化學(xué)反應(yīng)速率無機(jī)化學(xué)核心教程

化學(xué)反應(yīng)速率無機(jī)化學(xué)核心教程第1頁/共51頁CO(g)+NO(g)==CO2(g)+1/2N2(g)Kθp=1.9×1060

>>500(298K)常溫下，此反應(yīng)基本上不能進(jìn)行，為什么？第2頁/共51頁CO(g)+NO(g)CO2(g)+1/2N2(g)123第3頁/共51頁本章主要內(nèi)容：化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)制化學(xué)反應(yīng)速率理論簡介（難點(diǎn)）濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響（重點(diǎn)）溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響（重點(diǎn)）催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響第4頁/共51頁第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法一、化學(xué)反應(yīng)速率想一想：可以用什么來衡量化學(xué)反應(yīng)的快慢？時(shí)間變化反應(yīng)物濃度減少生成物濃度增加第5頁/共51頁想一想：化學(xué)反應(yīng)速度與普通物體的移動(dòng)速度有些什么相同的地方？全程平均速度某一點(diǎn)的瞬時(shí)速度第6頁/共51頁二、化學(xué)反應(yīng)的平均速率和瞬時(shí)速度平均速率瞬時(shí)速率

=－△c（反應(yīng)物）

△t

=－dc（反應(yīng)物）dt第7頁/共51頁H2O2(aq)===H2O(l)+1/2O2(g)I-t(min)[H2O2]mol/LVmol/L·min00.80200.40(0-20min)0.40/20=0.020400.20(20-40min)0.20/20=0.010600.10(40-60min)0.10/20=0.0050第8頁/共51頁c(H2O2)t第9頁/共51頁第二節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率理論簡介一、碰撞理論與活化能CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)問題：是否每一次的分之間碰撞都能生成產(chǎn)物？1、有效碰撞理論第10頁/共51頁OCHOHOCHOHHOHOCOCHOHHOHOCOCHOHAB第11頁/共51頁有效碰撞——發(fā)生反應(yīng)的碰撞——B彈性碰撞——不發(fā)生反應(yīng)的碰撞——A什么條件下能發(fā)生有效碰撞？①需要足夠的能量（動(dòng)能）②有合適的方向活化分子第12頁/共51頁2、活化分子與活化能EΔN/NE平E’Ea第13頁/共51頁①正值，鍵能?；罨埽╝ctivationenergy）Ea的特征：③活化分子%↑，反應(yīng)速率v↑。②Ea僅與反應(yīng)物本性、途徑有關(guān)，與C、T無關(guān)。40kJ/mol400kJ/mol60kJ/mol250kJ/mol反應(yīng)極快反應(yīng)極慢第14頁/共51頁二、過渡態(tài)理論簡介ONO+COON···O···CO過渡態(tài)NO+CO2活化絡(luò)合物fastslow第15頁/共51頁NO2+CONO+CO2ON···O···CO勢能反應(yīng)進(jìn)程Ea’Ea△rHm第16頁/共51頁活化能：反應(yīng)的能壘。Ea↑，v↓問：正向反應(yīng)是吸熱還是放熱？△rHm=Ea-Ea’>可逆反應(yīng)AB+C，正向反應(yīng)的活化能為Ea1，逆向反應(yīng)的活化能為Ea2若正反應(yīng)是吸熱的，則Ea1Ea2練習(xí)：第17頁/共51頁第三節(jié)反應(yīng)機(jī)理和元反應(yīng)1、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)一步完成

第一步：I2(g)2I(g)

第二步：H2(g)+2I(g)2HI(g)快慢2、H2(g)+I2(g)2HI(g)一、簡單反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)第18頁/共51頁元反應(yīng)一步就完成的反應(yīng)。復(fù)合反應(yīng)由若干元反應(yīng)組成反應(yīng)機(jī)制反應(yīng)進(jìn)行的實(shí)際步驟速率控制步驟速率最小的那個(gè)元反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)的總速率取決于限速步驟反應(yīng)物分子直接碰撞一次就能生成產(chǎn)物。第19頁/共51頁二、元反應(yīng)和反應(yīng)分子數(shù)1、元反應(yīng)：2、反應(yīng)分子數(shù)：元反應(yīng)中反應(yīng)物微粒數(shù)之和。

