化学动力学课件.ppt

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1、关于化学动力学1现在学习的是第1页，共33页第二章第二章化学动力学化学动力学(第二版第十四章，第三版第十二章第二版第十四章，第三版第十二章)n2.1化学反应速率及其机理化学反应速率及其机理 n2.1.1化学反应速率定义及其表示方法化学反应速率定义及其表示方法n2.1.2反应机理和反应分子数反应机理和反应分子数n2.2浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 n2.3速率方程的积分式速率方程的积分式n2.4温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响2现在学习的是第2页，共33页2.1化学反应速率及其机理化学反应速率及其机理 （二版（二版P377，三版，三版P362）2.1.1化学反应速率的定义及其

2、表示方法化学反应速率的定义及其表示方法aA+bB=g G+h Hn各物质的平均速率各物质的平均速率n各物质的瞬时速率各物质的瞬时速率n在同一时间段内或在同一时间段内或在同一瞬时在同一瞬时，各物质，各物质的速率不相同，服从：的速率不相同，服从：vA:vB:vG:vH=a:b:g:hn转化速率转化速率Jn为为反反应进应进度，度，B B为计为计量数量数转化速率转化速率J与组分的选取无关。与组分的选取无关。3现在学习的是第3页，共33页2.1化学反应速率及其机理化学反应速率及其机理 （二版（二版P377，三版，三版P362）2.1.1化学反应速率定义及其表示方法化学反应速率定义及其表示方法aA+bB=

3、g G+h Hn化学反应速率化学反应速率 r=J/Vn在同一瞬时，无论选取哪个在同一瞬时，无论选取哪个物质，化学反应的速率都相物质，化学反应的速率都相同，只有一个速率。同，只有一个速率。n反应速率反应速率r r的单位的单位：molL-1s-14现在学习的是第4页，共33页2.1化学反应速率及其机理化学反应速率及其机理 （二版（二版P377，三版，三版P362）2.1.1化学反应速率定义及其表示方法化学反应速率定义及其表示方法n瞬时反应速率、平均瞬时反应速率、平均反应速率的求得反应速率的求得欲求反应欲求反应CO+NOCO+NO2 2=CO=CO2 2+NO+NO的速率，需测出不同的速率，需测出不

4、同时刻时刻COCO的浓度。的浓度。5现在学习的是第5页，共33页2.1.1化学反应速率定义及其表示方法化学反应速率定义及其表示方法2.1.2反应机理和反应分子数反应机理和反应分子数1.反应机理（反应机理（Mechanismofreaction）反应机理反应机理：反应所经历的具体途径：反应所经历的具体途径（反应历程）（反应历程）nI2(g)+H2(g)2HI(g)nI2+M2I+MnI+I+H2HI+HInI+I+MI2+MnI2(g)+H2(g)2HI(g)是计量方是计量方程，不代表一个程，不代表一个I2分子与一分子与一个个H2分子一次碰撞就生分子一次碰撞就生成两个成两个HI分子。而是分三分子

5、。而是分三步完成：步完成：6现在学习的是第6页，共33页2.1.2反应机理和反应分子数反应机理和反应分子数1.反应机理反应机理2.基元反应与非基元反应基元反应与非基元反应n（基）元反应（基）元反应(elementaryreaction)：由反应物分子直接碰撞发生相由反应物分子直接碰撞发生相互作用而生成产物的反应。互作用而生成产物的反应。反应机理的每个反应都是元反应。反应机理的每个反应都是元反应。nI2+M2I+MnI+I+H2HI+HInI+I+MI2+Mn反应分子数反应分子数：基元反应方程基元反应方程中反应物粒子个数之和（单中反应物粒子个数之和（单分子、双分子、三分子反应）分子、双分子、三分

