化學(xué)反應(yīng)速率2012

1、第二章第二章 化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)Chemical kinetics foundation一、反應(yīng)速率的定義一、反應(yīng)速率的定義二、化學(xué)反應(yīng)速率理論簡介二、化學(xué)反應(yīng)速率理論簡介 碰撞理論碰撞理論 過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論(Ea)三、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素三、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 濃度濃度-反應(yīng)速率方程式反應(yīng)速率方程式 溫度溫度-阿倫尼烏斯公式阿倫尼烏斯公式 催化劑催化劑化化 學(xué)學(xué) 反反 應(yīng)應(yīng)快快 反反 應(yīng)應(yīng)慢慢 反反 應(yīng)應(yīng) 爆炸反應(yīng)爆炸反應(yīng)中和反應(yīng)中和反應(yīng)被人類充分應(yīng)用被人類充分應(yīng)用鋼鐵生銹鋼鐵生銹食物腐敗食物腐敗人體衰老人體衰老不易被察覺不易被察覺造成的損失巨大造成的損失巨大希望控制速度

2、減緩進(jìn)程希望控制速度減緩進(jìn)程石油的分解石油的分解廢塑料的分解廢塑料的分解希望控制速度希望控制速度加快反應(yīng)進(jìn)程加快反應(yīng)進(jìn)程化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 宏觀：熱力學(xué)、動力學(xué)宏觀：熱力學(xué)、動力學(xué) 熱力學(xué)：過程的能量交換熱力學(xué)：過程的能量交換( H)、過程的方向、過程的方向( G)、過程的限度過程的限度(K) -可能性可能性。動力學(xué)：反應(yīng)速率（動力學(xué)：反應(yīng)速率（快慢快慢） 反應(yīng)機(jī)理（反應(yīng)機(jī)理（怎樣進(jìn)行怎樣進(jìn)行）- 現(xiàn)實(shí)性現(xiàn)實(shí)性。例：例： N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g)H = - 92.22 kJ.mol-1 （放熱）（放熱） G = - 33.0 kJ.mol-1G = - RT ln K

3、 K = 6.1 105但實(shí)際上，但實(shí)際上，R.T. ，常壓，觀察不到反應(yīng)。，常壓，觀察不到反應(yīng)。 2-1 化學(xué)反應(yīng)速率的定義及其表示方法化學(xué)反應(yīng)速率的定義及其表示方法1-1 化學(xué)反應(yīng)速率的概念化學(xué)反應(yīng)速率的概念 單位時間內(nèi)反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度改變的量的絕對值。單位時間內(nèi)反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度改變的量的絕對值?；瘜W(xué)反應(yīng)速率的單位可為化學(xué)反應(yīng)速率的單位可為molL-1s-1、molL-1min-1、molL-1h-1一、反應(yīng)速率的定義一、反應(yīng)速率的定義平均速率：平均速率： N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Co 2.0 3.0 0 Ct(2s) 1.8 2.4 0.422223311N11H1

4、1N H(1 .82 .0 )0 .1 2(2 .43 .0 )0 .3 2(0 .40 )0 .2 2NHN HCm o lLstCm o lLstCm o lLst 用不同物質(zhì)來表示化學(xué)反應(yīng)速率時，其數(shù)值是不同的。用不同物質(zhì)來表示化學(xué)反應(yīng)速率時，其數(shù)值是不同的。22223311N11H11N H(1 .82 .0 )0 .1 2(2 .43 .0 )0 .3 2(0 .40 )0 .2 2NHN HCm o lLstCm o lLstCm o lLst 瞬時速率瞬時速率: 某一瞬間某一瞬間(t0)的反應(yīng)速率叫瞬時速率。的反應(yīng)速率叫瞬時速率。 瞬時速率 lim33dtdCtCNHNHt為了避

5、免混亂，為了避免混亂，IUPAC建議建議, 對于反應(yīng)：對于反應(yīng)：aAbBdDeE定義瞬時速率為：定義瞬時速率為： iidCvVdt平均速率為：平均速率為： iiCvVt式中，式中，v vi 為計量系數(shù)為計量系數(shù), , 且對反應(yīng)物取負(fù)值，對產(chǎn)物且對反應(yīng)物取負(fù)值，對產(chǎn)物取正值。以保證取正值。以保證v和和 為正值。為正值。 v1A1B1D1Eddddadtbdtddtedt v = 1111ABDECCCCvatbtdtet活化分子較一般分子的能量高活化分子較一般分子的能量高, 活化分子所具有的平活化分子所具有的平均能量均能量(E*)與整個反應(yīng)物分子的平均能量與整個反應(yīng)物分子的平均能量(E)之差之差

6、, 稱為稱為活化能活化能(Ea)。Ea=E*-E1、碰撞理論的基本要點(diǎn)：、碰撞理論的基本要點(diǎn)：反應(yīng)是通過反應(yīng)物分子彼此碰撞而發(fā)生的反應(yīng)是通過反應(yīng)物分子彼此碰撞而發(fā)生的, 其其中能發(fā)生反應(yīng)的碰撞稱為中能發(fā)生反應(yīng)的碰撞稱為有效碰撞有效碰撞。2-2 反應(yīng)速率理論簡介反應(yīng)速率理論簡介2-1 碰撞理論碰撞理論 發(fā)生碰撞的分子應(yīng)有足夠高的能量發(fā)生碰撞的分子應(yīng)有足夠高的能量 碰撞的幾何方位要適當(dāng)碰撞的幾何方位要適當(dāng)發(fā)生有效碰撞的分子稱為發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子活化分子。活化分子的百。活化分子的百分?jǐn)?shù)越大分?jǐn)?shù)越大, 有效碰撞數(shù)越多有效碰撞數(shù)越多, 反應(yīng)速率也越大。反應(yīng)速率也越大。NO2與與O3反應(yīng)的示意