（在反應(yīng)方程式中表現(xiàn)為反應(yīng)物的系數(shù)之和）CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)雙分子反應(yīng)：單分子反應(yīng)：CH3-CH=CH2第20頁/共51頁三、質(zhì)量作用定律與速率方程式1、質(zhì)量作用定律：對于元反應(yīng)：aA+bBdD+eE速率方程式：

=kcAacBbk速率常數(shù)，與反應(yīng)物本性、T、催化劑有關(guān)，與c無關(guān)。質(zhì)量作用定律只適用于元反應(yīng)第21頁/共51頁2、速率方程式：表示反應(yīng)物濃度和反應(yīng)速率之間定量關(guān)系的數(shù)學(xué)式。例：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)實(shí)驗(yàn)證明：

=kc(N2O5)反應(yīng)機(jī)制：②NO3NO+O2快③

NO+NO3快2NO2①

N2O5NO3+NO2慢控速步驟第22頁/共51頁A.元反應(yīng)——由質(zhì)量作用定律直接寫出，復(fù)合反應(yīng)——由實(shí)驗(yàn)確定。速率方程式的寫法：B.純固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)濃度不寫入。例：C(s)+O2(g)==CO2(g)v=kc(O2)C.稀溶液中，如溶劑參與反應(yīng)，可不寫入。例：C12H22O11+H2O==C6H12O6+C6H12O6v=kc(C12H22O11)第23頁/共51頁注意：實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)：2N2O5(g)==4NO2(g)+O2(g)的速率方程為：

=kc(N2O5)而不是

=kc2(N2O5)，說明該反應(yīng)不是元反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)：H2+I2(g)==2HI(g)的速率方程為：

=kc(H2)c(I2)能否說明該反應(yīng)是元反應(yīng)？第24頁/共51頁3、速率常數(shù)和反應(yīng)級數(shù)：

=kCACB①速率常數(shù)：與反應(yīng)物本性、T、催化劑有關(guān)，與C無關(guān)。②反應(yīng)級數(shù)：(+)，反應(yīng)速率方程式中各反應(yīng)物濃度方次之和?？梢允钦麛?shù)也可以是分?jǐn)?shù)反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)分子數(shù)有何區(qū)別？第25頁/共51頁練習(xí)：實(shí)驗(yàn)測2ICl(g)+H2(g)→I2(g)+2HCl(g)∝c(ICl)c(H2)，由此可知此反應(yīng)是：A、三分子反應(yīng)，二級反應(yīng)B、二級反應(yīng)C、雙分子反應(yīng)，二級反應(yīng)D、一級反應(yīng)√第26頁/共51頁當(dāng)反應(yīng)A2+B2→2AB的

=kc(A2)c(B2)，可以得出此反應(yīng)A、一定是基元反應(yīng)B、對A2是一級反應(yīng)C、一定是非基元反應(yīng)D、以上說法都不對√第27頁/共51頁第四節(jié)簡單級數(shù)反應(yīng)及其特點(diǎn)一、一級反應(yīng)（=kc）及其特點(diǎn)：㏑c0c=ktlnc=-kt+lnc0

t時(shí)的濃度初始濃度討論：①lnc~t作圖，是一條直線第28頁/共51頁②k與c的單位是否無關(guān)？㏑c0ctk=1單位：1時(shí)間③半衰期t1/2c=1/2c0時(shí)的tt1/2=k㏑2=k0.693與c0無關(guān)第29頁/共51頁例：反應(yīng)2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g)服從速率方程式

=kc(N2O5)設(shè)某溫度時(shí)k=1.68x10-2s-1，如在一個(gè)5.00L的容器中放入2.50molN2O5，在該溫度下反應(yīng)進(jìn)行1.00min，問N2O5的剩余量及O2的生成量各為多少？此反應(yīng)不是元反應(yīng)，從速率方程看是一級反應(yīng)。第30頁/共51頁解：初始1.00min2.5000x4x2.50－2x設(shè)O2的生成量為xmolc0=2.50/5.00=0.500(mol/L)

