第二章 1化学反应速率

第三章化学反应速率和化学平衡第一节化学反应速率内容提要:1、化学反应速率的定义、表示方法与计算；

2、有效碰撞理论与过渡状态理论简介；

3、影响反应速率的因素（浓度与温度）。反应速率的直观表现同样与水反应的时候钠钾锂表现出不同的反应程度和反应速率2.1.1

定义、表示方法和计算定义：一定条件下，反应物发生反应转化为生成物的快慢，称为化学反应速率。

r(X)=|c2(X)-c1(X)|

|t2-t1|

=|Δc(X)/Δt

|

式中；X为产物时，取+号；X为反应物时，取－号。表示方法：以单位时间内反应物浓度的减少或产物浓度的增加表示。（浓度的单位是mol/L）单位：mol/(L·S)等一、平均速率与瞬时速率

1、Δ

t为一较大时间区段，得平均速率；（反应较慢的情况下）2、

Δ

t为一较小时间区段，得瞬时速率。（反应较快的情况下）

N2+3H2→2NH3

3秒后mol·L-10.72.10.6起始/mol·L-11.03.00

=0.1mol·L-1·

s-1(0.7-1.0)mol·L-1

3.0s

r(N2)=–-

r(0.6-0)mol·L-1

3.0s2

=0.2mol·L-1·

s-1(NH3)=-

r(2.1-3.0)mol·L-1

3.0s3

=0.3mol·L-1·

s-1(H2)=-3、同一反应各物计量系数不同，则同一时间区所求速率不同，对反应：aA+Bb=dD+eE有：1ar(A)=1br(B)=1dr(D)=1er(E)反应速率：①某一时刻的反应速率、瞬时速率；②平均速率③用反应中的任何物质表示反应速率，数值上都是一样的；④瞬时速率的测定可以由作图法得到。

二、化学反应历程

1、反应历程：一个反应由反应物到产物经历的一系列步骤(实际途径)。

2、基元反应：一步作用直接完成的反应。如；2NOCl→2NO+Cl2

3、非基元反应：由两个或两个以上基元反应构成的总反应。反应：NO2(g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g)(T＜498K)Ⅰ.2NO2(g)→NO3(g)+NO(g)–慢

Ⅱ.NO3(g)+CO(g)→NO2(g)+CO2(g)--快一个基元反应构成的总反应称为简单反应，而非基元反应宏观上则称为复合反应（复杂反应）。4、速控步（控速步骤）：复合反应的一系列基元反应中速度最慢的一步，该步反应决定总反应的速率。

三化学反应速率理论

NaOH+HCl→NaCl+H2OCO2+NO→CO+NO2快中等条件相同，反应不同，速率不同?食物的变质文物的腐蚀H2O2(l)H2O(l)+O2(g)加MnO2--快同一反应,条件不同,速率不同?理论之一：碰撞理论理论要点：1.首要条件：分子间相互碰撞碰撞前提----假设成刚性小球2.能量高的分子碰撞才能发生反应----有效碰撞引入活化分子的概念一、几个概念有效碰撞EminE平均EaEaEa活化能(Ea)Ea=Emin－E平均

活化分子百分数活化分子反应速率与碰撞频率Z，分子有效碰撞分数f，以及方位因子p有关理论要点：有效碰撞：可以发生反应的分子间碰撞称为有效碰撞；活化分子：可以发生反应的分子称为活化分子；活化能：具有最低能量的活化分子与具有气体分子平均能量的分子间的能量差称为活化能EA。E平代替气体分子平均能量

E1代表活化分子具有的最低能量Ea=E1–E平

1、碰撞是前提；

2、只有活化分子按一定取向的碰撞才是有效碰撞；

3、凡能增加活化分子总数的因素均能加快反应速率，反之则减慢反应速率。二、内容三、理论评价

1、模型简单（分子--刚性球体，碰撞时无形变）；

2、处理多分子反应特别是有机化学反应速率误差大；

3、活化能概念较模糊，比较难以计算能量的大小。一、要点：反应物到产物，非简单碰撞即完成。而是：反应物获能量生成一能量较高的过渡态），过渡态释放一定能量后可转化成产物。理论之二：过渡态理论B—CA….B….C过渡态A+B—C

C+A—BA反应物分子AB

C产物分子吸能放能ONOOO过渡态Ea逆能量反应进程反应物产物过渡态ΔHEa正吸热反应放热反应二、反应速率与活化能的关系Ea<40kJ/mol—极快Ea=60-250kJ/mol—中等Ea>400kJ/mol—极慢

2.1.3影响化学反应速率的因素

内因：分子内部结构与反应本性（活化能）NaOH+HCl→NaCl+H2OEa<40kJ/molCO2+NO→CO+NO2Ea=134kJ/mol快中等外因：浓度、温度、催化剂2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2+8H2O浓度:酸度，起始硫酸浓度0.5-1.0mol/L温度:85℃左右.催化剂:Mn2+

为什么改变反应物浓度能改变化学反应速率?

