6.2-反应速率与浓度的关系

1、2021/6/7 1 研究各种因素，包括研究各种因素，包括浓度浓度、温度温度、催化剂催化剂、溶剂溶剂、 光照光照等对化学反应速率影响的规律等对化学反应速率影响的规律 宏观反应动力学宏观反应动力学 2021/6/7 2 1. 反应速率与浓度关系的经验方程反应速率与浓度关系的经验方程 ( c) 6.2 反应速率与浓度的关系反应速率与浓度的关系 对于反应：对于反应： aA+bByY+zZ 该式叫该式叫化学反应的速率方程化学反应的速率方程 或叫或叫化学反应的动力学方程化学反应的动力学方程. BAAA cck 2021/6/7 3 式中式中,分别叫对反应物分别叫对反应物A及及B的的反应反应 级数；级数；

2、 定义定义+= n 叫反应的叫反应的总级数总级数。 (1)反应级数反应级数 BAAA cck 一般一般a,b。 注意： aA+bByY+zZ 2021/6/7 4 k 叫对反应物叫对反应物A的的宏观反应速率系数宏观反应速率系数 (2)反应速率系数反应速率系数 n c cc k AA BA A 1 a. 当反应物当反应物A、B的物的物 质的量浓度质的量浓度c 、 、c 均为单位物质的量浓度时 均为单位物质的量浓度时 的反应速率；的反应速率； （i）说明：）说明： BAAA cck 2021/6/7 5 c. 它与反应物的物质的量浓度无关，当催化它与反应物的物质的量浓度无关，当催化 剂等其它条件确

3、定时，它只是温度的函数。剂等其它条件确定时，它只是温度的函数。 b. k 的单位， 的单位，k t- -1 c1- -n n c cc k AA BA A 1 a. 2021/6/7 6 BAYY cck BAZZ cck ZYBA 1111 zyba ZYBA 1111 k z k y k b k a k 所以所以 BAAA cck BABB cck 对反应对反应 aA+bByY+zZ (ii)用反应物或生成物等不同组分表示反应用反应物或生成物等不同组分表示反应 速率时，其速率系数的值一般是不一样的。速率时，其速率系数的值一般是不一样的。 BAc ck 2021/6/7 7 对反应对反应 a

4、A(g)yY(g), 其反应的速率其反应的速率 方程可表示为方程可表示为 n pp pk t p A)( ,A A ,A d d n cc ck t c A)( ,A A ,A d d 以气体分压表示的气相反应的速率方程以气体分压表示的气相反应的速率方程 2021/6/7 8 若气相可视为理想混合气体，若气相可视为理想混合气体， 则则 pA = cART，于是，于是 n cp cRTk t c RT t RTc t p A)( ,A AAA ,A d d d )(d d d 所以，所以， n c n p cRTkpk A)( ,AA)( ,A n cc ck t c A)( ,A A ,A d

5、 d n pp pk t p A)( ,A A ,A d d n cp RTkk 1 )( ,A)( ,A )( 故得故得 2021/6/7 9 对反应对反应 若实验确定其反应速率方程为若实验确定其反应速率方程为 B0 B B BAA A A d d cck t c 叫叫反应速率的微分方程反应速率的微分方程。 2.反应速率方程的积分形式反应速率方程的积分形式 2021/6/7 10 若实验确定某反应物若实验确定某反应物A的消耗速率与反应的消耗速率与反应 物物A的物质的量浓度一次方成正比，则为的物质的量浓度一次方成正比，则为一级一级 反应反应， AA A d d ck t c 其微分速率方程为其

6、微分速率方程为 一级反应一级反应 一般用一般用 aA yY+zZ 表示。表示。 BAA A A d d cck t c 2021/6/7 11 一级反应的积分速率方程一级反应的积分速率方程 tc c tk c c 0 A A A d dA 0,A tk c c d d A A A 分离变量，得分离变量，得 aA yY+zZ AA A A d d ck t c 因因k 为常数，积分后得 为常数，积分后得 A 0 ,A A ln 1 c c k t 2021/6/7 12 一级反应的积分速率方程一级反应的积分速率方程 得得 AA 1 1 ln 1 xk t )1 ( A0AA 0A A0A A x