7、圖反應(yīng)的示意圖322( )( )( )( )O gNO gNO gO g2-2 過渡狀態(tài)理論過渡狀態(tài)理論活化能的物理含義在于：活化能的物理含義在于：由反應(yīng)物到產(chǎn)物所要逾越由反應(yīng)物到產(chǎn)物所要逾越的的“能量障礙能量障礙”22CONOOCONOCONO 一般化學(xué)反應(yīng)的活化能在一般化學(xué)反應(yīng)的活化能在60kJmol-1240 kJmol-1。活化能小于。活化能小于40kJmol-1的反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速度很大。活化能大于的反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速度很大?；罨艽笥?00kJmol-1的的反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速度很慢。反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速度很慢。化學(xué)反應(yīng)并非是通過簡單碰化學(xué)反應(yīng)并非是通過簡單碰撞就生成產(chǎn)物撞就生成產(chǎn)物, 而是要通過而是

8、要通過一個中間態(tài)才能反應(yīng)一個中間態(tài)才能反應(yīng), 存在存在一個勢能壘一個勢能壘A+BAB過渡態(tài)過渡態(tài)A B正反應(yīng)正反應(yīng) Ea=Ea-Ea反應(yīng)熱反應(yīng)熱H正正逆反應(yīng)逆反應(yīng)Ea勢能勢能 E E1 E2反應(yīng)歷程反應(yīng)歷程A + B = AB反應(yīng)過程的能量變化形象圖：反應(yīng)過程的能量變化形象圖：吸吸熱熱反反應(yīng)應(yīng)放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)過程中能量的變化化學(xué)反應(yīng)過程中能量的變化+ 生成物生成物(終態(tài)終態(tài))+ 反應(yīng)物反應(yīng)物(始態(tài)始態(tài))活化配合物活化配合物(過渡狀態(tài)過渡狀態(tài))如如 NO2+ CO ONOCONO + CO2 如：下列合成氨反應(yīng)的活化能為如：下列合成氨反應(yīng)的活化能為N2(g) +3H2(g) 2NH3(g

9、) Ea=330kJ/mol該反應(yīng)的該反應(yīng)的 G= -33.28kJ/mol; H= -92.38kJ/mol但是它的活化能高達(dá)但是它的活化能高達(dá)330kJ/mol, 致使氮和氫的活化致使氮和氫的活化分子百分?jǐn)?shù)很小分子百分?jǐn)?shù)很小, 有效碰撞也極少有效碰撞也極少, 反應(yīng)速率極小。反應(yīng)速率極小。由此可見由此可見, 要實(shí)現(xiàn)某些能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)要實(shí)現(xiàn)某些能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng), 活化能是活化能是個值得考慮的重要動力學(xué)因素。個值得考慮的重要動力學(xué)因素。這表明這表明298.15K標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時合成氨在熱力學(xué)上可以自發(fā)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時合成氨在熱力學(xué)上可以自發(fā)進(jìn)行進(jìn)行( G0，欲增加正反，欲增加正反應(yīng)速率，下列措施中有用的是

10、應(yīng)速率，下列措施中有用的是.（）。）。(A)增加增加CO2的分壓；的分壓； (B)升高溫度；升高溫度；(C)增加增加CaCO3的量；的量； (D)加入加入NaOH。反應(yīng)：反應(yīng)：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的的rHm0，欲，欲增加正反應(yīng)速率，可采取的措施為（增加正反應(yīng)速率，可采取的措施為（）。）。(A)降溫；降溫； (B)增加增加CH4和和H2O(g)的分壓；的分壓；(C)減小減小CO和和H2的分壓；的分壓； (D)減小總壓。減小總壓。基本要求基本要求掌握濃度、溫度、催化劑等因素對化學(xué)反應(yīng)速度的影掌握濃度、溫度、催化劑等因素對化學(xué)反應(yīng)速度的影響響, 并能運(yùn)用活化能的概念加以

11、解釋。并能運(yùn)用活化能的概念加以解釋。反應(yīng)反應(yīng)H2O2 + 2H+ + 2I- = 2H2O + I2 的速度方程式為：的速度方程式為：v = kc(H2O2)c(I-)由此可見由此可見, 其反應(yīng)的級數(shù)為（其反應(yīng)的級數(shù)為（ ）A 3 B 5 C 4 D 2 通常，溫度升高反應(yīng)速率明顯增加，主要原因是（通常，溫度升高反應(yīng)速率明顯增加，主要原因是（ ）(A)反應(yīng)物濃度增加；反應(yīng)物濃度增加； (B)反應(yīng)物壓力增加；反應(yīng)物壓力增加；(C)活化分子分?jǐn)?shù)增加；活化分子分?jǐn)?shù)增加； (D)活化能降低。活化能降低。增大反應(yīng)物濃度，使反應(yīng)速率加快的原因是（增大反應(yīng)物濃度，使反應(yīng)速率加快的原因是（ ）。）。(A)僅僅是分子總數(shù)目增加；僅僅是分子總數(shù)目增加；(B)反應(yīng)系統(tǒng)混亂度增加；反應(yīng)系統(tǒng)混亂度增加；(C)活化分子分?jǐn)?shù)增加；活化分子分?jǐn)?shù)增加； (D)單位體積內(nèi)活化分子單位體積內(nèi)活化分子 總數(shù)增加。總數(shù)增加。由實(shí)驗(yàn)得知由實(shí)驗(yàn)得知, 反應(yīng)反應(yīng)A+BC的反