12化学反应速率省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

第四节化学动力学基础

Chemicalkineticsfoundation一、反应速率定义二、化学反应速率理论介绍碰撞理论过渡态理论(Ea)三、影响化学反应速率原因浓度---反应速率方程式温度---阿伦尼乌斯公式催化剂第1页引言化学反应快反应慢反应

爆炸反应中和反应被人类充分应用钢铁生锈食物腐败人体衰老不易被觉察造成损失巨大希望控制速度减缓进程石油分解废塑料分解希望控制速度加紧反应进程第2页化学反应

宏观：热力学、动力学

热力学：过程能量交换(

H)、过程方向(

G)、过程程度(K)---可能性。动力学：反应速率（快慢）反应机理（怎样进行）---现实性。引言第3页例:

N2(g)+3H2(g)⇋2NH3(g)△Hø

=-92.22kJ.mol-1

(放热);△Gø

=-33.0kJ.mol-1;△Gø=-RTlnKø;Kø

=6.1

105但实际上,R.T.,常压,观察不到反应。汽车气囊2NaN3(s)＝2Na(s)＋3N2(g)在0.03秒钟时间内即将气囊充气,使气囊急剧膨胀;2Na(s)+O(s)=Na2O(s)总反应：2NaN3(s)+O(s)=Na2O(s)＋3N2(g)第4页§4-1化学反应速率定义及其表示方法1-1化学反应速率概念

单位时间内反应物或产物浓度改变量绝对值。化学反应速率单位可为mol·L-1·s-1、mol·L-1·min-1、mol·L-1·h-1第5页为了防止混乱,IUPAC提议,对于反应：定义瞬时速率为：

平均速率为：

式中,vi为计量系数,且对反应物取负值,对产物取正值。以确保v和为正值。

v=

第6页③活化分子较普通分子能量高,活化分子所含有平均能量(E*)与整个反应物分子平均能量(E)之差,称为活化能(Ea)。

Ea=E*-E1、碰撞理论基本关键点：①反应是经过反应物分子彼此碰撞而发生,其中能发生反应碰撞称为有效碰撞。§4-2反应速率理论介绍

2-1碰撞理论

发生碰撞分子应有足够高能量

碰撞几何方位要适当②发生有效碰撞分子称为活化分子。活化分子百分数越大,有效碰撞数越多,反应速率也越大。第7页NO2与O3反应示意图第8页2-2过渡状态理论活化能物理含义在于：由反应物到产物所要逾越“能量障碍”普通化学反应活化能在60kJ·mol-1~240kJ·mol-1。活化能小于40kJ·mol-1反应化学反应速度很大。活化能大于400kJ·mol-1反应化学反应速度很慢。化学反应并非是经过简单碰撞就生成产物,而是要经过一个中间态才能反应,存在一个势能垒A+BAB过渡态AB正反应

Ea=Ea-Ea’反应热△H正逆反应Ea’势能EE1E2反应历程A+B=AB第9页反应过程能量改变形象图：第10页吸热反应放热反应化学反应过程中能量改变第11页如：以下合成氨反应活化能为N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)Ea=330kJ/mol该反应

G

=-33.28kJ/mol;

H

=-92.38kJ/mol不过它活化能高达330kJ/mol,致使氮和氢活化分子百分数很小,有效碰撞也极少,反应速率极小。由此可见,要实现一些能自发进行反应,活化能是个值得考虑主要动力学原因。这表明298.15K标准状态时合成氨在热力学上能够自发进行(

G

<0)且若进行,可放出热量92.28kJ/mol。第12页§4-3影响化学反应速率原因●内因：反应物本性,是主要原因—不能人为控制。●外因：浓度、压力、温度、催化剂、接触面等,是次要原因—但可人为控制。白磷在纯氧气中燃烧白磷在含20%氧气中燃烧第13页3-1浓度对化学反应速率影响反应物分子一步直接转化为产物分子反应称为元反应。由两个或两个以上元反应组成化学反应叫做非元反应。元反应极少,绝大多数反应是非元反应。元反应和非元反应比如氢气与碘蒸气生成碘化氢反应:H2(g)+I2(g)⇋2HI(g)

第一步I2(g)⇋2I(g)(快反应);第二步H2(g)+2I(g)⇋2HI(g)(慢)最慢一步反应就叫做决速步骤。反应分子数:元反应中,反应物系数之和(即同时直接参加反应粒子数目)称为反应分子数.据反应分子数不一样可将元反应分为单分子反应、双分子反应。三分子反应极少。第14页在温度一定条件下,反应速率取决于反应物浓度,反应物浓度越大,活化分子浓度也越大,有效碰撞就越多3-1浓度对化学反应速率影响对于普通化学反应α,β---反应级数;若α

=1,A为一级反应;β=2,B为二级反应,则α+β=3,总反应级数为3。α,β必须经过试验确定其值。通常α≠a,β≠b。k为速率常数。CH3CHO=CH4+CO v=k[CH3CHO]3/2反应速率方程

---反应反应物浓度对反应速率影响第15页关于速率常数k讨论：k大小取决于反应本性,不一样反应其值不一样。k与反应物浓度无关,对特定反应,温度一定,k值一定。k是单位浓度反应速率,k有单位,由速率方程导出.第16页温度对反应速率有显著影响

温度升高，活化分子百分数增加，有效碰撞百分数升高，速率增大。3-2温度对化学反应速率影响1．Arrhenius(阿仑尼乌斯)公式A：反应频率因子,对确定化学反应是一常数;Ea:反应活化能(kJ·mol-1);

R：8.314J·mol-1·K-1;T:热力学温度(K)第17页在Ｔ1、T2时,

①②②－①得：或2.温度T对k影晌;Ｔ稍有改变,k有较大改变,尤其Ｅa较大时其改变更显著。第18页①T对v影响:Ea一定,T越高,越大,k越大,速率越大,k与T呈指数关系,T稍有改变,k有较大改变;3.阿仑尼乌斯公式圆满处理了两个问题：②Ea对v影响：T一定,Ea越小,越大,k越大,速率越大。第19页催化剂对反应活化能影响3-3催化剂对化学反应速率影响催化剂影响主要是经过影响反应进行路径实现。第20页降低了反应活化能;不改变反应自由能,也不改变平衡常数k;缩短平衡抵达时间,加紧平衡到来。催化作用特点：①只能对热力学上可能