大学化学第二章化学反应速度

1、 各种化学反应的速度极不相同，有些反应进行各种化学反应的速度极不相同，有些反应进行得很快，如酸碱中和反应、爆炸反应；有些反得很快，如酸碱中和反应、爆炸反应；有些反应进行得很慢，如常温下氢、氧混合几十年都应进行得很慢，如常温下氢、氧混合几十年都不会生成一滴水。不会生成一滴水。 故对化学反应速度的研究极其重要。一个很理故对化学反应速度的研究极其重要。一个很理想的化学反应，往往由于反应太慢而不能加以想的化学反应，往往由于反应太慢而不能加以应用，这时我们就要集中力量解决提高反应速应用，这时我们就要集中力量解决提高反应速度的问题；而对于那些危险甚大的化学变化，度的问题；而对于那些危险甚大的化学变化，如橡

2、胶的老化（变脆、变硬）、金属的腐蚀等，如橡胶的老化（变脆、变硬）、金属的腐蚀等，总希望越慢越好。所以我们需要有效地控制反总希望越慢越好。所以我们需要有效地控制反应的快慢。应的快慢。 第二章第二章 化学反应速度化学反应速度第一节第一节 化学反应速度的表示方法化学反应速度的表示方法一、反应速度的概念一、反应速度的概念 通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示化学反应速度，简称表示化学反应速度，简称反应速度反应速度。 恒容反应：恒容反应：aA + bB gG + dD 随着反应的进行，随着反应的进行，反应物浓度反应物浓度 ，生成物浓度，生成物浓度

3、，而，而反应速度恒为正值反应速度恒为正值， 故故 ， 即各物质的平均反应即各物质的平均反应速度均不相同，故描述一个整体反应的平均反应速度。速度均不相同，故描述一个整体反应的平均反应速度。 tcVAAtcVGGtdctacVDA. 对于大多数化学反应而言，反应开对于大多数化学反应而言，反应开始后，各物质的浓度每时每刻都在变化始后，各物质的浓度每时每刻都在变化着，即真实的化学反应速度指在某一瞬着，即真实的化学反应速度指在某一瞬间的反应速度，即瞬时反应速度，间的反应速度，即瞬时反应速度， dtdcdtdcVd.aDA 如图，反应从如图，反应从A状态状态(t1,c1)进行到进行到B(t2,c2)状态，

4、平状态，平均反应速度为均反应速度为(c1-c2)/ (t2-t1) =-c/t，F状态状态(tF,cF)的瞬的瞬时反应速度为时反应速度为VF=-dc/dt，ABFt2c1-c2t2-t1c1c2t1tF注意：注意：1、同一反应，用不同物质表示的反应速度不一定同一反应，用不同物质表示的反应速度不一定相同相同。例如：。例如：N2+3H2=2NH3 如果如果1秒钟内氮气浓度减少秒钟内氮气浓度减少1mol/L,则氢气浓度则氢气浓度减少减少3mol/L,氨气浓度增加氨气浓度增加2mol/L。则。则2、如果用各物质表示的反应速度除以相应的化学、如果用各物质表示的反应速度除以相应的化学计量数的绝对值，则用不

5、同的物质表示的反应速计量数的绝对值，则用不同的物质表示的反应速度值相等。度值相等。11N12SLmolV11H32SLmolV11NH23SLmolV一、反应机理一、反应机理 反应物变为生成物过程中所经历的途径。反应物变为生成物过程中所经历的途径。好多反应并不是一步完成的，而整个反应好多反应并不是一步完成的，而整个反应速度取决于最慢的一步反应，速度取决于最慢的一步反应，定速步骤定速步骤。 基元反应基元反应一步完成的反应。也称为简一步完成的反应。也称为简单反应。单反应。 复杂反应复杂反应多步完成的反应，也成为非多步完成的反应，也成为非基元反应。基元反应。第二节第二节 化学反应速度理论化学反应速度

6、理论 二、碰撞理论二、碰撞理论 A、反应物分子彼此碰撞；、反应物分子彼此碰撞； B、只有那些能量足够高的分子、只有那些能量足够高的分子(活化分子活化分子)之间的之间的碰撞才能发生化学反应；发生有效碰撞的反应物分碰撞才能发生化学反应；发生有效碰撞的反应物分子子活化分子。活化分子百分数活化分子。活化分子百分数 ，有效碰撞有效碰撞 ， V ； C、只有那些取向适当的碰撞才能发生化学反应；、只有那些取向适当的碰撞才能发生化学反应； D、活化能活化能为活化分子平均能量与反应物分子的平为活化分子平均能量与反应物分子的平均能量之差。均能量之差。 Ea+ Ea- rHm 反应物反应物 生成物生成物E 活化络合

7、物活化络合物说说 明明1、一般地说，活化能的大小，只与化学反应的本、一般地说，活化能的大小，只与化学反应的本性有关，与温度无关。性有关，与温度无关。2、反应活化能越大，反应速度越慢；反应活化能、反应活化能越大，反应速度越慢；反应活化能越小，反应速度越快。越小，反应速度越快。3、活化能小于、活化能小于40kJ/mol的化学反应速度很大，可的化学反应速度很大，可以瞬间完成；活化能大于以瞬间完成；活化能大于250kJ/mol时，反应极时，反应极慢，有些甚至可以认为实际上并未发生。慢，有些甚至可以认为实际上并未发生。第三节第三节 影响反应速度的因素影响反应速度的因素一、质量作用定律一、质量作用定律浓度

