化学动力学基础-1.10.25省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

TheBasicofChemicalKinetics第六章化学动力学基础1/143工业合成氨N2+3H2=2NH3铁催化剂这个反应条件是什么？催化剂能加速反应发生本质是什么？2/143怎样愈加好控制燃烧反应进程？怎样使反应愈加充分，产生更大推进力？3/143药品代谢动力学研究药品在体内吸收、分布、代谢、排泄研究体内药品浓度（血药浓度）动力学规律4/143预测药品制剂稳定性、筛选有效制剂处方提出适当贮存条件、制订合理用药方案5/143第二节化学反应速率理论第一节反应速率表示方法第三节温度对反应速率影响第四节催化剂对反应速率影响第六章化学动力学基础6/143本章要求2.能够利用化学反应速率理论解释反应速率快慢;4.能够描述外界原因（温度、催化剂）对反应速率影响。

3.能够归纳不一样反应速率表示式间计量关系;能够说出化学动力学与热力学联络及动力学主要研究内容;7/143化学反应动力学概述二、化学动力学研究内容一、动力学与热力学联络8/143一、动力学与热力学联络将化学反应应用于生产实践

反应可能性

反应现实性了解反应方向、程度及能量转化了解反应速率及分析反应详细过程化学动力学化学热力学9/143经典例子：氢气和氧气反应

2H2+O2=2H2O(l)常温常压下反应极慢！106亿年生成0.15%水！10/1432H2+O2=H2O

思索：怎样才能加紧反应速率呢？加入催化剂（铂），很快生成水；升高反应温度，反应可瞬间完成！11/143化学动力学与热力学关系：热力学上不能发生过程，在现实中一定不能发生；热力学上可行反应不一定必定发生，需进行动力学研究才有实际意义。12/143

研究反应速率和各种原因如浓度、温度、催化剂对反应速率影响。降低反应速率 橡胶老化 文物腐蚀...提升反应速率 化学合成...二、化学动力学主要研究内容13/143航行舰艇、露天大型军事武器等都存在被腐蚀问题，假如能大大减慢这些腐蚀反应速率就能够节约大量维修和保养费用。14/143

研究反应历程，适当选择反应路径，使化学反应按照我们希望方向进行。乙醇乙烯催化剂乙醚时间溶剂温度15/143李远哲1969年交叉分子束装置开启了研究微观化学反应动力学先河取得1986年诺贝尔化学奖16/143即使动力学研究有了很大发展，但离人们彻底了解化学反应规律，还有很大距离。能否准确预测化学反应生成份子？怎样在理论指导下优选催化剂？怎样在理论指导下准确控制化学反应？科学研究是无止境，还需要我们不懈努力和攀登！17/143为何不一样化学反应速率各不相同？为何同一化学反应，条件不一样速率不一样？化学反应速率(rateofachemicalreaction)：化学反应体系中各物质数量随时间改变率。H2O2→H2O+O2室温过氧化氢酶反应迟缓快速分解18/143第一节化学反应速率表示方法19/143一、以反应进度随时间改变率表示反应速率反应进度(extentofreaction)：表示反应进行程度，用

表示，单位mol。2N2O5＝4NO2＋O2t1(t1)

(t1)t2

(t2)(t2)20/143化学反应速率(rateofachemicalreaction)：单位体积内反应进度

随时间改变率。单位：mol·L-1·t-121/143

aA+bB=fF

+gG对于普通化学反应：22/143注意以反应进度随时间改变率定义反应速率是整个反应速率。该速率值只有一个，与反应体系中选择何种物质表示反应速率无关。23/143二、平均速率和瞬时速率1.平均速率单位：mol·L-1·t-1或某一有限时间间隔内浓度改变量。24/1432N2O5＝4NO2＋O2ts[N2O5]

mol·L-1△t

s△[N2O5]

mol·L-1平均速率v

mol·L-1·s-1010030070010002.11.951.701.311.080100200400300—0.150.250.390.23计算不一样时间间隔内N2O5浓度减小速率。25/143第100s内，△[N2O5]=0.15mol·L-1

