第二章 1化學(xué)反應(yīng)速率

第三章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率內(nèi)容提要:1、化學(xué)反應(yīng)速率的定義、表示方法與計(jì)算；

2、有效碰撞理論與過渡狀態(tài)理論簡(jiǎn)介；

3、影響反應(yīng)速率的因素（濃度與溫度）。反應(yīng)速率的直觀表現(xiàn)同樣與水反應(yīng)的時(shí)候鈉鉀鋰表現(xiàn)出不同的反應(yīng)程度和反應(yīng)速率2.1.1

定義、表示方法和計(jì)算定義：一定條件下，反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為生成物的快慢，稱為化學(xué)反應(yīng)速率。

r(X)=|c2(X)-c1(X)|

|t2-t1|

=|Δc(X)/Δt

|

式中；X為產(chǎn)物時(shí)，取+號(hào)；X為反應(yīng)物時(shí)，取－號(hào)。表示方法：以單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或產(chǎn)物濃度的增加表示。（濃度的單位是mol/L）單位：mol/(L·S)等一、平均速率與瞬時(shí)速率

1、Δ

t為一較大時(shí)間區(qū)段，得平均速率；（反應(yīng)較慢的情況下）2、

Δ

t為一較小時(shí)間區(qū)段，得瞬時(shí)速率。（反應(yīng)較快的情況下）

N2+3H2→2NH3

3秒后mol·L-10.72.10.6起始/mol·L-11.03.00

=0.1mol·L-1·

s-1(0.7-1.0)mol·L-1

3.0s

r(N2)=–-

r(0.6-0)mol·L-1

3.0s2

=0.2mol·L-1·

s-1(NH3)=-

r(2.1-3.0)mol·L-1

3.0s3

=0.3mol·L-1·

s-1(H2)=-3、同一反應(yīng)各物計(jì)量系數(shù)不同，則同一時(shí)間區(qū)所求速率不同，對(duì)反應(yīng)：aA+Bb=dD+eE有：1ar(A)=1br(B)=1dr(D)=1er(E)反應(yīng)速率：①某一時(shí)刻的反應(yīng)速率、瞬時(shí)速率；②平均速率③用反應(yīng)中的任何物質(zhì)表示反應(yīng)速率，數(shù)值上都是一樣的；④瞬時(shí)速率的測(cè)定可以由作圖法得到。

二、化學(xué)反應(yīng)歷程

1、反應(yīng)歷程：一個(gè)反應(yīng)由反應(yīng)物到產(chǎn)物經(jīng)歷的一系列步驟(實(shí)際途徑)。

2、基元反應(yīng)：一步作用直接完成的反應(yīng)。如；2NOCl→2NO+Cl2

3、非基元反應(yīng)：由兩個(gè)或兩個(gè)以上基元反應(yīng)構(gòu)成的總反應(yīng)。反應(yīng)：NO2(g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g)(T＜498K)Ⅰ.2NO2(g)→NO3(g)+NO(g)–慢

Ⅱ.NO3(g)+CO(g)→NO2(g)+CO2(g)--快一個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的總反應(yīng)稱為簡(jiǎn)單反應(yīng)，而非基元反應(yīng)宏觀上則稱為復(fù)合反應(yīng)（復(fù)雜反應(yīng)）。4、速控步（控速步驟）：復(fù)合反應(yīng)的一系列基元反應(yīng)中速度最慢的一步，該步反應(yīng)決定總反應(yīng)的速率。

三化學(xué)反應(yīng)速率理論

NaOH+HCl→NaCl+H2OCO2+NO→CO+NO2快中等條件相同，反應(yīng)不同，速率不同?食物的變質(zhì)文物的腐蝕H2O2(l)H2O(l)+O2(g)加MnO2--快同一反應(yīng),條件不同,速率不同?理論之一：碰撞理論理論要點(diǎn)：1.首要條件：分子間相互碰撞碰撞前提----假設(shè)成剛性小球2.能量高的分子碰撞才能發(fā)生反應(yīng)----有效碰撞引入活化分子的概念一、幾個(gè)概念有效碰撞EminE平均EaEaEa活化能(Ea)Ea=Emin－E平均

活化分子百分?jǐn)?shù)活化分子反應(yīng)速率與碰撞頻率Z，分子有效碰撞分?jǐn)?shù)f，以及方位因子p有關(guān)理論要點(diǎn)：有效碰撞：可以發(fā)生反應(yīng)的分子間碰撞稱為有效碰撞；活化分子：可以發(fā)生反應(yīng)的分子稱為活化分子；活化能：具有最低能量的活化分子與具有氣體分子平均能量的分子間的能量差稱為活化能EA。E平代替氣體分子平均能量

E1代表活化分子具有的最低能量Ea=E1–E平

1、碰撞是前提；

2、只有活化分子按一定取向的碰撞才是有效碰撞；

3、凡能增加活化分子總數(shù)的因素均能加快反應(yīng)速率，反之則減慢反應(yīng)速率。二、內(nèi)容三、理論評(píng)價(jià)

1、模型簡(jiǎn)單（分子--剛性球體，碰撞時(shí)無形變）；

2、處理多分子反應(yīng)特別是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)速率誤差大；

3、活化能概念較模糊，比較難以計(jì)算能量的大小。一、要點(diǎn)：反應(yīng)物到產(chǎn)物，非簡(jiǎn)單碰撞即完成。而是：反應(yīng)物獲能量生成一能量較高的過渡態(tài)），過渡態(tài)釋放一定能量后可轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物。理論之二：過渡態(tài)理論B—CA….B….C過渡態(tài)A+B—C

C+A—BA反應(yīng)物分子AB

C產(chǎn)物分子吸能放能ONOOO過渡態(tài)Ea逆能量反應(yīng)進(jìn)程反應(yīng)物產(chǎn)物過渡態(tài)ΔHEa正吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)二、反應(yīng)速率與活化能的關(guān)系Ea<40kJ/mol—極快Ea=60-250kJ/mol—中等Ea>400kJ/mol—極慢

2.1.3影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

內(nèi)因：分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)與反應(yīng)本性（活化能）NaOH+HCl→NaCl+H2OEa<40kJ/molCO2+NO→CO+NO2Ea=134kJ/mol快中等外因：濃度、溫度、催化劑2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2+8H2O濃度:酸度，起始硫酸濃度0.5-1.0mol/L溫度:85℃左右.催化劑:Mn2+

為什么改變反應(yīng)物濃度能改變化學(xué)反應(yīng)速率?

