化學反應(yīng)速度

化學反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)速率第4章Chapter4ChemicalReactionRate精品資料化學反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)速率的表示方法以及基元反應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)等基本概念；理解并會用濃度、溫度、催化劑諸因素解釋其對化學反應(yīng)(fǎnyìng)速率的影響；初步掌握阿侖尼烏斯公式的應(yīng)用，會用其求算活化能及某溫度下的反應(yīng)速率；理解反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級數(shù)的概念，會進行基元反應(yīng)有關(guān)的簡單計算；5.初步掌握零級、一級和二級反應(yīng)的特征。

本章教學要求精品資料4.1化學反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)速率的基本概念Primaryconceptionofchemicalreactionrate4.2濃度對化學反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)速率的影響Effectofconcentrationontherateofchemicalreaction4.4反應(yīng)速率理論簡介Briefintroductorytoreactionratetheory4.3溫度對化學反應(yīng)速率的影響Effectoftemperatureontherateofchemicalreaction4.5催化作用catalyze精品資料化學動力學(化學的動力學)研究(yánjiū)的是反應(yīng)進行的速率,并根據(jù)研究(yánjiū)反應(yīng)速率提供的信息探討反應(yīng)機理，即研究(yánjiū)反應(yīng)的快慢和反應(yīng)進行的途徑。H2與O2具有生成H2O的強烈趨勢,但室溫(shìwēn)下氣體混合物放置1萬年仍看不出生成H2O的跡象。為了利用這個反應(yīng)釋放的巨大能量,就必須提供適當?shù)膭恿W條件。因此，化學動力學研究還在于其實用意義。精品資料4.1.1化學反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)的平均速率Theaveragerateofchemicalreaction4.1.2反應(yīng)的瞬時(shùnshí)速率Instantaneousrateofchemicalreaction4.1化學反應(yīng)速率的基本概念

Primaryconceptionofchemicalreactionrate精品資料定義反應(yīng)速率(反應(yīng)比率)是指給定條件下反應(yīng)物通過化學反應(yīng)轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)為產(chǎn)物的速率，常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或者產(chǎn)物濃度的增加來表示。濃度常用moldm–3，時間常用s，min，h，d，y。反應(yīng)速率又分為平均速率（平均比率）和瞬時速率（瞬間比率）兩種表示方法。4.1.1化學反應(yīng)的平均(píngjūn)速率以H2O2在水溶液中的分解反應(yīng)為例討論這兩個概念。精品資料(－△c(H2O2)/△t)/mol·dm–3·s–1△c(H2O2)/mol·dm–3△t/sc(H2O2)/mol·dm–3t/s15.0×10-410.5×10-48.0×10-46.3×10-44.8×10-44.8×10-42.8×10-4－0.60－0.42－0.32－0.25－0.19－0.15－0.112.321.721.300.980.730.540.390.28400400400400400400400040080012001600200024002800反應(yīng)的平均速率=－△c(H2O2)△t隨著時間的推移，雙氧水的濃度在減??！精品資料▲實際工作中如何選擇，往往取決于哪一種物質(zhì)更易通過實驗監(jiān)測(jiāncè)其濃度變化。aA+bByY+zZ對于一般的化學反應(yīng)：精品資料N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)起始(qǐshǐ)濃度(mol/L)1.03.004秒后(mol/L)0.41.21.2Question1精品資料

規(guī)定:以各個不同的速率項除以各自在反應(yīng)式中的計量系數(shù)表示反應(yīng)的反應(yīng)速率.精品資料瞬時速率只能用作圖的方法得到，例如對于(duìyú)反應(yīng)（45℃）：2N2O5→4NO2+O24.1.2反應(yīng)(fǎnyìng)的瞬時速率c(N2O5)/mol·dm-3

v/mol·

dm-3·s-10.905.4×10-40.452.7×10-4精品資料對于(duìyú)化學反應(yīng):精品資料反應(yīng)(fǎnyìng)2W+XY+Z哪種速率表達式是正確的？（同學(tóngxué)們自己回答）Question1精品資料4.2濃度(nóngdù)對化學反應(yīng)速率的影響Effectofconcentrationontherateofchemicalreaction在溫度恒定情況下,增加反應(yīng)物的濃度(nóngdù)可以增大反應(yīng)速率。白磷在純氧氣中和在空氣中的燃燒反應(yīng)速率∝碰撞次數(shù)∝反應(yīng)物濃度精品資料化學動力學中,按反應(yīng)機理(jīlǐ)不同,分為基元反應(yīng)和非基元反應(yīng).反應(yīng)機理(reactionmechanism):反應(yīng)物到產(chǎn)物所經(jīng)歷的途徑(tújìng).如:H2(g)+I2(g)=2HI(g)的反應(yīng)機理如下:(1)I22I(快反應(yīng))(2)H2+I+I=2HI(慢反應(yīng))1.基元反應(yīng)與非基元反Elementalreactionandunelementalreaction精品資料非基元反應(yīng)(fǎnyìng):如果一個反應(yīng)(fǎnyìng)由兩個或兩個以上基元反應(yīng)(fǎnyìng)組成,即為非基元反應(yīng)(fǎnyìng)或復(fù)雜反應(yīng)(fǎnyìng).基元反應(yīng):反應(yīng)物微粒(wēilì)直接碰撞一步實現(xiàn)的反應(yīng).如:NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)