2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g)第31頁/共51頁lnc=-kt+lnc01.68x10-2s-160s0.5mol/LN2O5的剩余濃度：c=0.182(mol/L)∴N2O5的剩余量=0.182×5.00=0.910(mol)∵2.50－2x=0.910∴x=0.795(mol)第32頁/共51頁練習(xí)：某藥物在體內(nèi)的分解反應(yīng)為一級反應(yīng)，已知給藥后藥物在血漿中的初始質(zhì)量濃度為8.2mg/L,經(jīng)4小時(shí)后，測得藥物的質(zhì)量濃度為5.5mg/L，求該藥物的半衰期。解：㏑c0ctk=1=㏑5.5418.2=0.10(h-1)t1/2=0.693/k=0.10.693=6.93(h)第33頁/共51頁二、零級反應(yīng)與二級反應(yīng)簡介：反應(yīng)級數(shù)一級反應(yīng)二級反應(yīng)零級反應(yīng)速率方程式lnc0-lnc=kt1/c-1/c0=ktc0-c=kt直線關(guān)系lnc-t1/c-tc-t斜率-kk-k半衰期0.693/k1/k·c0c0/2kk的量綱[時(shí)間]-1[濃度]-1[時(shí)間]-1[濃度][時(shí)間]-1第34頁/共51頁第五節(jié)溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度↑，活化分子%↑

，故

↑。Arrhenius方程式：

=kCACBlnk=－RTEa+lnA第35頁/共51頁討論：①對于條件固定的某一反應(yīng)，活化能Ea是常數(shù)，T↑

，k值變大，反應(yīng)速率↑

。②同溫度下，Ea大的反應(yīng)k↓，反應(yīng)速率↓。㏑k2k1=EaR(T2－T1T1T2)第36頁/共51頁例：丙酮二酸在水中的分解反應(yīng)

10℃時(shí)k10=1.08x10-4s-1，60℃時(shí)k60=5.48x10-2s-1，求反應(yīng)的活化能、30℃時(shí)的k30及20/10。解：㏑k2k1=EaR(T2－T1T1T2)㏑5.48x10-21.08x10-4=Ea8.314(333－283333×283)Ea=97.6kJ/mol第37頁/共51頁㏑k301.08x10-4=976008.314(303－283303×283)k30=1.67×10-3s-1

20

10=k20k10=4.12㏑k20k10=EaR(293－283293×283)一般情況下，溫度每升高10度，同一反應(yīng)的反應(yīng)速率提高4倍左右。第38頁/共51頁練習(xí)1、一般情況下，不管是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，溫度升高，都加快。2、對于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)來說，下列敘述中正確的是A△rHm愈負(fù)，↑。B△rGm愈小，↑Ck愈小，↑。DEa愈小，↑?！痰?9頁/共51頁第六節(jié)催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響蔗糖+H2O②轉(zhuǎn)化酶，37℃①無催化劑，8367℃產(chǎn)物催化劑(Catalyst)第40頁/共51頁一、催化劑和催化作用1、反應(yīng)前后，質(zhì)量和組成不變2、用量少，作用大。3、同時(shí)加速正、逆反應(yīng)，提早達(dá)平衡；但不改變K、△rGm4、選擇性高。第41頁/共51頁二、催化作用原理均相催化理論——中間產(chǎn)物學(xué)說例：乙醛的分解催化劑：I2無I2存在：Ea=190.4kJ/molCH3CHOCH4+CO有I2存在：Ea=136kJ/mol第42頁/共51頁CH3CHO+I2CH3I+HI+COCH3I+HICH4+I2中間產(chǎn)物k’k=Aexp(－Ea’/RT)Aexp(－Ea/RT)=3905中間產(chǎn)物學(xué)說：由于形成中間產(chǎn)物而改變了反應(yīng)途徑，降低了Ea.第43頁/共51頁EE1(1)(2)A+B+C[AC]+B[AB]+CA+BCAB第44頁/共51頁練習(xí)題1、如果催化劑能使正增加三倍，那么必然也能使逆增加三倍?！?、加入催化劑能使平衡常數(shù)增大。×3、催化劑能使非自發(fā)反應(yīng)變成自發(fā)反應(yīng)。×第45頁/共51頁三、生物催化劑——酶底物產(chǎn)物（脂肪、淀