7、cc, c cc x , , , 又因为 A 0 ,A A ln 1 c c k t 2021/6/7 13 一级反应的特征一级反应的特征 AA A d d ck t c 由式由式 可知，一级反应的可知，一级反应的kA 的单位为的单位为t-1 2021/6/7 14 当由当由 或或 x A= 0.5时，所需时，所需 时间用时间用t1/2表示，叫表示，叫反应的半衰期反应的半衰期。 0 ,AA0 ,A 2 1 ccc 半衰期半衰期 可知，一级反应的可知，一级反应的t1/2与反应物与反应物A的初始的物质的的初始的物质的 量浓度无关。量浓度无关。 AA 1 1 ln 1 xk t A 0 ,A A l

8、n 1 c c k t 由式由式 1/2 A 0.693 t k 得得 2021/6/7 15 由式由式 A 0 ,A A ln 1 c c k t 0,AAA lnlnctkc lncA t 一级反应的一级反应的lncAt关系关系 10min 30%50% 某一级反应进行后，反应物 反应掉。问反应掉要多久？ 254 5-3-1 A,0 6-3-1 A A1 2A,0 40 CN OCCl h1.00 10 mol dms 3.26 10 mol dms (1)k (2)t(3) v v c 。 时在溶液中的分解为一级反应。测得反应初速 率及1 时的瞬时反应速率分别为与 。 试求反应速率常数；

9、 半衰期； 反应物初始浓度。 2021/6/7 16 二级反应二级反应 BAA A A d d cck t c 2 11, 02, 20, 5150.,. 5051.,. 2021/6/7 17 二级反应的积分速率方程二级反应的积分速率方程 2 A AA A d d c k c t 分离变量，得分离变量，得tk c c d d A 2 A A tc c tk c c 0 A 2 A A d dA 0,A (i) 反应物只有一种的情况反应物只有一种的情况 aA yY +zZ BAA A A d d cck t c 2021/6/7 18 上式为只有一种反应物时的上式为只有一种反应物时的 二级反应

10、的积分速率方程二级反应的积分速率方程 )1 ( A0 ,AA A xck x t 得：得： )1 ( A0AA 0A A0A A xcc, c cc x , , , 又因为 积分后，得积分后，得 ) 11 ( 1 0 ,AAA cck t tc c tk c c 0 A 2 A A d dA 0,A 2021/6/7 19 (ii)反应物有两种（反应物有两种（ =1， =1）的情况的情况 aA+bByY+zZ A AA A B d d c k c c t BAA A A d d cck t c 2021/6/7 20 0 ,BB0 ,AA :0cccct )( ) : ,A0 ,BB,A0 ,

11、AAxx c a b ccccctt（ aA + bB yY + zZ cA,x为时间为时间t 时，反应物时，反应物A反应掉的物质的量浓度反应掉的物质的量浓度 )( d d A0BA,0AA A x ,x, c a b ccck t c 则 A AA A B d d c k c c t 2021/6/7 21 积分，得积分，得 0 ,A,A0 ,B 0 ,B,A0 ,A 0 .B0 ,AA )( )( ln )( 1 cc a b c ccc cc a b k t x x )( )1 ( ln )( 1 A0 ,A0 ,B A0 ,B 0 ,B0 ,AA xc a b c xc cc a b

