化學(xué)反應(yīng)速的學(xué)習(xí)教案

化學(xué)反應(yīng)速的學(xué)習(xí)教案第1頁(yè)/共48頁(yè)反應(yīng)體系中任何一種物質(zhì)濃度的變化都可以表示反應(yīng)的速率。國(guó)際單位制建議用B物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)v

B去除dcB/dt，這樣就使得一個(gè)反應(yīng)體系的速率有一致的確定值。第2頁(yè)/共48頁(yè)對(duì)于反應(yīng)

aA+dD=gG+hH第3頁(yè)/共48頁(yè)二.瞬時(shí)速率的測(cè)定描點(diǎn)連線,根據(jù)不同時(shí)間下的濃度數(shù)據(jù)做c-t曲線然后做點(diǎn)a(1000秒)的切線,取切線上任意兩點(diǎn)b、c。過b、c分別畫平行于縱軸和橫軸的直線，交于d點(diǎn)則直角三角形bcd中，dc段表示時(shí)間變化，bd表示HCl的濃度變化求曲線上a點(diǎn)切線的斜率求該反應(yīng)在1000秒時(shí)的瞬時(shí)速率HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)

二、實(shí)驗(yàn)要求反應(yīng)的速度不能太快，因?yàn)樘欤瑵舛炔荒軠y(cè)定準(zhǔn)確（1）實(shí)驗(yàn)方法第4頁(yè)/共48頁(yè)三、化學(xué)反應(yīng)速率理論

隨著反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)減慢。為了說明反應(yīng)的快慢及其影響因素，目前常用的有兩種理論：碰撞理論和過渡態(tài)理論。（一）、碰撞理論：發(fā)生反應(yīng)的兩個(gè)基本前提:

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)活化分子第5頁(yè)/共48頁(yè)第6頁(yè)/共48頁(yè)氣體分子的能量分布和活化能EmE0E*mEa活化能是把反應(yīng)物分子轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨肿铀枘芰康?頁(yè)/共48頁(yè)（二）過渡態(tài)理論由反應(yīng)物到產(chǎn)物的反應(yīng)過程，必須通過一種過渡狀態(tài),即反應(yīng)物分子活化形成活化配合物的中間狀態(tài)。NO2+CO

[N…O

…

C…O]CO2+NO

反應(yīng)物活化配合物產(chǎn)物過渡態(tài)O第8頁(yè)/共48頁(yè)

當(dāng)C沿著AB鍵軸方向接近時(shí)，A—B中的化學(xué)鍵逐漸松馳和削弱，原子C和原子A之間形成一種新鍵，這時(shí)形成了[C…A…B]的構(gòu)型，這種過渡狀態(tài)的構(gòu)型稱為活化配合物。這種活化配合物位能很高，所以很不穩(wěn)定，它可能重新變回原來的反應(yīng)物（C，AB），也可能分解成產(chǎn)物（AC，B）。A-B+C[C…A…B

]===A-C+B

反應(yīng)物活化配合物產(chǎn)物第9頁(yè)/共48頁(yè)反應(yīng)過程勢(shì)能變化示意圖E*(過渡態(tài))反應(yīng)物產(chǎn)物勢(shì)能E1反應(yīng)歷程E2△HEa(逆)Ea(正)第10頁(yè)/共48頁(yè)一、反應(yīng)機(jī)理2-2影響反應(yīng)速率的各種因素又稱反應(yīng)歷程，是化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑。e.g.(1)2NO+2H2

H2+2H2O實(shí)際經(jīng)過以下三步：(2)2NON2O2

（快）(3)N2O2N2O+H2O（慢）

(4)N2O

N2+H2O（快）

第11頁(yè)/共48頁(yè)非基元反應(yīng)或復(fù)雜反應(yīng)：從反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物，是多步完成的反應(yīng)，即由兩個(gè)或兩個(gè)以上基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)例如(5)NO2＋CONO+CO2