6、子反应）n化学反应方程化学反应方程：化学计量方程，：化学计量方程，不代表基元反应不代表基元反应nI2(g)+H2(g)2HI(g)7现在学习的是第7页，共33页第二章第二章化学动力学化学动力学(第二版第十四章，第三版第十二章第二版第十四章，第三版第十二章)n2.1化学反应速率及其机理化学反应速率及其机理 n2.2浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 n2.2.1质量作用定律质量作用定律n2.2.2反应级数反应级数n2.3速率方程的积分式速率方程的积分式n2.4温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响8现在学习的是第8页，共33页2.2浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响2.2.1质量作

7、用定律质量作用定律 n质量作用定律质量作用定律：在一定温度下，：在一定温度下，基元反应基元反应的的速率与反应物的浓度成正比，各浓度的方速率与反应物的浓度成正比，各浓度的方次是它在反应方程式中的计量数。基元反次是它在反应方程式中的计量数。基元反应：应：a aA+A+b bB B g gG+G+h hH Hn注意：反应速率只与反应物注意：反应速率只与反应物A A和和B B的浓度有关，的浓度有关，而与生成物而与生成物G G和和H H的浓度无关。的浓度无关。n逆反应的速率只与逆反应的速率只与G G和和H H的浓度有关，而与的浓度有关，而与A A和和B B的浓度无关。的浓度无关。反应速率方程反应速率方程

8、9现在学习的是第9页，共33页2.2浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响2.2.1质量作用定律质量作用定律2.2.2反应级数反应级数na aA+A+b bB B g gG+G+h hH H速度方程中浓度项的指数速度方程中浓度项的指数a a、b b 分分别为反应物别为反应物A A、B B的级数，其和为的级数，其和为反应的总级数反应的总级数n n，简称反应级数。，简称反应级数。n反应级数反应级数n n越大：表示浓度对越大：表示浓度对反应速率影响的反应速率影响的程度程度越大。越大。n反应速率常数反应速率常数 k kn 意义意义:n其数值是反应物浓度为单位浓度时的其数值是反应物浓度为单位浓度时的反

9、应速率反应速率,其数值的大小反映了反应其数值的大小反映了反应的快慢或难易。的快慢或难易。k 的影响因素：的影响因素：n与反应物的浓度无关，与反应物本与反应物的浓度无关，与反应物本性、温度、催化剂等有关性、温度、催化剂等有关k 的单位：不同反应级数的单位：不同反应级数 k 单位不同，单位不同，为为浓度浓度 1-n 1-n时间时间10现在学习的是第10页，共33页2.2浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响2.2.1质量作用定律质量作用定律2.2.2反应级数反应级数n基元反应：基元反应：反应级数与反反应级数与反应分子数一致，为一，二应分子数一致，为一，二或三。或三。计量方程计量方程反应历程：反应

10、历程：反应历程中的三个反应都是反应历程中的三个反应都是基元反应，可以应用质量基元反应，可以应用质量作用定律作用定律11现在学习的是第11页，共33页2.2浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响2.2.1质量作用定律质量作用定律2.2.2反应级数反应级数n非基元反应非基元反应aA+bBgG+hHnm,n为分级数，为分级数，m+n为总级为总级数，数，nma,nbnm,n可以是正整数，或分可以是正整数，或分数，或负数，或零数，或负数，或零nm,n的值必须由实验确定的值必须由实验确定n计量方程计量方程12现在学习的是第12页，共33页例例2-1：在：在1073K时，发生反应时，发生反应2NO(g)+

11、2H2(g)=N2(g)+2H2O(g)所得实验数据如下，确定该反应的速率方程。所得实验数据如下，确定该反应的速率方程。实验实验编号编号C(H2)mol.L-1C(NO)mol.L-1r/mol.L-1.s-110.00600.00107.910-720.00600.00203.210-630.00600.00401.310-540.00300.00406.410-650.00150.00403.210-6答：答：NO的分级数为的分级数为2，H2的分级数为的分级数为1。13现在学习的是第13页，共33页2.2浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响2.2.1质量作用定律质量作用定律2.2.2反

