化學反應速率化學動力學

1、關于化學反應的速率化學動力學第一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月熱力學的研究方法和局限性熱力學方法的局限性不研究物質(zhì)的宏觀性質(zhì)和微觀結(jié)構之間的關系；不知道反應的機理、歷程以及速率；只討論變化的可能性，無法指出如何將可能性變?yōu)楝F(xiàn)實的方法和途徑。第二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 化學反應速率的表示法2. 反應歷程和基元反應3. 具有簡單級數(shù)的反應4. 影響化學反應速率的一些因素5. 反應速率理論簡介6. 催化作用第十一章 化學反應的速率第三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 動力學曲線（補充）2. 轉(zhuǎn)化速率和反應速率的定義3. 化學反應的平均速率與瞬時速率第

2、一節(jié) 化學反應速率的表示法第四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月動力學曲線是描述反應物和產(chǎn)物的濃度隨時間的變化曲線。動力學曲線濃度c時間t反應物R產(chǎn)物P第五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 轉(zhuǎn)化速率2. 反應速率3. 化學反應的平均速率和瞬時速率化學反應速率的表示法第六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)化速率對于任一反應第七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)化速率必須與具體的反應方程式相對應。轉(zhuǎn)化速率由反應進度定義的化學反應速率稱為轉(zhuǎn)化速率，用符號 表示，單位為 。第八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月單位：濃度c時間反應物R產(chǎn)物P反應速率第九

3、張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例如反應速率與具體的反應方程式有關，但它與反應系統(tǒng)中選用何種物質(zhì)進行計算無關。對于一個確定的反應方程式，其值只有一個。反應速率第十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月濃度c時間t反應物R產(chǎn)物Pt1 t2化學反應的平均速率和瞬時速率絕大多數(shù)反應的反應速率隨時間而改變。第十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 反應歷程和基元反應2. 基元反應的速率方程第二節(jié) 反應歷程和基元反應第十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月通常所寫的化學方程式絕大多數(shù)并不代表反應的真正歷程，而僅代表反應的總結(jié)果，即化學計量式。例如：在光照條件下實際由如下

4、4步反應完成反應歷程和基元反應第十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月由反應物分子（或離子、原子以及自由基）直接碰撞發(fā)生相互作用而生成產(chǎn)物的反應，稱為基元反應?；磻偘磻磻獨v程和基元反應總反應第十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月在基元反應中，反應物分子數(shù)之和稱為反應分子數(shù)。反應分子數(shù)是不大于3的正整數(shù)（1, 2, 3）。反應歷程和基元反應第十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月例如：表示反應速率與濃度等參數(shù)之間的關系，或表示濃度等參數(shù)與時間關系的方程稱為反應的速率方程，又稱動力學方程。其一般由實驗確定?；磻乃俾史匠趟俾史匠炭杀硎緸槲⒎质交蚍e分式。第十六

5、張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月經(jīng)驗證明基元反應的速率方程都比較簡單，即基元反應的速率與反應物的濃度（帶有相應的指數(shù)）的乘積成正比。其中各濃度的指數(shù)就是反應式中各相應物質(zhì)的系數(shù)。基元反應的這個規(guī)律稱為質(zhì)量作用定律?；磻乃俾史匠痰谑邚?，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月基元反應反應速率 反應分子數(shù) 2 2 2 3 基元反應的速率方程比例系數(shù)k與反應物的濃度無關，稱為反應的速率常數(shù)，其單位與具體的速率方程有關。第十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 反應級數(shù)和準級數(shù)反應2. 零級反應3. 一級反應4. 二級反應5. 根據(jù)反應特點判斷反應級數(shù)第三節(jié) 具有簡單級數(shù)的