以［N2O5］浓度改变表示平均速率：26/143依据化学反应方程式计量关系2N2O5＝4NO2＋O2思索：依据N2O5浓度减小速率能否求算NO2浓度增加速率？27/143aA+bB=gG+dD普通化学反应各物质平均速率与方程式计量系数之间关系为：28/143平均速率几何意义割线AB斜率ABΔtΔct1tt2c1c2c29/143反应速率时刻都在发生着改变，平均速率并不能反应某一时刻真实反应速率。tcNO2N2O5●●●●●●●●●●●30/143瞬时速率是Δt趋近于零时(某一时刻)反应速率，又叫真实反应速率。

2.瞬时速率31/1432N2O5=4NO2+O2

32/143tcdtdcdc/dt几何意义是c-t曲线上某点切线斜率。

33/143aA+bB=fF+gG34/143aA+bB=fF+gG35/143课堂练习题，则计量系数a、d、f之比为。对于反应aA+dD==fF， 、和分别表示反应物和生成物瞬时速率，已知和(A)2:3:4

(B)2:1:4

(C)1:2:3

(D)1:2:4

36/143第二节化学反应速率理论一、碰撞理论与活化能二、过渡状态理论37/143化学反应发生总是伴伴随电子转移或重新分配，这种转移或重新分配只有经过粒子接触才可能实现。(一)有效碰撞和弹性碰撞

一、碰撞理论与活化能

38/143化学反应发生必要条件是反应物分子（或原子、离子）间要发生碰撞。1.碰撞理论主要假定39/143只有少部分碰撞能造成化学反应,大多数反应物微粒在碰撞后发生反弹。不发生化学反应！O2N240/1431889年瑞典化学家阿累尼乌斯提出有效碰撞理论(collisiontheory)

41/143

能发生化学反应碰撞叫

不能发生反应碰撞则为2.有效碰撞理论关键点

有效碰撞。弹性碰撞。

单位时间内有效碰撞频率越高，反应速率越快。（effectivecollision）（elasticcollision）42/143能发生有效碰撞分子与普通分子不一样！43/143(二)活化分子和活化能1.活化分子(activatedmolecule)含有较高能量、发生有效碰撞分子。分子分数分子能量活化分子非活化分子活化分子数在反应物中所占百分比很小。2HI=H2+I244/143分子分数

分子能量EB活化分子活化分子数与化学反应速率有效碰撞频率增快45/143分子分数

分子能量活化分子最低能量反应物分子平均能量EAEB2.活化能Ea(activatedenergy)

Ea

=EB

–EA46/143反应物“能垒”生成物

活化分子有效碰撞反应活化能越低，反应速率越快！47/143CO+O2→CO2高温Pt反应迟缓快速氧化其奥秘在于金属催化剂Pt。思索：为何Pt能使CO氧化速率加紧？CO在室温下氧化速率很慢，汽车尾气净化装置可使CO很快被氧化为CO2汽车尾气净化装置利用金属催化剂48/143CO+O2CO2Ea1+Ea2=80kJ/molEaEa=185kJ/molEa1Ea2金属Pt能量反应过程室温CO+O2→CO249/143化学反应普通总需要有一个活化过程，即含有足够能量克服能磊过程。活化能是影响化学反应速率内在原因。活化能活化分子产物(三)活化能与化学反应速率关系50/143活化能<40kJ·mol-1反应速率很快。普通化学反应活化能在

40-400kJ·mol-1；活化能越小，化学反应速率越大；51/143

2SO2+O2=2SO3

251

2HI=H2+I2

183N2+3H2=2NH31752NO2=2NO+O21122H2O2=2H2O+O275.3HCl+NaOH=NaCl+H2O12.55～25.10化学反应活化能Ea/kJ·mol-1不一样化学反应活化能