其中慢的基元反應(yīng)決定整個反應(yīng)的速率,稱為非基元反應(yīng)的速度決定步驟.(Ratedeterminingstep)精品資料2.質(zhì)量(zhìliàng)作用定律和速率方程1863年,挪威學者古德堡(Guldberg)和威格(Wagge)在大量(dàliàng)事實基礎(chǔ)上提出了質(zhì)量作用定律.

在一定溫度下,基元反應(yīng)的化學反應(yīng)速率與各反應(yīng)物摩爾濃度（以方程式中該物質(zhì)的計量系數(shù)為指數(shù)的乘積成正比。對于任一基元反應(yīng)：aA+bB=gG+hHrateequationofelementalreaction精品資料速率方程式中的k稱為速率常數(shù)，其數(shù)值為在一定條件（溫度、催化劑）下，當各反應(yīng)物濃度均為1mol·L－1時的化學反應(yīng)速率。k值決定于反應(yīng)的本性和反應(yīng)溫度。k值一般都由實驗(shíyàn)測定。式中(a+b)稱為(chēnɡwéi)反應(yīng)總級數(shù).說明:(1)速率常數(shù)k的單位:

a+b反應(yīng)總級數(shù)k的單位

0

0級

1一級

S-1

2二級精品資料(2)a+b稱為反應(yīng)(fǎnyìng)總級數(shù),a為反應(yīng)(fǎnyìng)物A的級數(shù),b為反應(yīng)(fǎnyìng)物B的級數(shù).反應(yīng)級數(shù)可以為0,自然數(shù),也可以是分數(shù).

2Na+2H2O=2NaOH+H2

H2(g)+I2(g)=2HI(g)

0級反應(yīng)反應(yīng)(fǎnyìng)級數(shù)的計算精品資料Question例1:某一反應(yīng)(fǎnyìng)的速度決定步驟2A(g)+B(g)=3C(g),將1molA(g)和2molB(g)混合，反應(yīng)(fǎnyìng)立即發(fā)生，當A.B都用掉一半時,反應(yīng)(fǎnyìng)速度是反應(yīng)(fǎnyìng)初始速度的_____倍；當A.B都用掉2/3時，反應(yīng)(fǎnyìng)速度是初始速度的___倍。精品資料Question例2:已知反應(yīng)2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g)的反應(yīng)機理(jīlǐ)為:（1）NO+NO==N2O2(快)（2）N2O2+H2==N2O+H2O(慢)（3）N2O+H2==N2+H2O(快)則總反應(yīng)速率方程式為:A.ν=kc2(NO)c2(H2)B.ν=kc(NO)c(H2)C.ν=kc2(NO)c(H2)D.ν=kc2(NO)精品資料Question例3:給定條件下,反應(yīng)2NO+2H2=N2+2H2O分兩步進行,I.2NO+H2=N2+H2O2(慢)II.H2O2+H2=2H2O(快)若容器體積(tǐjī)減至原來的一半,則反應(yīng)速率變?yōu)樵瓉淼?)倍?A.2B.4C.8D.16精品資料則速率方程為:反應(yīng)速率=kc(A)其積分形式是:lnct(A)=-kt＋lnc0(A)以ln[ct(A)/mol·dm-3]對t作圖,應(yīng)該得到一條直線(zhíxiàn)。直線(zhíxiàn)的斜率和直線(zhíxiàn)在縱坐標上的截距分別為-k和ln[c0(A)/mol·dm-3]。如果該反應(yīng)(fǎnyìng)是一級反應(yīng)(fǎnyìng),例如●分解反應(yīng)CH3CH2Cl(g)→H2C=CH2(g)+HCl(g)●放射性衰變反應(yīng)●重排反應(yīng)H2C–CH2→CH3CH=CH2CH2精品資料當反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率為50%時所需的反應(yīng)時間稱為(chēnɡwéi)半衰期,用表示，與濃度無關(guān)。對于一級反應(yīng),其半衰期為:則這一方法常被用于考古研究，例如測定埃及古墓的年代。美國科學家利比因（LibbyWF）發(fā)明利用(lìyòng)測定放射性14C確定地質(zhì)年代法（放射性炭素擴展名）獲1960年諾貝爾獎。1908~1980精品資料4.3溫度對反應(yīng)速率(sùlǜ)的影響Effectoftemperatureontherateofchemicalreaction1.Van’THoff規(guī)則(guīzé)溫度每升高10℃,反應(yīng)速率就增大到原來的2-4倍.例:如果在某溫度范圍內(nèi),溫度升高10℃,反應(yīng)速率增大1倍,那么在55℃時的反應(yīng)速率是25℃時反應(yīng)速率的_____倍;100℃時的反應(yīng)速率是25℃時的________倍.精品資料溫度升高,反應(yīng)速率加快的根本原因:體系活化分子(fēnzǐ)百分數(shù)增加.1887年瑞典物理化學家SvandteArrhenius在大量實驗事實的基礎(chǔ)上提出(tíchū)了反應(yīng)速率常數(shù)和溫度之間的關(guān)系式2、Arrhenius公式式中k為速率常數(shù),A為指前因子,Ea反應(yīng)活化能.在一定的溫度范圍內(nèi),Ea和A不隨溫度改變,對于給定的化學反應(yīng),Ea為定值.精品資料3.活化能對反應(yīng)速率(sùlǜ)的影響由圖可知:(1)對于活化能不同的化學反應(yīng)，在同一溫度(wēndù)下,活化能越大，其反應(yīng)速率越小。精品資料(3)對于一給定化學反應(yīng)，例如反應(yīng)Ⅰ，如果要把反應(yīng)速率增加9倍，例如在低溫區(qū)，k值從10增加到100，只需升溫666.7K-500K=166.7K，而在高溫區(qū),k值從1000增加到10000則需要升溫2000K－1000k=1000K。這便說明一個反應(yīng)在低溫時速率隨溫度變化比在高溫敏感得多。(2)對于活化能不同的兩個化學反應(yīng)，活化能較大的反應(yīng)，其反應(yīng)速率隨溫度增加較快，升溫對活化能較大的反應(yīng)更有利。精品資料4.活化能的計算(jìsuàn)精品資料Question例1:300K時鮮牛奶(niúnǎi)4小時變質(zhì)，但在277K時保存48小時，則牛奶(niúnǎi)變質(zhì)反應(yīng)的活化能為（）