6、反應第十九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月速率方程中各反應物濃度項的指數(shù)稱為該反應物的級數(shù)；速率方程中所有濃度項指數(shù)的代數(shù)和稱為該反應的總級數(shù)（反應級數(shù)），通常用n 表示。反應級數(shù)和準級數(shù)反應比如反應若實驗測得其速率方程為則該反應對A是一級，對B是二級。反應為三級反應。第二十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月反應級數(shù)可以是正數(shù)、負數(shù)、整數(shù)、分數(shù)或零，甚至有的反應無法用簡單的數(shù)字來表示級數(shù)?；磻姆磻墧?shù)等于反應分子數(shù)（1, 2, 3）。反應級數(shù)和準級數(shù)反應非基元反應的反應級數(shù)只能通過實驗測得。1.5級 負一級 無簡單級數(shù) 第二十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月

7、若某一物質(zhì)的濃度遠遠大于其他反應物的濃度，在反應過程中可以認為其濃度沒有變化，而將其濃度并入速率常數(shù)項，這時反應的總級數(shù)相應下降，該反應稱為準級數(shù)反應。準一級反應 準一級反應 為催化劑 反應級數(shù)和準級數(shù)反應第二十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月具有簡單級數(shù)的反應指反應級數(shù)為正整數(shù)的反應?；磻哂泻唵渭墧?shù)，但具有簡單級數(shù)的反應不一定是基元反應。比如反應經(jīng)實驗測定它是二級反應，但非基元反應。反應級數(shù)和準級數(shù)反應第二十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月反應速率方程中，反應物濃度項不出現(xiàn)，即反應速率與反應物濃度無關，這種反應稱為零級反應。零級反應的速率為一常數(shù)。由于反應只在催

8、化劑表面上進行，反應速率決定于固體催化劑的有效表面活性位。零級反應常見的零級反應有表面催化和酶催化反應。第二十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月速率方程的微分式移項并積分當零級反應第二十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月零級反應的特點3. 反應物的濃度與時間 t 呈線性關系2. 半衰期與反應物起始濃度成正比零級反應1. 速率常數(shù) k0 的單位為 第二十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月反應速率只與反應物濃度的一次方成正比的反應稱為一級反應。常見的一級反應有放射性元素的蛻變、五氧化二氮的分解等。一級反應第二十七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月速率方程的微分

9、式移項并積分一級反應第二十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月當一級反應第二十九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一級反應的特點3. 線性關系為2. 半衰期是與反應物起始濃度無關的常數(shù)一級反應1. 速率常數(shù) k1 的單位為 第三十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一級反應引申的特點一級反應1. 所有分數(shù)衰期都是與起始濃度無關的常數(shù)2. 3. 反應間隔時間t相同， c/c0相同第三十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月某金屬同位素進行放射，14d 后同位素活性下降了6.85%。試求該同位素的：(1)蛻變常數(shù)；(2)半衰期；(3)分解90%所需時間一級反應第三十二張

10、，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月某金屬同位素進行放射，14d 后，同位素活性下降了6.85%。試求該同位素的：(1)蛻變常數(shù)；(2)半衰期；(3)分解90%所需時間一級反應第三十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月反應速率方程中，濃度項的指數(shù)和等于2的反應稱為二級反應。常見的二級反應有乙酸乙酯的皂化，碘化氫的熱分解反應等。二級反應第三十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二級反應速率方程的微分式移項并積分設A、B的起始濃度相同，則第三十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月當二級反應第三十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二級反應的特點（反應物起始濃度相

11、等）3. 線性關系為2. 半衰期是與反應物起始濃度成反比二級反應1. 速率常數(shù) k2 的單位為 第三十七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二級反應引申的特點（反應物起始濃度相等）二級反應第三十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 嘗試法 實驗測得一系列反應物或生成物的濃度隨時間的變化數(shù)據(jù)后，將各組的濃度和時間數(shù)據(jù)代入速率方程的定積分式中，計算 k 值。若得 k 值基本為常數(shù)，則反應為所代入方程的級數(shù)。若求得 k 不為常數(shù)，則需再進行假設。根據(jù)反應特點判斷反應級數(shù)對于具有簡單級數(shù)的反應，可采用以下幾種方法：第三十九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 根據(jù)速率常數(shù)的