52/143单位时间内活化分子碰撞总数化学反应速率经验式：

v=z·

q

活化分子在总分子中所占百分数每秒钟碰撞分子总数(四)化学反应发生条件53/143

取向问题

活化分子

只有活化分子碰撞到能发生反应部位上，才有可能发生化学反应。54/143HCl+NH3=

NH4Cl

碰撞取向55/14356/143NH4Cl

活化分子有效碰撞57/143发生化学反应两个条件碰撞分子应有足够高能量；碰撞方位要适当。58/143分子是没有内部结构刚性球模型过于简单碰撞理论准确程度有一定不足碰撞理论不足59/143碰撞理论先进性反应物生成物活化分子活化能该理论提出一些概念至今仍十分有用描绘了一幅即使粗糙但十分明确反应图像60/143有效碰撞：能发生反应碰撞活化分子：能量较高发生有效碰撞分子活化能：活化分子所含有最低能量与反应物分子平均能量之差有效碰撞条件：能量和取向碰撞理论理论要点61/143总结一个反应要发生普通要经历哪些过程？普通分子活化能活化分子合理取向碰撞有效碰撞新物质能量62/143二、过渡状态理论1935年美国化学家艾林化学反应不是只经过简单碰撞成为产物，而要形成活化中间体；反应物活化中间体产物活化中间体分解成为产物。63/143活化中间体NONO2CO+NO+CO2CO264/143NO2+CONO+CO2活化中间体

分解

过渡状态理论中能量情况Ea2Ea1活化能：活化中间体与反应物分子平均能量之差。ΔH放热65/143臭氧空洞CCl2F2

Cl

＋CClF2光照O3+Cl

ClO+O266/143CCl2F2O3

O3和CCl2F2混合置于密闭容器中，在避光条件下，反应混合物能够无限期放置。67/143混合物一旦受到来自太阳射线照射，反应很快完成并放出大量热。O2ClOO3+ClClO+O2CCl2F2O368/143CCl2F2

Cl·O3+Cl·O2O3+Cl·ClO+O2活化中间体CCl2F2Cl·

Ea能量反应过程(ClCClF2)69/143过渡状态理论要点

活化中间体形成条件与特点活化能与反应焓变关系70/143小结

1.有效碰撞和弹性碰撞概念2.活化分子和活化能概念4.过渡状态理论中活化配合物特点3.发生化学反应两个条件5.浓度、温度、催化剂对化学反应速率影响

71/143第三节浓度对化学反应速率影响72/143

我们通常所写化学方程式绝大多数并不代表反应真实历程，而仅表示反应总结果，它只是反应化学计量式。几个基本概念在气相中，H2分别与三种不一样卤素Cl2、Br2、I2

反应，计量式分别为：(1)H2+I2=2HI(2)H2+Cl2=2HCl(3)H2+Br2=2HBr73/143I2I+IH2+I+I2HIH2+I2=2HI74/143Cl22ClCl+H2HCl+HH+Cl2HCl+ClCl+ClCl2H2+Cl2=2HCl75/143Br2Br+BrBr+H2HBr+HH+Br2HBr+BrBr+BrBr2H2+Br2=2HBrH+HBrH2+Br76/143一、元反应和复合反应反应物微粒(分子、原子、离子或自由基)直接碰撞一步就能生成产物反应，称元反应。1、元反应(elementaryreaction)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)77/143由两个或两个以上元反应组成反应叫非元反应，又称复合反应。2、复合反应(overallreaction)H2+I2=2HIH2+Cl2=2HClH2+Br2=2HBr78/143Cl22ClCl+H2HCl+HH+Cl2HCl+ClCl+ClCl2H2+Cl2=2HCl元反应复合反应元反应元反应元反应包含组成复合反应元反应，代表反应所经过路径，在动力学中称为反应历程。79/143普通化学反应方程式只是一个计量方程式，只代表反应总结果，不能反应进行实际路径。判断一个反应属于什么类型，必须经过反应历程研究来确定，不能单凭主观臆测。注意！80/143在一定温度下，对于某一元反应，其反应速率与各反应物浓度幂乘积成正比。二、质量作用定律(lawofmassaction)此反应若为元反应aA+bB=fF+dD称作质量作用定律数学表示式，即元反应速率方程式，也叫做动力学方程。元反应速率与浓度之间定量关系式81/143C2H5Cl==C2H4+HCl2NO2==2NO+O2NO2+CO==NO+CO2υ=k

c(C2H5Cl)υ=k

c2(NO2)υ=k

c(NO2)·c(CO)写出以下基元反应速率方程：82/143上式为复合反应速率方程数学表示式，其中浓度项指数m和n，对于有些非元反应来说，经过试验测定，也能够将速率和浓度关系写成下述比率关系：aA+bB=fF+dD必须经过试验来确定，其数值与反应方程式中计量数无关。对于复合反应83/1432N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)机理：N2O5 NO3+NO2(慢)NO3 NO+O2(快)NO+NO3 2NO2(快)υ=k·c(N2O5)而不是υ