A.無法計算B.+5.75KJ·mol-1

C.-74.5KJ·mol-1D.+74.5KJ·mol-1例2:一反應(yīng)(fǎnyìng)的活化能為85KJ·mol-1,則該反應(yīng)(fǎnyìng)在400.15K時的反應(yīng)(fǎnyìng)速率是300.15K時的_________倍.精品資料4.4反應(yīng)(fǎnyìng)速率理論簡介Briefintroductorytoreactionratetheory4.4.1碰撞(pènɡzhuànɡ)理論Collisiontheory4.4.2過渡狀態(tài)理論

Transitionstatetheory

精品資料4.4.1碰撞(pènɡzhuànɡ)理論基元反應(yīng)A+B=AB之所以能夠發(fā)生(fāshēng),是由于微粒A、B間的相互碰撞，那么是否每次碰撞都能發(fā)生(fāshēng)反應(yīng)？如：2HI(g)=H2(g)+I2(g)濃度為10-3mol/L的HI氣體，在973k時，碰撞頻率為3.5×1023次/l.s,如果每次碰撞都能發(fā)生化學反應(yīng)，則v理=5.8×104mol/L.s,而v=1.2×10-8mol/L.s.精品資料發(fā)生有效碰撞的兩個基本前提:●碰撞粒子的動能必須足夠大●對有些物種而言,碰撞的幾何方位要適當對于反應(yīng)1918年Lewis以氣體(qìtǐ)分子運動論為基礎(chǔ)提出。精品資料Example對于(duìyú)反應(yīng)精品資料對HCl和NH3的氣相反應(yīng)，顯然HCl的H端只能通過狹窄的“窗口”接近孤對電子，發(fā)生有效碰撞的機會(jīhuì)自然小多了。Example精品資料Lewis根據(jù)氣體(qìtǐ)分子運動論,提出碰撞理論.內(nèi)容:(1)化學反應(yīng)過程是反應(yīng)物分子相互(xiānghù)碰撞,分子中化學鍵被打開,繼而建立新的化學鍵的過程.只有活化分子間的碰撞才可能發(fā)生化學反應(yīng).(2)活化分子間的碰撞只有在取向適當?shù)臈l件下才能發(fā)生反應(yīng).所以活化分子間的碰撞不一定是有效碰撞;但有效碰撞一定是活化分子間的碰撞.精品資料4.4.2過渡(guòdù)狀態(tài)理論三十年代,Eyring(艾林)提出(tíchū)過渡態(tài)理論.反應(yīng)物在相互接近時要經(jīng)過一個中間過渡狀態(tài)，即形成一種“活化絡(luò)合物”，然后再轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。這個過渡狀態(tài)就是活化狀態(tài)，如A+BCA…B…CAB+C反應(yīng)物活化絡(luò)合物產(chǎn)物（始態(tài)）（過渡態(tài))（終態(tài)）精品資料精品資料Question例:反應(yīng)(fǎnyìng)2AB(g)=A2(g)+B2(g),正反應(yīng)(fǎnyìng)的活化能Ea(+)=44.3KJ·mol-1,