理学化学动力学初步.pptx

第一节 化学反应速率化学反应速率：即反应物或生成物浓度随时间变化的快慢程度。单位molL-1s-1速率表示方法：平均速率和瞬时速率1平均速率第1页/共30页2瞬时速率下一节第2页/共30页第二节 反应速率理论简介 宏观上我们了解了浓度、温度、压力对反应速率的影响，而在微观上，构成物质的各种粒子又是如何反应的呢？第3页/共30页一、碰撞理论碰撞理论：反应物分子必须碰撞才能反应，反应速率与碰撞频率成正比。碰撞频率：单位时间、单位体积内分子的碰撞次数。有效碰撞：并非分子间的每一次碰撞都能发生化学反应，将能发生化学反应的碰撞称为。活化能：只有能量达到或超过某一能量低限Ea的分子间的碰撞，才有可能发生化学反应，此最低能量Ea称为。第4页/共30页活化分子：能量高于或等于Ea的分子称为活化分子。麦克斯韦玻尔兹曼能量分布图第5页/共30页活化分子碰撞频率占总碰撞频率的比值：方位影响：只有分子在一定方向上的碰撞才能完成化学反应，如：NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g)，必需沿一定方向才能反应，见图5-2第6页/共30页 无效碰撞 有效碰撞第7页/共30页分子在碰撞时，必须能量足够高，方向又适合，才能发生反应，反应速率与分子能量和碰撞方向的关系见公式5-2第8页/共30页应用：从理论上说明了浓度、温度对反应速率的影响，并对速率常数和活化能做出了解释，可以成功地解决某些反应系统的速率计算问题。缺陷：活化能的数值无法计算，只能通过实验测定，因此无法预测化学反应速率原因：认为分子的碰撞是刚性碰撞忽略了分子内部结构和内部运动的复杂性。碰撞理论的应用和缺陷第9页/共30页二、过渡态理论1过渡态理论：反应过程中，反应物必须吸收能量，经过一个过渡状态再转化为生成物，在此过程中存在着化学键的重新排布和能量的重新分配。对任意反应A+BCAB+C，其过程可表示为：能量变化见图5-3第10页/共30页反应物、产物和过渡态的能量关系 此图说明反应物与生成物均是能量低的稳定状态，过渡态是能量高、不稳定的状态。反应物吸收能量成为过渡态，反应的活化能就是翻越势垒所需的能量。第11页/共30页2过渡态理论的应用：利用量子力学和统计学的方法，计算反应的动力学数据，并揭示了活化能的本质，但计算过于复杂，且结构不宜确定下一节上一节第12页/共30页第三节 影响化学反应速率的主要因素一、浓度对反应速率的影响 在一定的温度下，增加反应物的浓度可以增大反应速率，因为增加反应物浓度使单位体积内活化分子数增加，从而增加了单位时间内在该系统中反应物分子有效碰撞的频率，因此反应速率增加。第13页/共30页1质量作用定律基元反应：由反应物分子经一步直接转化为产物分子的反应质量作用定律：在一定温度下，基元反应的反应速率与反应物浓度以其化学计量数的绝对值为指数的幂的乘积成正比。如反应：aA+bB=cC，速率为v=kca(A)cb(B)简单反应：只含有一个基元反应的宏观反应复杂反应：含有两个或两个以上基元反应的反应称为，复杂反应不能直接用质量作用定律书写速率方程。例5-1第14页/共30页例5-1：CH3CHO(g)=CH4(g)+CO(g)的反应速率与乙醛浓度的关系如下：C(molL-1)0.10 0.30 0.40 V(molL-1s-1)0.025 0.228 0.406(1)写出该反应的速率方程；(2)求速率常数；(3)求C(CH3CHO)=0.25 时的反应速率。解：(1)第15页/共30页(2)0.228=0.302k k=2.53mol-1Ls-1(3)v=kc2=2.530.252 =0.158molL-1s-1第16页/共30页2反应级数：某反应物浓度的幂指数称为该反应物的反应级数，所有反应物级数的加和称为该反应的级数，如：第17页/共30页反应级数的确定：基元反应：反应物的级数与其化学计量数相同复杂反应：通过实验测定反应级数的特点：可以是整数、分数或是零第18页/共30页3反应机理：反应机理：化学反应所经历的途径称为反应机理。控速步骤：决定总反应速率的步骤研究反应机理的目的：确定反应的速率方程例5-2第19页/共30页实验表明反应的反应机理如下：(慢)(快)慢步骤是决定反应速率的步骤，称为控速步骤。总反应速率取决于控速步骤，速率方程为：例5-2:第20页/共30页第21页/共30页第22页/共30页二、温度对化学反应速率的影响1范特霍夫规则：温度每升高10K，反应速率增大到原来的24倍，用温度系数 表示。公式：第23页/共30页2阿仑尼乌斯公式：(1889年瑞典化学家提出)第24页/共30页第25页/共30页第26页/共30页三、催化剂对化学反应速率的影响1催化剂与催化作用催化剂：一种存在少量就能改变化学反应速率,而在反应前后本身的质量和化学组成均不改变的物质正催化剂：能加快反应速率的物质。负催化剂：能减低反应速率的物质叫,或阻化剂。催化作用：催化剂改变反应速率的作用，叫催化反应：有催化剂参与的反应第27页/共30页2.催化作用的特点：参与反应，改变历程，降低反应活化能。不改变反应系统的热力学状态，不影响化学平衡催化剂具有一定的选择性某些杂质对催化剂的性能有很大的影响，如助催化剂、抑制剂、毒物反应过程中催化剂本身会发生变化表面性状发生变化。第28页/共30页3均相催化和多相催化反应均相催化反应：反应物和催化剂处于同一相内的催化反应 多相催化反应（非均相催化反应）：反应物一般是气体或液体，催化剂往往是固体4酶催化反应酶：生物催化剂，其速率与反应物的浓度无关，表现为零级反应特点：催化效率高 反应条件温和 高度特异性，即高选择性上一节第29页/共30页感谢您的观看！第30页/共30页