=k

c2(N2O5)84/143对于有些非基元反应，反应过程有时很复杂，难以得到以反应物浓度幂乘积表示速率方程。Br2Br+BrBr+H2HBr+HH+Br2HBr+BrBr+BrBr2H2+Br2=2HBrH+HBrH2+Br85/143反应速率常数不一样反应有不一样速率常数，在一定温度时，速率常数与反应物浓度无关，而与温度等原因相关。86/143

在元反应或复合反应动力学方程中各反应物浓度指数之和。1、反应级数(a+b)或(m+n)均称为反应总级数。三、反应级数与反应分子数87/143SO2Cl2==SO2+Cl2NO2+CO==NO+CO2反应级数为1反应级数为2以下反应为基元反应：υ=k

c(SO2Cl2)υ=k

c(NO2)·c(CO)88/143H2+I2===2HIH2+Cl2===2HCl而非基元反应往往不含有简单级数：89/143反应分子数就是参加基元反应分子数目。当前已知反应分子数可分为单分子反应、双分子反应和三分子反应。2、反应分子数反应分子数对象一定是元反应！90/143单分子反应：双分子反应：CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2OI2I+I三分子反应：H2+I

+I

===2HI91/143反应级数能够是零、正、负数；反应分子数恒为正整数，从来没有零分子反应。反应级数是对宏观化学反应而言；反应分子数是对微观上基元步骤而言。二者区分与联络92/143在基元反应中反应级数、反应分子数和方程式中各反应物计量系数之和相等。在复合反应中，没有相互必定联络，反应级数需要经过试验来确定。93/143四、简单级数反应速率方程速率方程式只告诉我们反应速率怎样随浓度而变，不过研究人员更希望明确浓度与时间关系。反应级数不一样，时间与浓度关系方程式就不一样。1一级反应2二级反应零级反应394/143

一级反应速率方程中，反应速率υ与反应物浓度一次方成正比：一级反应υ=kcA

AD反应物A在t时刻浓度95/143反应速率：一级反应微分式96/143一级反应:（微分式）对微分式进行积分浓度c时间t97/143设反应物初始浓度t=0时c0

，t时刻浓度为c，则：一级反应积分式推导98/143或写为：

（积分式）积分后得到：

（积分式）一级反应积分式99/143某一级反应，速率常数为k，反应物初始浓度为c0，求反应物消耗二分之一时间是多少？解：浓度消耗二分之一时练习100/143t0t1/2半衰期t1/2：反应物消耗二分之一所用时间

与反应物初始浓度无关。101/143一级反应基本特征:1.由变换后得到

c0、k是定值，lgc与时间t呈线性关系，斜率为lgc0是截距。

，102/143一级反应基本特征:2.反应速率常数k单位是

3.恒温下，一级反应半衰期为常数，与反应物初始浓度无关。[t]-1，如s-1、d-1。103/143

很多古生物年纪都是用放射性同位素14C进行测定，14C被称为“考古钟”。

自然界存在放射性14C，形成14CO2被植物吸收，能在全部生命物质间交换，所以地球上全部生物体内14C含量都会有一定平衡值。

当动植物死亡后，它体内14C不停地衰变降低，得不到补充。这么测定死亡生物体内14C含量，便能够测定出它死亡时间长短。104/143例题1：已知放射性元素衰变为一级反应，14C半衰期5730年,今在一古墓木质样品中测得14C含量只有原来68.5%.问该古墓距今多少年？t1/2(14C)=0.693/k=5730年k=1.21×10-4t=3127.3年解：因为该反应为一级反应，

105/143练习：某药品在人体中代谢为一级反应，若早晨8点测定血药浓度为4.80mg/L，8h后再测定血药浓度为2.22mg/L，求k,t1/2，若需保持血药浓度3.7mg/L以上，应在何时注射第二针？解：c0=4.80mg/L，t=8h后，c=2.22mg/L

t1/2=0.693/k=7.19(h)106/143c0=4.80mg/L，求经过多少小时血药浓度可达3.7mg/L？要在10:42前注射第二针。107/143A＋BC速率方程表示式为：二级反应当A和B初始浓度相等时：108/143二级反应积分式推导或半衰期为：109/143二级反应基本特征c0、k是定值，1/c与时间t呈线性关系，斜率为k。由变换后得到