(6)2NO+O22NO2

我們把反應(yīng)物分子在碰撞中一步直接轉(zhuǎn)化為生成物分子的反應(yīng)成為基元反應(yīng)第12頁(yè)/共48頁(yè)質(zhì)量作用定律：基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率與各反應(yīng)物濃度以反應(yīng)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)的絕對(duì)值為乘冪的乘積成正比。二、速率方程和速率常數(shù)基元反應(yīng)aA+bB

dD+eE速率方程式或質(zhì)量作用定律表達(dá)式若反應(yīng)物為氣體，則：速率常數(shù)k:速率常數(shù)，其大小由反應(yīng)物的本性決定，與濃度無關(guān)。易受溫度或催化劑的影響，一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。第13頁(yè)/共48頁(yè)三、反應(yīng)級(jí)數(shù):aA+bBdD+eE例.判斷反應(yīng)H2O2+2Br-+2H+2H2O+Br2的速率方程能否寫成

=kc[H2O2][H+]2[Br-]2？不是基元反應(yīng)；不是一個(gè)五級(jí)反應(yīng)。反應(yīng)物的反應(yīng)級(jí)數(shù)：反應(yīng)物濃度的方次。在基元反應(yīng)中與計(jì)量系數(shù)一致。多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速率方程可表示為反應(yīng)級(jí)數(shù)：所有反應(yīng)物級(jí)數(shù)的加和。可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)或零。第14頁(yè)/共48頁(yè)速度常數(shù)的單位速度常數(shù)的單位隨反應(yīng)級(jí)數(shù)不同而不同：反應(yīng)級(jí)數(shù)0123k的單位mol·L-1·s-1s-1L·mol-1·s-1(L·mol-1)2·s-1k=————mol·L-1·s-1CmA·Cnb(mol·L-1)m+n反應(yīng)級(jí)數(shù)的確定確定反應(yīng)級(jí)數(shù)就是確定速度方程，因此必須依據(jù)于實(shí)驗(yàn)事實(shí)。第15頁(yè)/共48頁(yè)四、非基元反應(yīng)的速率方程式的確定由實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng)速率方程的簡(jiǎn)單方法—改變物質(zhì)數(shù)量比例法aA+bBdD+eE先假設(shè)其速率方程為實(shí)驗(yàn)時(shí)，一組反應(yīng)中把B的濃度固定不變，考察反應(yīng)速度隨A濃度變化的關(guān)系確定x值;另一組反應(yīng)把A的濃度固定不變，考察反應(yīng)速度隨B濃度變化的關(guān)系確定y值。第16頁(yè)/共48頁(yè)例２-１有一化學(xué)反應(yīng)：aA+bB=C，在298K時(shí)，將A、B溶液按不同濃度混合，得到下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：A的初始濃度/mol·L-1B的初始濃度/mol·L-1初始濃度/mol·L-11.02.04.01.01.01.01.01.01.01.02.04.01.2×10-22.3×10-24.9×10-21.2×10-24.8×10-21.9×10-1求此反應(yīng)的速度方程和速度常數(shù)。解：設(shè)該反應(yīng)的速度方程為(1)分析<1>,<2>,<3>組數(shù)據(jù)，B的濃度保持不變，因?yàn)樗俣扰cA的濃度成正比，所以x＝1；(2)分析<4>,<5>,<6>組數(shù)據(jù)，A的濃度保持不變，速度與B濃度的平方成正比，所以y＝2。第17頁(yè)/共48頁(yè)(3)將任一組數(shù)據(jù)代入方程均可求出速度常數(shù)k：因此該反應(yīng)的速度方程為：答：該反應(yīng)的速度方程是速度常數(shù)是k=1.2×10-2(L2·mol-1·s-1)

第18頁(yè)/共48頁(yè)五、溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響1、van’tHoff近似規(guī)則：對(duì)一些化學(xué)反應(yīng)，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10攝氏度，反應(yīng)速度約增大2至4倍。：常數(shù)，其值在2～4之間。第19頁(yè)/共48頁(yè)2、阿累尼烏斯公式（Arrhenius