12、單位判斷3. 根據(jù)半衰期與反應物濃度的關系判斷4. 根據(jù) 的比值判斷 5. 根據(jù)時間間隔相同時濃度比判斷根據(jù)反應特點判斷反應級數(shù)第四十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月某抗菌素A注入人體后，在血液中呈現(xiàn)簡單級數(shù)的反應。如果在人體中注射0.5g該抗菌素，然后在不同時間t測定它在血液中的濃度cA（mg/100mL表示），得到下列數(shù)據(jù)：t / h481216cA(mg/100mL)0.4800.3260.2220.151(1)確定反應級數(shù)；(2)計算反應速率系數(shù)；(3)求t1/2根據(jù)反應特點判斷反應級數(shù)第四十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月某有機物A的水解反應，用酸做催化劑，其速

13、率方程可表示為 ，實驗數(shù)據(jù)見下表：序號A0/molL-1H+/molL-1t1/2/ht3/4/h(1)0.10.0112(2)0.10.020.51試求 、根據(jù)反應特點判斷反應級數(shù)第四十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 濃度的影響2. 溫度的影響3. 反應物之間接觸情況的影響第四節(jié) 影響化學反應速率的一些因素第四十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月濃度的影響定溫下，增加反應物濃度，反應速率通常增大。增加反應物濃度反應分子間碰撞機會增多單位時間和單位體積內(nèi)的有效碰撞次數(shù)增加反應速率加快第四十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2. vant Hoff 近似規(guī)律

14、3. Arrhenius經(jīng)驗式4. 活化能溫度的影響1. 溫度對速率影響的類型第四十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月溫度對速率的影響通常有五種類型：溫度對速率影響的類型(1)(2)(3)(4)(5)第四十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月反應速率隨溫度的升高而逐漸加快，它們之間呈指數(shù)關系，這類反應最為常見。開始時溫度影響不大，到達一定極限時，反應以爆炸的形式極快的進行。(1)(2)溫度對速率影響的類型第四十七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月(3)(4)在溫度不太高時，速率隨溫度的升高而加快，到達一定的溫度，速率反而下降。如多相催化反應和酶催化反應。速率在隨溫度升

15、到某一高度時下降，再升高溫度，速率又迅速增加，可能發(fā)生了副反應。溫度對速率影響的類型第四十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月(5)溫度升高，速率反而下降。這種類型的反應很少，如一氧化氮氧化成二氧化氮。溫度對速率影響的類型對大多數(shù)反應來說，化學反應速率隨溫度升高而加快。第四十九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月vant Hoff 近似規(guī)律vant Hoff 第一個提出溫度與速率之間的定量關系：溫度每升高10 K，反應速率是原速率的2-4倍。這只是一種粗略的估計，當溫度變化不大，又不需要精確數(shù)據(jù)時，可用以作參考。第五十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月Arrhenius經(jīng)

16、驗式有不同的表述形式（1）微分式（2）不定積分式（3）定積分式（4）指數(shù)式Arrhenius經(jīng)驗式第五十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月Arrhenius 經(jīng)驗式有不同的表述形式Arrhenius經(jīng)驗式式中，A為常數(shù)，稱為指前因子；Ea為實驗活化能，單位為Jmol-1。對某一給定反應，當溫度區(qū)間不大時， A和 Ea不隨溫度而改變。第五十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月在673K下，N2和H2合成NH3，動力學實驗表明，沒有催化劑時活化能為334.9kJmol-1，用Fe催化時活化能為167.4kJmol-1。假定催化和非催化反應的指前因子相等，求兩種情況下反應速率常數(shù)之

17、比。Arrhenius經(jīng)驗式第五十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月均相反應：系統(tǒng)內(nèi)各部分完全均勻，分子或離子的運動比較自由，相互碰撞的機會較多，碰撞頻率較高，不存在反應物之間的接觸問題；多相反應：反應分子間的接觸情況往往直接影響到化學反應速率的大小。反應物之間接觸情況的影響反應物分子之間的接觸和碰撞是發(fā)生反應的必要條件。第五十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月對于有固體物質(zhì)參加的多相反應，反應發(fā)生在固體表面，粒子的粒徑越小，單位質(zhì)量固體的表面積越大，反應物分子之間接觸的機會增多，反應速率加快。反應物之間接觸情況的影響加快有固體參加的多相反應速率的方法：改變溫度、減小粒徑。