反应速率常数k单位是[c]-1·[t]-1，与浓度相关。半衰期与反应物初始浓度成反比。110/143例题3：乙酸乙酯在25℃皂化反应为双分子反应：乙酸乙酯与氢氧化钠初始浓度都是0.0100mol/L，反应20min后，氢氧化钠浓度降低了0.00566mol/L。求（1）反应速率常数；（2）半衰期。CH3COOC2H5+NaOH

CH3COONa+C2H5OH解：初始浓度均为c0＝0.0100mol/L，t＝20min后，

NaOH浓度c=

0.0100-0.00566=0.00434mol/L111/143反应分子数只能是1，2，3等正整数，但反应级数能够是整数，0，甚至是分数。2Na+H2O2NaOH+H2试验得到这个反应反应速率υ＝k，反应速率与反应物浓度无关，此种反应叫做零级反应。H2+Cl22HCl1.5级反应零级反应

零级反应比如：

112/143c0－c=kt积分后得到半衰期113/143零级反应基本特征c与时间t呈线性关系，斜率为-k，c0是截距。1.由公式变换后得到c0－c=ktc=－kt+c03.半衰期，t1/2与c0成正比。2.，k单位是114/143简单级数反应动力学方程级数微分式积分式半衰期k单位1t-12[c]-1[t]-10[c]·[t]-1115/143温度对化学反应速率影响

第四节116/143对大多数反应来说,温度升高,活化分子数增加且分子运动加紧,有效碰撞次数增加，反应速率增大。117/143讨论浓度对反应速率影响时，是保持温度不变。现在讨论温度对速率影响时也不考虑浓度改变。T118/143温度对反应速率影响，表现在温度对速率常数k影响。速率常数是温度函数，同一反应，温度不一样，速率常数也不相同。119/143一、范特荷夫规则JacobusHenricusvan'tHoff（1852~1911）

1884年Van’tHoff总结出一个经验规则，即反应物浓度不变时，反应温度每升高10℃，反应速率增大到原来2~4倍。120/1431889年，阿累尼乌斯总结了大量试验事实，提出了著名阿累尼乌斯经验方程式：二、Arrhenius方程Ea活化能R气体常数A指前因子是一个与分子间碰撞频率相关物理量，也叫频率因子，可从试验测定出值。阿累尼乌斯（1859一1927）121/143变换上式得到：lgk与1/T呈线性关系。122/143温度T2反应速率常数为k2：

设温度T1反应速率常数为k1；123/143两式相减后得到：124/143例题：某种酶催化反应Ea=50kJ/mol，求从正常体温37℃发烧到40℃时，仅从反应速率理论上考虑，此酶催化反应速率应增大多少倍？解：实际上酶催化反应含有很严格生理生化条件，高温会使酶部分失活。已知条件:T1=37+273=310(K)，T2=40+273=313(K)Ea=50kJ/mol，得到：125/143练习：2N2O5(g)

2N2O4(g)+O2(g)已知：T1=298.15K,k1=0.469×10-4s-1T2=318.15K,k2=6.29×10-4s-1求：Ea及338.15K时k3。126/143催化剂对化学反应速率影响第五节127/143一些物质能使化学反应反应速率显著改变，但这些物质本身在化学反应前后数量和化学性质都不发生改变，这些物质就叫作催化剂。一、催化剂概念128/143二、催化剂特点1.物理性质在反应前后可能有改变；2.少许催化剂就能使反应速率改变很大；3.不能改改变学平衡，也不能使热力学中不可能反应发生；4.含有选择性。129/143催化剂存在并不能改变反应物和产物相对能量，即反应过程中体系始态和终态都不发生改变，只能使路径改变。催化剂只能加速热力学认为可能进行反应，即△G＜0反应。不能改改变学平衡，也不能使热力学中不可能反应发生。130/143催化剂特点1.物理性质在反应前后可能有改变；2.少许催化剂就能使反应速率改变很大；3.不能改改变学平衡，也不能使热力学中不可能反应发生；4.含