）1819年阿累尼烏斯總結(jié)出了速度常數(shù)與熱力學(xué)溫度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式A──頻率因子或指前因子由于溫度T在指數(shù)項(xiàng)，所以它的微小變化就會(huì)引起平衡常數(shù)的較大變化。Ea──活化能，受溫度影響，但影響不大，通常忽略溫度的影響。可視為定值T──熱力學(xué)溫度。R──氣體常數(shù)。注意：Ea的單位與R的單位要一致；在阿累尼烏斯公式中，k是無量綱的第20頁(yè)/共48頁(yè)（1）由不同溫度的速度常數(shù)作圖法求活化能3.阿累尼烏斯公式的應(yīng)用根據(jù)阿累尼烏斯公式的對(duì)數(shù)形式做lgk-1/T的圖像,得一直線；直線的斜率＝－Ea/2.303R，那么Ea＝-2.303R斜率斜率=-————Ea2.303R截距=lgAlgk—1T第21頁(yè)/共48頁(yè)（2）計(jì)算法求不同溫度的速度常數(shù)所以第22頁(yè)/共48頁(yè)例2-２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的k。解：Ea＝1.14×105J·mol-1T2＝700KT1＝600Kk1＝0.75L·mol-1·s-1k2=?k2——=26k1k2＝26k1＝26×0.75＝20(L·mol-1·s-1)答:700K時(shí)的速度常數(shù)是k=20(L·mol-1·s-1)第23頁(yè)/共48頁(yè)（3）由不同溫度的速度常數(shù)計(jì)算法求反應(yīng)的活化能答：反應(yīng)的活化能是Ea=101kJ·mol-1例2-３實(shí)驗(yàn)測(cè)得下列反應(yīng)：2NOCl(g)=2NO(g)+Cl(g)在300K時(shí)k1＝2.8×10-5L·mol-1·s-1；400K時(shí)k2＝7.0×10-1L·mol-1·s-1，求反應(yīng)的活化能。解：T2＝400KT1＝300Kk2＝7.0×10-1L·mol-1·s-1k1＝2.8×10-5L·mol-1·s-1Ea＝?第24頁(yè)/共48頁(yè)六、催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響上述反應(yīng)盡管向右反應(yīng)的可能性很大，但是在沒有催化劑時(shí)，反應(yīng)不能發(fā)生，當(dāng)混入少量鉑粉時(shí)，反應(yīng)很快進(jìn)行。1、催化劑和催化作用催化劑是一種能改變化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的組成和質(zhì)量在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。催化劑能改變反應(yīng)速度的作用稱為催化作用。如：2H2+O2====2H2OPt其他一些反應(yīng)例子2SO2+O2======2SO3V2O52KClO32KCl+3O2MnO2200℃第25頁(yè)/共48頁(yè)2、催化機(jī)理催化劑的催化機(jī)理主要是改變了反應(yīng)的途徑，從而使反應(yīng)的活化能發(fā)生了改變催化機(jī)理如右圖所示，反應(yīng)A+B=AB，沒有催化劑的活化能為Ea

，有催化劑時(shí)活化能為E1和E2A+Z=AZE1AZ+B=AB+ZE2由于E1和E2均比Ea小得多，所以途徑Ⅱ比途徑Ⅰ容易進(jìn)行。第26頁(yè)/共48頁(yè)3、催化反應(yīng)特點(diǎn)(1)、催化劑對(duì)反應(yīng)速度的影響是通過改變反應(yīng)機(jī)理實(shí)現(xiàn)的。(2)、催經(jīng)劑只能改變反應(yīng)的速度而改變反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，但不能改變平衡狀態(tài)和平衡常數(shù)。(3)、催化劑同等程度地改變正逆反應(yīng)的速度，所以正反應(yīng)的催化劑也必然是逆反應(yīng)的催化劑第27頁(yè)/共48頁(yè)2-3化學(xué)平衡一、可逆反應(yīng)和化學(xué)平衡1.可逆反應(yīng)和不可逆反應(yīng)在同一條件下，既能向正反應(yīng)方向又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。如果反應(yīng)只能向一個(gè)方向進(jìn)行，則稱不可逆反應(yīng)?？赡娣磻?yīng)是化學(xué)反應(yīng)的普遍現(xiàn)象，不可逆反應(yīng)是相對(duì)的。例如：N2O42NO2

