均相反應速率及反應動力學

均相反應速率及反應動力學第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五課程綱要1.反應速率的表示2.動力學方程式3.阿倫尼烏斯方程第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五反應速率的表示化學反應速率：單位時間內(nèi)單位體積反應物系中反應組分的反應量或產(chǎn)物的生成量。注意：這里是反應速率的嚴格定義，在以后提到的反應速率，往往用物料的濃度變化速率來表示，其成立的前提是反應過程體積恒定。第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五判斷反應結(jié)果的好壞兩個主要因素：（1）反應速率（2）反應的選擇性注意：這里并沒提到轉(zhuǎn)化率。如果在反應過程中體積是恒定的，也就是恒容過程。則：正號——表示產(chǎn)物的生成速率負號——表示反應物的消失速率第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五間歇系統(tǒng)的反應速率間歇系統(tǒng)反應物料一次加入，經(jīng)過一定時間，一次取出的系統(tǒng)。特點（1）反應過程中沒有物料的輸出和輸入；（2）濃度、溫度、壓力等系統(tǒng)參數(shù)在每一瞬時是一致的——集中參數(shù)；（3）各個參數(shù)隨時間變化——自變量是時間。第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五對于化學反應：化學反應速率：思考：（1）用不同組分表示的反應速率之間存在什么等量關系？（2）對于氣相反應，用氣體分壓表示反應速率，則與濃度表示反應速率有什么等量關系？（3）是否可以用轉(zhuǎn)化率表示反應速率？第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五動力學方程式研究發(fā)現(xiàn)，均相反應的速度取決于物料的濃度和溫度，這種關系可以用冪函數(shù)的形式表示，就是動力學方程式：k——反應速率表常數(shù)。注意：（1）濃度項的指數(shù)不一定是整數(shù)；（2）若為基元反應，濃度項的指數(shù)即為計量系數(shù)；（3）若為非基元反應，濃度項的指數(shù)通常不等于計量系數(shù)；（4）各濃度項的指數(shù)總和稱為反應級數(shù)。第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五阿倫尼烏斯（Arrhenius）方程請務必注意以下幾點：（1）公式每一個字母的含義；（2）單位，最好要化成國際標準單位；（3）注意指數(shù)和對數(shù)運算（離不開計算器?。?。A——指前因子；E——活化能，J/mol；R——氣體常數(shù)，8.314J/(mol.K)；T——溫度，K；第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五本課總結(jié)（1）化學反應速率方程

(嚴格定義和變形公式)（2）化學反應動力學方程式（3）阿倫尼烏斯方程第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五課程作業(yè)作業(yè)：依據(jù)反應速率方程，請你說明通過哪些方式可以提高不可逆的單一反應的反應速率？預習：第4課反應器設計和優(yōu)化化學反應的影響因素第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五各組分反應速率之間的關系返回各反應速率絕對值成比例，其比例為化學計量系數(shù)。第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五分壓表示的反應速率返回根據(jù)理想氣體方程PV=nRT，可以得到：P=CRT所以有rA,P=rA,CRT，即用分壓表示的反應速率是用濃度表示的反應速率的RT倍。注意：這里的R=8.314J/(mol.K)，T的單位為K。第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五基元反應若反應物分子在碰撞中一步直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子，則稱該反應為基元反應。此時，根據(jù)化學反應式的計量系數(shù)可以直接寫出反應速率式中各濃度項的指數(shù)。返回第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五非基元反應若反應物分子在碰撞中要經(jīng)過若干步，即經(jīng)過幾個基元反應才能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子，則稱該反應為非基元反應。此時，應該先寫出各基元反應，然后根據(jù)基元反應，逐個產(chǎn)物寫反應速率方程（包括中間產(chǎn)物），在最終產(chǎn)物的速率方程中，消去中間產(chǎn)物濃度未知量，才能得到反應的速率方程表達式。返回第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五非基元反應的速率方程實際反應機理：返回（1）請寫出總反應的速率方程表達式。（2）為什么嚴格來說總反應不可以表示成rHBr=kCH2CBr2?自由基是不能穩(wěn)定存在的，即生成后立即就被反應消耗掉。第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五復雜反應速率方程返回復雜反應通常分為：（1）可逆反應；（2）平行反應；（3）連串反應；（4）復合復雜反應。某復雜反應可分解為如下基元反應，請寫出各組分的反應速率方程。第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五反應級數(shù)（1）反應級數(shù)的高低并不單獨決定反應速率的快慢，反應級數(shù)只反映反應速率對濃度的敏感程度。級數(shù)越高，濃度對反應速率的影響越大。（2）反應級數(shù)通常不少于零。思考：若A+B→C，反應速率方程為rc=kCACB2,若A、B原料價格差別不大，可以優(yōu)先提高哪種原料的用量？返回第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五（3）除零級反應外，隨著轉(zhuǎn)化率提高，反應物濃度下降，反應速率顯著下降，二級反應的下降幅度較一級反應更甚；特別在反應末期，反應速率極慢。（4）對于反應級數(shù)高的反應，當要求高轉(zhuǎn)化率時，反應的大部分時間將用于反應的末期。思考：針對（4）的高級反應，可以通過什么方法在提高轉(zhuǎn)化率的同時，也提高反應速率？返回第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五活化能活化能是化學動力學上一個非常重要的參數(shù)。反應物分子間相互接觸碰撞是發(fā)生化學反應的前提。只有給反應物分子給予足夠的能量，才能“激發(fā)”其發(fā)生有效的碰撞，成為產(chǎn)物分子。這個能量就是活化能。思考：活化能高的反應容易進行，還是活化能低的反應容易進行？返回第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五吸熱反應和放熱反應示意圖返回第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五由變形公式，可知活化能越大，溫度對反應速率的影響就越大，活化能是反應速率對反應溫度敏感程度的一種度量。9℃17℃70℃4002℃3℃11℃0107℃197℃1037℃200037℃62℃273℃100029316742活化能/kJ.mol-1溫度/℃不同反應活化能時的反應溫度敏感性返回第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五問題：（1）活化能大的反應，是否熱效應大？（2）活化能小的反應，是否反應速率快？（3）溫度升高，對活化能大的反應有利，還是對活化能小的反應更有利？（4）如何通過實驗的方法來確定活化能的大小？返回第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五質(zhì)量作用定律實驗發(fā)現(xiàn)許多反應：aA＋bB＋…＝gG＋hH＋…其反應速率r具有以下形式：

r=k·CA·CB……、：反應的分級數(shù)，稱反應對物質(zhì)A為級，對物質(zhì)B為級n=++……：反應的級數(shù)。k：反應速率常數(shù)，是溫度與壓力的函數(shù)。但一般而言，p對k的影響較小，可視k為溫度T的函數(shù)。返回第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期五注意1.只有基元反應嚴格地符合質(zhì)量作用定律；對于基元反應，反應分級數(shù)等