8、对化学反应速度的影响浓度对化学反应速度的影响规律。在一定温度下，基元反应的反应速度与各规律。在一定温度下，基元反应的反应速度与各反应物的浓度反应物的浓度(以计量数的绝对值为指数以计量数的绝对值为指数)的乘积成的乘积成正比。正比。 对于基元反应：对于基元反应： aA + bB gG + dD 在恒温下有：在恒温下有： V = kcAacBb 质量作用定律（速度方程）质量作用定律（速度方程） k速度常数，单位取决于反应级数，其物理意义：速度常数，单位取决于反应级数，其物理意义：反应物浓度为反应物浓度为1mol/L时的反应速度。对于某一给时的反应速度。对于某一给定反应在同一温度、催化剂等条件下，定反

9、应在同一温度、催化剂等条件下，k是常数。是常数。 k= V / (cAacBb) 反应的级数为反应的级数为a + b级，即速度方程中浓度项的级，即速度方程中浓度项的指数和。指数和。通过实验测定通过实验测定。注意：注意：质量作用定律仅适用于质量作用定律仅适用于基元反应基元反应。质量作用定律适用于气体和溶液反应。质量作用定律适用于气体和溶液反应。固体、纯液体和稀溶液中的水对反应速度固体、纯液体和稀溶液中的水对反应速度的影响被看作常数，不列入表达式中。的影响被看作常数，不列入表达式中。当反应物为气体时，质量作用定律也可以当反应物为气体时，质量作用定律也可以用分压表示：用分压表示：V=kppaApbB

10、 对于非基元反应，质量作用定律虽适用于其对于非基元反应，质量作用定律虽适用于其中的每一过程，但往往不适用于总反应。不能根中的每一过程，但往往不适用于总反应。不能根据反应式直接写出速度方程。可以根据实验确定。据反应式直接写出速度方程。可以根据实验确定。 故故反应速度表达式应写成：反应速度表达式应写成：V = kcAxcBy 注意注意: 一般有一般有x a、y b，x + y a + b( 3)，x + y可以可以为零级或分数级。为零级或分数级。 反应级数是速度方程中浓度项的指数和，与化学反应级数是速度方程中浓度项的指数和，与化学计量数没有确定的联系。只有在基元反应中，反计量数没有确定的联系。只有

11、在基元反应中，反应级数才与反应物化学计量数和的绝对值相等。应级数才与反应物化学计量数和的绝对值相等。 反应分子数反应分子数基元反应中一次有效碰撞所需要基元反应中一次有效碰撞所需要的反应微粒数。反应分子数一定是正整数。的反应微粒数。反应分子数一定是正整数。 例：在例：在1073 K时，对于下列反应：时，对于下列反应：2NO + 2H2 N2 + 2H2O 进行反应速度的实验测定，有关数据如下：进行反应速度的实验测定，有关数据如下： 1、写出这个反应的速度方程式；、写出这个反应的速度方程式； 2、计算该反应在、计算该反应在1073 K时的时的k； 3、当、当c(NO) = 4.010-3 mold

12、m-3、c(H2) = 5.010-3 moldm-3时，求时，求V1073 K。 No.C0(NO)10+3 moldm-3C0(H2)10+3moldm-3010+3moldm-3s-11 6.0 1.0 3.192 6.0 2.0 6.363 6.0 3.0 9.564 1.0 6.0 0.485 2.0 6.0 1.926 3.0 6.0 4.32 解：解：1、依题意有：、依题意有：2NO + 2H2 N2 + 2H2O V = kcx(NO)cy(H2) 由由13号看出：号看出：c0(NO)一定，一定， c(H2)，故，故y = 1； 46号看出：号看出：c0(H2)一定，一定， c

13、2(NO)，故，故x = 2。 速率方程式为：速率方程式为： V=kc2(NO)c(H2) 三级反应（非基元反三级反应（非基元反应）；应）； 2、对应一个已知浓度均有一个反应速率，故、对应一个已知浓度均有一个反应速率，故k也有少许也有少许变化。变化。 k1 = 3.1910-3/(6.010-3)21.010-3 = 8.86104 (L6mol-2s-1) k = 1/6 ki=8.4104 (dm6mol-2s-1) 3、 V1073K=kc2(NO)c(H2)=8.4104(4.010-3)25.010-3 =6.410-3 (molL-3s-1) 二、温度的影响和阿累尼乌斯公式二、温度

14、的影响和阿累尼乌斯公式k = Z 式中：式中：Z指前因子指前因子(0)，R=8.314JK-1mol-1。 T ，k正正、k逆逆、V正正、V逆逆均均 。 一般有：一般有：V T+10 /V T = kT+10 / kT = = 24 温度系数温度系数 。温度每升高温度每升高10 K，反应速率增大到，反应速率增大到原来的原来的 24倍。倍。RTaEe 由由 k = Z lnk = + lnZ 如反应中如反应中T1、T2时的反应速度常数分时的反应速度常数分别为别为k1、k2，带入上式得：，带入上式得： lnk1 = + lnZ lnk2 = + lnZ 二式相减得到：二式相减得到：ln = ( )

15、RTaE1RTaE2RTaE12kkREa1212TTTT RTaEe三、催化剂的影响三、催化剂的影响 只改变化学反应速度，而本身的化学性只改变化学反应速度，而本身的化学性质和质量在反应前后保持不变的物质。质和质量在反应前后保持不变的物质。 正催化剂正催化剂能使反应速度加快的催化能使反应速度加快的催化剂叫正催化剂，反之叫负催化剂。剂叫正催化剂，反之叫负催化剂。催化反应的特点：催化反应的特点： A、正催化剂只能对热力学上可能发生的反应起加速、正催化剂只能对热力学上可能发生的反应起加速作用；改变了化学反应的途径，降低了反应活化能。作用；改变了化学反应的途径，降低了反应活化能。 B、催化剂只能改变反应的途径，不能改变反应的始、催化剂只能改变反应的途径，不能改变反应的始、终态，反应