反應(yīng)物正反應(yīng)速度V1逆反應(yīng)速度V2V1=V2:化學(xué)平衡狀態(tài)V1>>V2:不可逆反應(yīng)2KClO32KCl+3O2MnO2ΔN2+3H22NH3生成物第28頁(yè)/共48頁(yè)2、化學(xué)平衡正逆反應(yīng)的速度相等時(shí)，體系所處的狀態(tài)稱為化學(xué)平衡?；瘜W(xué)平衡特點(diǎn)動(dòng)態(tài)的平衡有條件的平衡第29頁(yè)/共48頁(yè)二、平衡常數(shù)在一定溫度下，某個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，產(chǎn)物濃度系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次方的乘積之比是一個(gè)常數(shù)。１.經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)Kc=————[E]e[D]d[A]a[B]baA+bBeE+dDKc

越大，反應(yīng)進(jìn)行的越徹底。對(duì)于氣體反應(yīng)，常用氣體的分壓代替濃度Kp=————p2(HI)p(H2)·p(I2)第30頁(yè)/共48頁(yè)Kc和Kp的關(guān)系可以推導(dǎo)如下piV=niRTpi=ciRTKp=——————=Kc(RT)(e+d-a-b)[cERT]e[cDRT]d[cART]a[cBRT]b令e+d-a-b=v則Kp=Kc(RT)v想一想：在什么條件下Kp=KcaA+bBeE+dD

氣相反應(yīng)Kc=————[E]e[D]d[A]a[B]bKp=————PEePDdPAaPBb第31頁(yè)/共48頁(yè)Kc=————=——=7.32×10-3

[NH3]2[N2][H2]3423×93由平衡定律求平衡常數(shù)根據(jù)物料平衡求初時(shí)濃度答:該溫度時(shí)合成氨反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)是7.32×10-3,N2和H2的初始濃度分別為5mol·L-1和15mol·L-1

解：N2+3H22NH3例2-4.合成氨反應(yīng)N2+3H22NH3

在某溫度下達(dá)平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度是：[N2]=3mol·L-1，[H2]=9mol·L-1，[NH3]=4mol·L-1。求該溫度時(shí)的平衡常數(shù)和N2、H2的初始濃度C＝[N2]+1[NH3]/2

＝3+2＝5mol·L-1N2C＝[H2]+3[NH3]/2＝9+6＝15mol·L-1H2K=————[E]e[D]d[A]a[B]b第32頁(yè)/共48頁(yè)2、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)氣相反應(yīng)

p?

=105Pa,為標(biāo)準(zhǔn)壓力。K量綱為1。c?=1mol·L-1,為標(biāo)準(zhǔn)濃度。Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)液相反應(yīng)第33頁(yè)/共48頁(yè)對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)K?是溫度的函數(shù)，與濃度、分壓無關(guān)。第34頁(yè)/共48頁(yè)3、書寫平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則（1）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表示式中各組分濃度或分壓為平衡時(shí)的濃度或分壓。（２）關(guān)系式中不包括固體和純液體物質(zhì)濃度項(xiàng)(因?yàn)樗鼈兊臐舛葹槌?shù))，只包括氣態(tài)物質(zhì)和溶液中各溶質(zhì)的濃度。反應(yīng)：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)Cr2O72-(aq)+H2O(l)2CrO42-(aq)+2H+(aq)Kp=p(CO2)Kc=[CrO42-]2·[H+]2[Cr2O72-]第35頁(yè)/共48頁(yè)（３）水溶液中的反應(yīng)如有水參加，水濃度為常數(shù)，不寫在平衡關(guān)系式中。但對(duì)非水溶液反應(yīng)，如有水生成或有水參加，必須寫上。如醋酸和乙醇的酯化反應(yīng):K=————————[CH3COOC2H5][H2O][CH3COOH][C2H5OH]C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O（４）同一化學(xué)反應(yīng)，平衡常數(shù)關(guān)系式因化學(xué)方程式的寫法不同而異。N2O4(g)NO2(g)K2=K1=0.602NO2(g)N2O4(g)K3=——=2.781K1N2O4(g)2NO2(g)K1==0.361/2第36頁(yè)/共48頁(yè)（5）多重平衡規(guī)則