12、应级数反应级数n书写速率方程时注意的问题书写速率方程时注意的问题n 在多相反应中在多相反应中n纯固体和纯液体纯固体和纯液体不写入速率方程不写入速率方程n反应物为气相，直接用分压代反应物为气相，直接用分压代替浓度替浓度n速率方程中反应物浓度的方次速率方程中反应物浓度的方次n基元反应：与反应式中的系数一致基元反应：与反应式中的系数一致n非基元反应：由实验或机理非基元反应：由实验或机理确定确定n思考：已知基元反应思考：已知基元反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，其速率方程为，其速率方程为_，该反，该反应的级数为应的级数为_。14现在学习的是第14页，共33页第二章第二章化学动力学化学动力学(

13、第二版第十四章，第三版第十二章第二版第十四章，第三版第十二章)n2.1化学反应速率及其机理化学反应速率及其机理 n2.2浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 n2.3速率方程的积分式速率方程的积分式n2.4温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响15现在学习的是第15页，共33页2.3速率方程的积分式（二版速率方程的积分式（二版P381，三版，三版P367）2.3.1一级反应一级反应nA产物产物n k的意义的意义:单位时间内单位时间内反应物反应物A反应掉的反应掉的分数，分数，单位：时间单位：时间，n积分形式积分形式：一级反应的特点：随反应进行，一级反应的特点：随反应进行，CA减小减小,速率

14、减小速率减小,CA对对t曲线变得曲线变得越来越平缓。越来越平缓。半衰期：半衰期：反应物反应物反应掉反应掉一半一半所需要所需要的时间的时间t1/2CAt16现在学习的是第16页，共33页2.3速率方程的积分式（二版速率方程的积分式（二版P381，三版，三版P367）2.3.1一级反应一级反应n某一时刻反应物某一时刻反应物A反应掉的反应掉的分数分数称为该时刻称为该时刻A的的转化率转化率xA17现在学习的是第17页，共33页例例2-2质量为质量为210的的钚钚Bu的同位素进行的同位素进行 放射放射反应，经过反应，经过14天后天后,同位素的同位素的活性活性降低了降低了6.85%,求：求：Bu210的蜕

15、变常数和半衰期。并求经过多长时间分解的蜕变常数和半衰期。并求经过多长时间分解90%?解：放射性元素的解：放射性元素的蜕变蜕变反应为反应为一级一级反应，反应，活性降低即反应物反应掉了。活性降低即反应物反应掉了。将将xA=0.0685，t=14天代入下式天代入下式得得k1=0.00507 天天-1将将xA=0.90,k1=0.00507 天天-1代入下式代入下式得得 t=908 day18现在学习的是第18页，共33页例例2-3 实实验验测测得得在在某某温温度度时时，溶溶解解在在CCl4中中的的N2O5分分解反应为：解反应为：N2O52 NO2+1/2O2如如 果果N2O5的的 起起 始始 浓浓

16、度度 为为0.40molL-1,速速 率率 常常 数数k=6.210-4 min-1。求求（1）N2O5分解反应的起始速率；分解反应的起始速率；（2）反应进行反应进行1小时后，小时后，N2O5的浓度将是多少？的浓度将是多少？N2O5分解的百分数又是多少？分解的百分数又是多少？19现在学习的是第19页，共33页第二章 化学动力学2.3速率方程的积分形式速率方程的积分形式2.3.1一级一级反应速率方程的积分形式反应速率方程的积分形式ln cA20现在学习的是第20页，共33页2.3 速率方程的积分式（二版速率方程的积分式（二版P381，三版，三版P367）2.3.2二级二级反应反应(1)只有一种反