18、第五十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 碰撞理論2. 過渡狀態(tài)理論第五節(jié) 反應速率理論簡介3. 活化能第五十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月碰撞理論碰撞理論認為，化學反應發(fā)生的首要條件是反應物分子必須相互碰撞。但不是每次碰撞都能發(fā)生反應（有效碰撞），這主要歸結(jié)于以下兩個原因：能量因素：只有具有較高能量的分子相互碰撞時，才能克服電子云之間的相互排斥作用而相互接近，從而打破原有的化學鍵而形成新的分子，即發(fā)生化學反應。這些具有較高能量的分子叫活化分子。第五十七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月碰撞理論方位因素：分子通過碰撞發(fā)生化學反應，不僅要求分子要有足夠的能量，

19、而且要求這些分子要有適當?shù)娜∠颍ɑ蚍轿唬?。CO和NO2分子碰撞時，如果C原子與N原子相碰撞，就不大可能發(fā)生反應；而當C原子與NO2分子中的O原子相碰撞時，則有可能發(fā)生反應。第五十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月過渡狀態(tài)理論反應速率的過渡狀態(tài)理論，又稱活化絡合物理論。這一理論認為，反應物并不是通過簡單碰撞就能變成生成物，從反應物變到生成物要經(jīng)過一個中間過渡狀態(tài)，即反應物分子首先形成活化絡合物，這種活化絡合物通常是一種短暫的高能態(tài)的“過渡區(qū)物種”，它既能與原來的反應物建立熱力學的平衡，又能進一步解離為產(chǎn)物。第五十九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月過渡狀態(tài)理論反應速率的過渡狀態(tài)

20、理論：反應速率的快慢，與活化絡合物的濃度以及活化絡合物解離的速率等諸因素有關。第六十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月圖中曲線表示反應過程中系統(tǒng)勢能的變化?；罨軇菽芊磻^程反應物產(chǎn)物ACBDX反應過程勢能圖碰撞理論：點C可看作活化分子所具有的最低能量。活化能：使普通分子變?yōu)榛罨肿铀璧淖钚∧芰?。第六十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月圖中曲線表示反應過程中系統(tǒng)勢能的變化?；罨苣芰糠磻^程反應物產(chǎn)物ACBDX反應過程勢能圖過渡狀態(tài)理論：點C可看作活化絡合物的能量。活化能：活化絡合物與反應物分子平均能量之差。第六十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 催化劑和催

21、化作用第六節(jié) 催化作用2. 酶催化作用第六十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月催化劑是一種能改變反應速率而本身的質(zhì)量和組成在反應前后保持不變的物質(zhì)，故不影響化學平衡。通常將能加速反應速率的催化劑簡稱為催化劑，而把減慢反應速率的負催化劑稱為阻化劑或抑制劑（塑料和橡膠中的防老劑）。催化劑參與反應，因此，其物理性質(zhì)在反應前后可能發(fā)生變化。催化劑和催化作用第六十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月催化劑加快反應速率，是通過改變反應過程（或機理）、降低反應的活化能來實現(xiàn)的。A+B+CAC+BAB+C反應過程勢能E21加入催化劑C催化劑和催化作用第六十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月催化劑與反應系統(tǒng)處在同一個相的催化反應稱為均相催化反應。用硫酸作催化劑使乙醇和乙酸生成乙酸乙酯。催化劑與反應系統(tǒng)處在不同相的催化反應稱為多相催化反應。用固體超強酸作催化劑使乙醇和乙酸生成乙酸乙酯。催化劑和催化作用第六十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月在化工生產(chǎn)中，為了增大反應物與催化劑之間的