) 2A + B = D ，其速率方程式為（ ）。A. v = kc2(A)c(B) B. v = kc2(A)C. v= kc(D) D. v =