17、应物的情况：只有一种反应物的情况：2A 产物产物m3 mol 1 s 1t1/cA图图11.2.3 二级反应的直线关系二级反应的直线关系21现在学习的是第21页，共33页2.3.2二级二级反应反应(1)只有一种反应物的情况：只有一种反应物的情况：2A产物产物半衰期半衰期二级反应的半衰期与反应物的二级反应的半衰期与反应物的初始浓度成初始浓度成反比反比22现在学习的是第22页，共33页2.3.2二级二级反应反应(1)只有一种反应物的情况：只有一种反应物的情况：2A产物产物(2)当反应物为当反应物为两种两种时的情况：时的情况：A+B产物产物当当A和和B的的初始浓度相等初始浓度相等:cB,0=cA,0

18、，积分结果与一种反应积分结果与一种反应物时相同：物时相同：在任一时刻两反应物的在任一时刻两反应物的浓度改变值之比等于计量数之比，所以相等：浓度改变值之比等于计量数之比，所以相等：cB=cA则任一时刻：则任一时刻：cB=cA。于是有。于是有注意注意：当：当cB,0cA,0，则任一时刻：，则任一时刻：cB cA。于是积分式与上式不同！。于是积分式与上式不同！23现在学习的是第23页，共33页2.3.2二级二级反应反应(1)只有一种反应物的情况：只有一种反应物的情况：2A产物产物(2)当反应物为当反应物为两种两种时的情况：时的情况：A+B产物产物例例2.32.3乙酸乙酯皂化反应，反应开乙酸乙酯皂化反

19、应，反应开始时，两个反应物酯和碱的浓度都始时，两个反应物酯和碱的浓度都为为0.0100mol/L0.0100mol/L，每隔一段时间，测，每隔一段时间，测定碱的含量实验结果如下：定碱的含量实验结果如下：n（1）证明该反应为二级，并）证明该反应为二级，并求出速率常数。求出速率常数。t/min35710152110-3C(OH-)/(moldm-3)7.406.345.504.46 3.632.8824现在学习的是第24页，共33页2.3.2二级二级反应反应(2)当反应物为当反应物为两种两种时的情况：时的情况：A+B产物产物例例2.32.3乙酸乙酯皂化反应，反应乙酸乙酯皂化反应，反应开始时，两个反

20、应物酯和碱的浓度开始时，两个反应物酯和碱的浓度都为都为0.0100mol/L0.0100mol/L，每隔一段时间，每隔一段时间，测定碱的含量实验结果如下：测定碱的含量实验结果如下：（1）证明该反应为二级，并求出速）证明该反应为二级，并求出速率常数。率常数。n解：将实验数据代入二级反解：将实验数据代入二级反应速率方程积分式，算出应速率方程积分式，算出k2，nk基本不变，说明基本不变，说明1/cA与与t呈呈直线关系，证明这是二级直线关系，证明这是二级反应反应n把把k取平均值取平均值t/min35710152110-3C(OH-)/(moldm-3)7.406.345.504.46 3.632.88

21、k/(mol-1dm3min-1)11.711.611.711.5 11.711.625现在学习的是第25页，共33页2.3.2二级二级反应反应(1)只有一种反应物的情况：只有一种反应物的情况：2A产物产物(2)有两种反应物有两种反应物aA+bB产物产物初浓度之比等于计量数之比初浓度之比等于计量数之比:cB,0/b=cA,0/at1/cAm3 mol 1 s 126现在学习的是第26页，共33页第二章第二章化学动力学化学动力学(第二版第十四章，第三版第十二章第二版第十四章，第三版第十二章)n2.1化学反应速率及其机理化学反应速率及其机理 n2.2浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 n2.

