基础化学第六章化学反应速率ppt课件

第六章 化学反应速率 热力学研究的重点：反应的方向性； 反应进行的程度 动力学研究的重点：化学反应速率； 反应历程（反应机理） 研究化学反应速率的目的：为日常生活和工农业生产服务 如：Fe 与 O2 Fe2O3 寻求减慢反应的方法 药品的变质 寻求减慢反应的方法 照片感光 寻求加快反应的方法 合成NH3 寻求加快反应的方法 1 6.1 化学反应速率的表示方法 一、化学反应速率的表示法： 用单位时间内，反应物浓度的减少或生成 物浓度的增加来表示。 a.单位：浓度时间-1 如：molL-1s-1 (molL-1min-1 或molL-1h-1) b.是正值 c.可用任一物质浓度的变化来表示 2 例： 2N2O5 = 4NO2 + O2 t1 c1 c1 c1 t2 c2 c2 c2 二、平均速率 3 例：将0.160mol N2O5放在1L容器中，340 K 时，每隔1min测得反应物浓度如下： 在t = 0和2 min内： 在t = 1和3 min内： 4 三、瞬时速率：化学反应在某一瞬间的真实速率 上例中，在t =2min时测得速率为=0.028 molL-1min-1 2 N2O5 = 4 NO2 + O2 5 1、通式：对任一反应： aA + bB = dD + eE， 或 6 碰撞理论优点：a.直观， b.适用于简单分子的反应（特别是气体双 分子反应） 2、活化分子：能够发生有效碰撞的分子 反应速率正比于活化分子的数目； 活化分子的平均能量高于反应物分子的平均 能量。 9 二、过渡状态理论（Eyring） 10 正反应活化能:Ea=E*-E 逆反应活化能:Ea=E*-E 反应热:rH = E E = Ea Ea 11 Ea(逆) (正) (正) Ea(逆 ) Ea Ea 0 400 kJ mol 1,反应很慢。 温度增加使分子平均能量提高，运动速率 加快，使有效碰撞次数增加，加快反应，但 一般不改变活化能。 13 影响反应速率的因素 内因：即反应的本质，包括： 反应活化能； 反应物的结构等 外因： 浓度（压力）：通常反应物的浓度越大， 反应速率越快； 温度：通常温度越高，反应速率越快； 催化剂：正催化剂能加快反应速率。 14 6.3 浓度对化学反应速率的影响 一、基元反应和非基元反应： 1、基元反应：一步完成的化学反应。（简单反应） 如：NO2 + CO = NO + CO2 2 NO2 = 2NO + O2 2、非基元反应：由两个或两个以上的基元反应组成 的化学反应。 （复杂反应） 绝大多数反应是非基元反应。 如反应：A2 + B A2B 分两个基元步骤完成： 第一步：A2 2A （快反应） 第二步：2A + B A2B （慢反应） 速控步骤 总反应速率基本上等于最慢一步反应的速率 15 二、质量作用定律：一定温度下，基元反应的反 应速率与各反应物浓度系数次方的乘积成正比。 1、速率方程式：aA + bB = dD + eE (基元反应) = kcAacBb 2、反应速率常数： k （浓度1(a+b) 时间-1) a. 物理意义：单位浓度时的反应速率； b. k的大小与反应的本性有关，在其它条件相同 的情况下，k越大，反应越快； c. k与浓度无关；k与温度有关。 16 三、复杂反应（非基元反应） aA + bB = dD + eE = kcAmcBn 例：2H2 + 2NO = 2H2O + N2 ，不同温度下对其 反应速率进行了测定，所得实验数据如下： c(H2) c2(NO) 17 从实验1、2、3看，NO浓度不变， c (H2) 从实验4、5、6看，H2浓度不变， c2(NO) = kc(H2)c2(NO) kc2(H2)c2(NO) 注意： （1）m、n通过实验测得。复杂反应的速率方 程必须根据实验结果获得，而不能直接从反应 方程式得到。 （2） ，利用实验数据可求k。 18 四、反应级数：反应速率方程式中各反应物浓 度项的方次之和。 如上例：2H2 + 2NO = 2H2O + N2 = kc(H2)c2(NO) 三级反应 即：反应物H2 的级数为1，NO的级数为2 CO(g)+NO2(g)= CO2(g)+ NO(g) = kc(CO)c (NO2) 二级反应 H2 + Cl2 = 2HCl = kc(H2)c1/2(Cl2) 1.5级反应 说明： （1）反应级数不能从化学方程式中直接看出， 必须由速率方程式决定。19 （2）反应级数不一定是正整数，也可为零、负 数或分数。 如速率方程式为 = k ，零级反应 （3）由实验求得的反应速率方程式与根据质量 作用定律直接写出的一致时，该反应不一定 是基元反应。 如： H2 (g) + I2 (g) = 2HI (g) = kc(H2)c(I2) 非基元反应，第一步快反应；第二步慢反应。 20 五、具有简单级数反应的特征 1、一级反应 c0为 t =0时反应物的起始浓度 一级反应的特征： （1）lnc对t 作图得一直线，斜率为-k。 （2）k的单位是时间-1。 （3）半衰期是指反应物浓度消耗一半所需的时间。 定温下，t 是常数， 与c0无关。 21 2、二级反应 二级反应的特征： （1）1/c对t 作图得一直线，斜率为k。 （2）k的单位是浓度-1 时间-1 ，即k的单位与浓度所 取单位有关。 （3）半衰期t 与c0成反比。 3、零级反应 零级反应的特征： （1）c对t 作图得一直线，斜率为-k。 （2）k的单位是浓度时间-1 。 （3）半衰期t 与c0成正比，与k成反比。 22 6.4 温度对反应速率的影响 一、Vant Hoff规则：温度每升高10，化学 反应速率一般增加24倍。（增加了活化分 子百分数，有效碰撞次数增加） 二、Arrhenius方程式： A：指前（频率）因子 23 三、 Arrhenius方程式的应用： （1）测得反应在不同温度下的速率常数k，用 lnk对1/T作图得一直线，则可由斜率求出活化 能Ea。 直线斜率Ea /R （2）活化能Ea由两个不同温度下的k求。 (1)（2） 24 例、273K和318K时，反应AB的k分别为1.0610-5s-1 和2.9210-3s-1，计算该反应的Ea及298K时的k。 解： 25 6.5 催化剂对反应速率的影响 一、催化剂：能改变反应速率而它本身的组成、质 量和化学性质在反应前后保持不变的物质。 催化作用：催化剂改变化学反应速率的作用。在催 化作用下进行的反应叫做催化反应。 说明： a. 加快反应速率的叫正催化剂；减慢反应速率 的叫负催化剂； b. 催化剂通过改变反应历程，从而改变反应的 活化能，来影响反应的速率。 26 例： A + B AB Ea 加催化剂K后： A + K AK E1 AK + B AB + K E2 由于E1、E2 Ea，所以反应速率比没有催化剂时快。 27 二、催化剂的特点： a. 通过改变反应的活化能而显著地改变反应速率； b.同等地改变正逆反应的速率；改变达到化学平衡所 需时间；不改变反应方向。 例： H2 + O2 能反应，可用Pt、Pd等作催化剂 He + O2 不反应， c. 有特殊的选择性：(只能催化某一类型的化学反应） 例： 28 催化活性：催化剂对化学反应的催化能力。 催化剂中毒：催化剂在活性稳定期间，因接触少量 杂质而使催化活性