為什么改變反應(yīng)物濃度能改變化學(xué)反應(yīng)速率?一、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率怎么樣的影響?（1）內(nèi)容：一定溫度下，對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng)或復(fù)合反應(yīng)中的任一基元反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的方次的乘積成正比。

aA+bB→dD+eE

r=kca(A)cb(B)—化學(xué)反應(yīng)速率方程。定量規(guī)律---質(zhì)量作用定律

濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

r=kca(A)cb(B)k：速率常數(shù)與濃度無關(guān)與溫度、溶劑性質(zhì)、催化劑有關(guān)。反應(yīng)級(jí)數(shù)(a+b—反應(yīng)總級(jí)數(shù))速率常數(shù)單位與時(shí)間單位及反應(yīng)級(jí)數(shù)有關(guān).k有單位:單位決定于{r}/{c}x+y1級(jí)r=kcs-1

2級(jí)r=kc2mol-1·L·s-1

3級(jí)r=kc3mol-2·

L2·

s-1

（2）寫速率方程的幾點(diǎn)說明1、質(zhì)量作用定律只適用于基元反應(yīng)。2、速率常數(shù)k是溫度的函數(shù)，隨著溫度和催化劑的改變而改變，但與反應(yīng)物濃度的改變無關(guān)，即一定溫度和催化劑下,k值不變

2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)r=kp2(NO)p(O2)

C(s)+O2(g)→CO2(g)r=kc(O2)3、水溶液中的反應(yīng),水參與反應(yīng)時(shí)不寫，固體反應(yīng)物濃度看成不變，作為常數(shù)合并到速率常數(shù)中。（3）速率方程的確定

Ⅰ.簡(jiǎn)單反應(yīng)或基元反應(yīng)，直接寫出。

r=kca(A)cb(B)Ⅱ.復(fù)雜反應(yīng)，速率方程不可由質(zhì)量作用定律直接寫出，須由實(shí)驗(yàn)確定。各濃度之方次不一定與方程式中的計(jì)量系數(shù)相等。（4）速率方程的應(yīng)用求速率常數(shù)、一定濃度下的反應(yīng)速率、已知速率與速率常數(shù)求某時(shí)刻的濃度。二、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度的影響

為什么改變溫度能改變反應(yīng)速率？改變碰撞頻率改變能量分布(1)阿侖尼烏斯公式

速率常數(shù)指前因子,對(duì)給定反應(yīng)A為常數(shù)自然對(duì)數(shù)的底摩爾氣體常數(shù)熱力學(xué)溫度活化能定量規(guī)律式二表明；一定溫度范圍內(nèi),lnk與1/T呈線性關(guān)系。測(cè)不同溫度下的速率常數(shù)，作lnk-1/T圖，可求指前因子A及反應(yīng)的活化能Ea。式三：kkkkkk應(yīng)用式三：Ⅰ.測(cè)定兩溫度下的k1與k2值，求活化能Ea。Ⅱ.已知Ea，測(cè)溫度T1下之k1，可求溫度T2下之k2。

由T1、T2時(shí)的k1

、k2求Ea

例：實(shí)驗(yàn)測(cè)得下列反應(yīng)

2NOCl（g）=2NO（g）+Cl2（g）在300K時(shí)，k=2.8×10-5L·mol-1·s-1，400K時(shí)，k=7.0×10-1L·mol-1·s-1。求反應(yīng)的活化能。解：已知T2=400K，T1=300K

k2=7.0×10-1L·mol-1·s-1

k1=2.8×10-5L·mol-1·s-1由∴∴Ea=101kJ/mol由某一溫度的k1求另一溫度時(shí)的

k2。

例5：某反應(yīng)的活化能Ea=1.14×105J·mol-1在600K時(shí)k=0.75L·mol-1·s-1計(jì)算700K時(shí)的k。解：已知：T2=700K，T1=600K，k1=0.75Ea＝1.14×105J·mol-1k2=20L·mol-1·s-1三、催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響

催化劑是什么？催化劑是如何改變反應(yīng)速率的？參與反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程改變反應(yīng)活化能改變活化分子百分?jǐn)?shù)3、生物催化劑--酶作用特點(diǎn)：細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)都需要有酶的催化，特點(diǎn)：效率高（比化學(xué)催化效率高106-1012倍）、條件溫和（常溫常壓近中性條件）、高度專一?？偨Y(jié)：1、反應(yīng)速率定義、表示方法、c–t

曲線。2、化學(xué)反應(yīng)速率理論。3、影響速率的因素(濃度、溫度)--定量關(guān)系。四、綠色化學(xué)話題綠色化學(xué)（Greenchemistry，環(huán)境友好化學(xué)）從源頭杜絕有害物質(zhì)的產(chǎn)生，從根本上消除化學(xué)生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的污染。1、無毒無害原料，包括催化劑；2、無毒無公