22、3速率方程的积分式速率方程的积分式n2.4温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响n2.4.1阿仑尼乌斯公式阿仑尼乌斯公式n2.4.2 加快反应速率的方法加快反应速率的方法n2.4.3化学反应速率、化学平衡的综合应用化学反应速率、化学平衡的综合应用27现在学习的是第27页，共33页2.4温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响 2.4.1阿仑尼乌斯（阿仑尼乌斯（SArrhenius）公）公式式（二版（二版P400，三版，三版P389）1.阿累尼乌斯公式阿累尼乌斯公式nEa-实验（实验（阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯）活化能，单位：）活化能，单位：kJmol-1n与化学反应的种类（本性）和催化剂（与化学反

23、应的种类（本性）和催化剂（反反应的途径）有关；应的途径）有关；n近似处理：若温度变化范围不大，活近似处理：若温度变化范围不大，活化能可看作常数。化能可看作常数。n是介于是介于01的因子，的因子，T越高，因子越越高，因子越1，则，则k越大。越大。nA-指前（频率）因子，单位与指前（频率）因子，单位与k相同。相同。nA是温度无限升高时是温度无限升高时k达到的达到的极限值。极限值。nA是常数，不随温度改变。是常数，不随温度改变。n活化能在指数上影响速率常数活化能在指数上影响速率常数k，因此微小的改变就会极大地影响，因此微小的改变就会极大地影响k的数值。的数值。nEa越小的反应，越小的反应，k越大（各

24、反越大（各反应的应的A相差不大，且在指数前，相差不大，且在指数前，对对k的影响不大）的影响不大）nEa为几十为几十kJmol-1，该反应，该反应很快；很快；Ea200kJmol-1，该反应很慢。，该反应很慢。28现在学习的是第28页，共33页2.4温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响 2.4.1阿仑尼乌斯（阿仑尼乌斯（SArrhenius）公）公式式（二版（二版P400，三版，三版P389）n对同一个反应，对同一个反应，T1，k1，T2，k2，Ea，5个量知道任意个量知道任意4个，可以确定第五个个，可以确定第五个nlgk与与1/T成直线关系，求直成直线关系，求直线的斜率可以计算活化能线的斜

25、率可以计算活化能:n活化能活化能=-斜率斜率2.303R29现在学习的是第29页，共33页例例2-4：已知乙烷裂解反应的活化：已知乙烷裂解反应的活化能能Ea=302.17 kJmol-1,丁烷裂解丁烷裂解反应的活化能反应的活化能Ea=233.68 kJmol-1,当温度由当温度由700增加到增加到800时，时，它们的反应速率将分别增加多少它们的反应速率将分别增加多少？注意：温度单位；活化能单位注意：温度单位；活化能单位结论：在同样的温度区间内，活化能结论：在同样的温度区间内，活化能大的反应，反应速率常数增加的倍数大的反应，反应速率常数增加的倍数大。大。30现在学习的是第30页，共33页2.4温

26、度对反应速率的影响温度对反应速率的影响 2.4.1阿仑尼乌斯公式阿仑尼乌斯公式 2.4.2 加快反应速率的方法加快反应速率的方法 n活化分子总数活化分子总数=活化分子活化分子分数分数分子总数分子总数 n（1）增大反应物浓度）增大反应物浓度n（2）升高温度）升高温度 n（3）降低活化能（加入催化）降低活化能（加入催化剂）剂）31现在学习的是第31页，共33页2.4.1阿仑尼乌斯公式阿仑尼乌斯公式2.4.2 加快反应速率的方法加快反应速率的方法2.4.3化学反应速率、化学平衡的综合应用化学反应速率、化学平衡的综合应用nN2(g)+3H2(g)2NH3(g)n（3）综合讨论反应条件）综合讨论反应条件n温度适当温度适当n高压高压n加入催化剂加入催化剂n（1）从平衡的角度讨论提高转化）从平衡的角度讨论提高转化率的条件：率的条件：n低温低温、高压高压可使平衡向右移动可使平衡向右移动，提高反应物的平衡转化率，提高反应物的平衡转化率n（2）从加快反应速率角度讨论：）从加快反应速率角度讨论：n高温高温、高压高压、催化剂催化剂缩短达到平缩短达到平衡时间衡时间32现在学习的是第32页，共33页感谢大家观看27.09.2022现在学习的是第33页，共33页