12、k t )( d d A0BA,0AA A x ,x, c a b ccck t c A0AA, xcc ,x 因为 2021/6/7 22 a. 当当 = =1,且且 a =1, b =1, 即即， )( )( )( ln )( 1 0 ,B0 ,A ,A0 ,B0 ,A 0 ,B,A0 ,A 0 ,B0 ,AA cc ccc ccc cck t x x 或或 )( )( )1 ( ln )( 1 0 ,B0 ,A A0 ,A0 ,B A0 ,B 0 ,B0 ,AA cc xcc xc cck t 0,A,A0,B 0,B,A0,A 0 .B0,AA )( )( ln )( 1 cc a b

13、 c ccc cc a b k t x x )( )1 ( ln )( 1 A0,A0,B A0,B 0,B0,AA xc a b c xc cc a b k t 讨论： cA,0cB,0 2021/6/7 23 BAA A d d cck t c 2 AAc k ) 11 ( 1 0 ,AA A cck t 积分速率方程积分速率方程 b a c c B A b.当当 = =1, 且且 , 0 ,B 0 ,A b a c c 反应反应aA+bB yY+zZ， 0,A,A0,B 0,B,A0,A 0 .B0,AA )( )( ln )( 1 cc a b c ccc cc a b k t x x

14、 )( )1 ( ln )( 1 A0,A0,B A0,B 0,B0,AA xc a b c xc cc a b k t 2 AA c a b k )1 ( A0 ,A A A xck x t 或或 2021/6/7 24 二级反应的特征二级反应的特征 ) 11 ( 1 0 ,AAA cck t )1 ( A0 ,AA A xck x t 或或 v反应物只有一种的二级反应反应物只有一种的二级反应; ; v反应物有两种反应物有两种, , =1, =1, =1,=1,且且 b a c c 0,B 0,A 2021/6/7 25 二级反应的速率系数二级反应的速率系数k 的单位为 的单位为 c - -

15、1 t - -1 。 半衰期：半衰期： 0,AA 2 1 cc 50. 0 A x当当 或或 ， 1/2 A,0A 1 t ck ) 11 ( 1 0 ,AAA cck t )1 ( A0 ,AA A xck x t 或或 2021/6/7 26 cA-1 t 二级反应的二级反应的1/cAt关系关系 由式由式) 11 ( 1 0 ,AAA cck t 0 ,A A A 11 c tk c 2021/6/7 27 分离变量积分，得分离变量积分，得 t 0 A A A d dA 0,A tk c c c c n 积分结果为积分结果为 ) 1( 11 ) 1( 1 1 0,A 1 AA n ccnk

16、 t nn 反应物只有一种的反应物只有一种的n 级反应的积分速率方程级反应的积分速率方程 aA yY+zZ n ck t c AA A A d d n 级反应的积分速率方程级反应的积分速率方程 2021/6/7 28 将将cA= cA,0(1- - xA)代入，得代入，得 ) 1( )1 ( 11 ) 1( 1 1 A 1 0,A 1 A A n xc x nk t nn n 积分结果为积分结果为 ) 1( 11 ) 1( 1 1 0,A 1 AA n ccnk t nn 2021/6/7 29 (i)若若n=0，即为零级反应，则上式变为，即为零级反应，则上式变为 )( 1 A0,A A cc

17、 k t A0,A A 1 xc k t 或或 (ii)n=1, 一级反应，速率方程为一级反应，速率方程为 A 0,A A ln 1 c c k t AA 1 1 ln 1 xk t 或或 (iii) n=2, 二级反应，二级反应，则上式变为则上式变为 ) 11 ( 1 0,AAA cck t )1 ( A0,AA A xck x t 或或 )1( 11 )1( 1 1 0,A 1 AA n ccnk t nn )1( )1 ( 11 )1( 1 1 A 1 0,A 1 A A n xc x nk t nn n 2021/6/7 30 只有一种反应物的只有一种反应物的n级反应的半衰期级反应的半衰期 或或 将将 或或xA=0.5 代入式代入式 0,AA 2 1 cc ) 1( 11 ) 1( 1 1 0,A 1 AA n ccnk t nn ) 1( )1 ( 11 ) 1(