若干方程式相加(減)，則總反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之乘積(商)e.g.1:2NO(g)+O2(g)?2NO2K12NO2(g)?N2O4K22NO(g)+O2(g)?N2O4(g)K=K1K2

e.g.2:C(s)+CO2(g)?2CO(g)KC(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)K1CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)K2

K=K1/K2多重平衡規(guī)則的用途：應(yīng)用若干己知反應(yīng)的平衡常數(shù)求得某個(gè)或某些其它反應(yīng)的平衡常數(shù)，而無須逐一通過實(shí)驗(yàn)求值。注意：在處理多重平衡關(guān)系中,所有平衡常數(shù)必須在同一個(gè)溫度。第37頁(yè)/共48頁(yè)寫出下列逆反應(yīng)的平衡常數(shù)KC和KP的表達(dá)式：(1)CH4+2O2CO2+2H2O(g)(2)C(s)+O2CO2(3)Fe2O3(s)+3H22Fe(s)+3H2O(g)(4)CaCO3(s)CaO(s)+CO2解：（1）Kc=————[CO2][H2O]2[CH4][O2]2Kp=————PP2PP2CO2H2OCH4O2（2）Kc=——[CO2][O2]2Kp=——PPCO2O2（3）Kc=——[H2O]3[H2]3Kp=——P3

P3H2OH2(4)Kc=[CO2]Kp=PCO2第38頁(yè)/共48頁(yè)4、平衡常數(shù)的幾點(diǎn)說明①平衡常數(shù)表達(dá)式需與反應(yīng)方程式相對(duì)應(yīng)

例

N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)K1=1.60105N2(g)+H2(g)?NH3(g)K2=3.87102

K1

K2

，

K1=K221232②平衡常數(shù)只表現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)行的程度，即可能性問題，而不表現(xiàn)到達(dá)平衡所需的時(shí)間，即現(xiàn)實(shí)性問題；K?越大，反應(yīng)越徹底，反應(yīng)傾向性越大；

K?>107正向進(jìn)行；K?<107逆向進(jìn)行。例2SO2(g)+O2(g)====2SO3(g)298K時(shí)，K?298K=3.61024第39頁(yè)/共48頁(yè)③經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的區(qū)別：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是量綱為一的量；而經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)只有在v=0時(shí)，量綱才為一。二者一般數(shù)值不等（v=0

者除外）；溶液反應(yīng)二者數(shù)值相同。④標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K?與溫度有關(guān)，因此要注明K?

的溫度條件，通常一個(gè)溫度下同一化學(xué)反應(yīng)只有一個(gè)K?第40頁(yè)/共48頁(yè)三、平衡常數(shù)的計(jì)算1.利用平衡常數(shù)求物質(zhì)或產(chǎn)物的濃度，求反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。平衡轉(zhuǎn)化率=————————————×100%平衡時(shí)已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量2.利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。若反應(yīng)前后體積不變，又可表示為平衡轉(zhuǎn)化率=————————————×100%

某反應(yīng)物濃度的消耗值

轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的濃度值第41頁(yè)/共48頁(yè)初時(shí)濃度:0.0200.02000平衡濃度:0.020-x0.20-xxxK=————=9x2(0.020-x)2解得:x=0.015(mol·L-1)轉(zhuǎn)化率=——×100=75%0.0150.020答:該反應(yīng)在所給條件下的最大轉(zhuǎn)化率是75%解：設(shè)平衡時(shí)CO2和H2的濃度為xmol·L

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)例2-5一氧化碳變換反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在773K時(shí),平衡常數(shù)Kc=9，如反應(yīng)開始時(shí)CO和H2O的濃度都是0.020mol·L-1，計(jì)算在這條件下，CO的轉(zhuǎn)化率最大是多少？第42頁(yè)/共48頁(yè)例2-6合成氨反應(yīng)在500oC建立平衡p(NH3)=3.53106Pa,p(N2)=4.13106Pa,p(H2)=12.36106Pa,試分別求該反應(yīng)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)KT?

與經(jīng)驗(yàn)