为什么改变反应物浓度能改变化学反应速率?一、浓度对化学反应速率的影响

反应物浓度对化学反应速率怎么样的影响?（1）内容：一定温度下，对简单反应或复合反应中的任一基元反应，化学反应速率与反应物浓度的方次的乘积成正比。

aA+bB→dD+eE

r=kca(A)cb(B)—化学反应速率方程。定量规律---质量作用定律

浓度对化学反应速率的影响

r=kca(A)cb(B)k：速率常数与浓度无关与温度、溶剂性质、催化剂有关。反应级数(a+b—反应总级数)速率常数单位与时间单位及反应级数有关.k有单位:单位决定于{r}/{c}x+y1级r=kcs-1

2级r=kc2mol-1·L·s-1

3级r=kc3mol-2·

L2·

s-1

（2）写速率方程的几点说明1、质量作用定律只适用于基元反应。2、速率常数k是温度的函数，随着温度和催化剂的改变而改变，但与反应物浓度的改变无关，即一定温度和催化剂下,k值不变

2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)r=kp2(NO)p(O2)

C(s)+O2(g)→CO2(g)r=kc(O2)3、水溶液中的反应,水参与反应时不写，固体反应物浓度看成不变，作为常数合并到速率常数中。（3）速率方程的确定

Ⅰ.简单反应或基元反应，直接写出。

r=kca(A)cb(B)Ⅱ.复杂反应，速率方程不可由质量作用定律直接写出，须由实验确定。各浓度之方次不一定与方程式中的计量系数相等。（4）速率方程的应用求速率常数、一定浓度下的反应速率、已知速率与速率常数求某时刻的浓度。二、温度对化学反应速度的影响

为什么改变温度能改变反应速率？改变碰撞频率改变能量分布(1)阿仑尼乌斯公式

速率常数指前因子,对给定反应A为常数自然对数的底摩尔气体常数热力学温度活化能定量规律式二表明；一定温度范围内,lnk与1/T呈线性关系。测不同温度下的速率常数，作lnk-1/T图，可求指前因子A及反应的活化能Ea。式三：kkkkkk应用式三：Ⅰ.测定两温度下的k1与k2值，求活化能Ea。Ⅱ.已知Ea，测温度T1下之k1，可求温度T2下之k2。

由T1、T2时的k1

、k2求Ea

例：实验测得下列反应

2NOCl（g）=2NO（g）+Cl2（g）在300K时，k=2.8×10-5L·mol-1·s-1，400K时，k=7.0×10-1L·mol-1·s-1。求反应的活化能。解：已知T2=400K，T1=300K

k2=7.0×10-1L·mol-1·s-1

k1=2.8×10-5L·mol-1·s-1由∴∴Ea=101kJ/mol由某一温度的k1求另一温度时的

k2。

例5：某反应的活化能Ea=1.14×105J·mol-1在600K时k=0.75L·mol-1·s-1计算700K时的k。解：已知：T2=700K，T1=600K，k1=0.75Ea＝1.14×105J·mol-1k2=20L·mol-1·s-1三、催化剂对反应速率的影响

催化剂是什么？催化剂是如何改变反应速率的？参与反应，改变反应历程改变反应活化能改变活化分子百分数3、生物催化剂--酶作用特点：细胞内进行的生物化学反应都需要有酶的催化，特点：效率高（比化学催化效率高106-1012倍）、条件温和（常温常压近中性条件）、高度专一。总结：1、反应速率定义、表示方法、c–t

曲线。2、化学反应速率理论。3、影响速率的因素(浓度、温度)--定量关系。四、绿色化学话题绿色化学（Greenchemistry，环境友好化学）从源头杜绝有害物质的产生，从根本上消除化学生产过程对环境的污染。1、无毒无害原料，包括催化剂；2、无毒无公