珍贵无机化学课件第4章化学动力学基础.ppt

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1、本章学习要求：本章学习要求：q了解了解化学反应速度化学反应速度的概念的概念q了解了解浓度、温度浓度、温度等对化学反应速度等对化学反应速度的影响的影响q了解了解反应级数反应级数的概念的概念q了解了解活化能和活化分子活化能和活化分子的概念的概念q了解了解碰撞理论碰撞理论的基本内容的基本内容 4 41 1 化学反应速度化学反应速度aA+bBaA+bBcC+dDcC+dD在定容条件下：在定容条件下：化学反应速度是以化学反应速度是以单位时间内反应物浓度的减少单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加或生成物浓度的增加来表示来表示q 瞬时速度瞬时速度(切线斜率）切线斜率）q 平均速度平均速度反反应应速速

2、度度的的快快慢慢，首首先先取取决决于于反反应应物物的的本本性性；其其次次决决定定于于反反应应物物的的浓浓度度、温温度度和和催催化化剂剂等等因因素。素。例：例：2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)反应起始时反应起始时N2O5(g)浓度浓度为为1.15molL-1，100s后测得后测得N2O5(g)浓度为浓度为1.0 molL-1，则，则反应在反应在100s内的平均速率为：内的平均速率为：如果用生成物如果用生成物NO2或或O2浓度的变化来表示平均速率浓度的变化来表示平均速率,则为：则为：很很很很显显然然然然,用三种物用三种物用三种物用三种物质浓质浓度的度的度的度的变变化表示的化表示的化表示

3、的化表示的该该反反反反应应速率之比是速率之比是速率之比是速率之比是2 2：4 4：1 1，它，它，它，它们们之之之之间间的比的比的比的比值为值为反反反反应应方程式中相方程式中相方程式中相方程式中相应应物物物物质质分子式分子式分子式分子式前的系数比前的系数比前的系数比前的系数比因此因此,表示反应速率时表示反应速率时,必须注明用哪一种物质浓度的变化来表必须注明用哪一种物质浓度的变化来表示的示的.互相换算时互相换算时,要注意反应式中计量系数之间的关系要注意反应式中计量系数之间的关系 4 42 2 反应速度和浓度的关系反应速度和浓度的关系化学反应速度与反应物浓度的乘积成正比，这种关化学反应速度与反应物

4、浓度的乘积成正比，这种关系称为质量作用定律（系称为质量作用定律（Law of mass action）用用数数学学式式来来表表示示化化学学反反应应速速度度与与浓浓度度的的关关系系，称称为速度方程式（为速度方程式（Rate equation）对于一般反应：对于一般反应：aA+bBcC+dD对某一反应而言对某一反应而言:p在一定温度下，在一定温度下，k是常数，温度改变，是常数，温度改变，k值也改变。值也改变。但反应物浓度不会影响速度常数。但反应物浓度不会影响速度常数。p反应级数反应级数就是在速度方程中浓度乘积项里各物质就是在速度方程中浓度乘积项里各物质 浓度的浓度的指数和指数和。p反反应应级级数数

5、不不能能由由反反应应方方程程式式直直接接导导出出，须须以以实实验验为为根根据。据。p反反应应级级数数不不一一定定是是整整数数，可可以以是是分分数数（小小数数），也也可可以是零。以是零。p零级反应零级反应指反应速度与反应物的浓度无关。指反应速度与反应物的浓度无关。速度方程式和速度常数的确定速度方程式和速度常数的确定反应速率方程的确定反应速率方程的确定初始速率法初始速率法通过实验测定反应初始阶段反应物浓度随时间的变化通过实验测定反应初始阶段反应物浓度随时间的变化反应过程中，浓度随时间的变化反应过程中，浓度随时间的变化 例如：对一级反应，例如：对一级反应，v=kCA浓度的对数与时间成直线关系，直线的

6、斜率浓度的对数与时间成直线关系，直线的斜率k自己推导：自己推导：二级反应浓度与时间的关系二级反应浓度与时间的关系温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响Arrhenius 方程方程 lnk与与1/T成直线关系，斜率为成直线关系，斜率为Ea/R，截距为，截距为lnk0 活化能的求得，温度对反应速率影响的讨论活化能的求得，温度对反应速率影响的讨论也可以已知两个温度下的速率常数，则：也可以已知两个温度下的速率常数，则：可以求得可以求得Ea。反反之之，已已知知Ea，求求得得另另一一温温度度下下的的k2.温度对反应速度的影响：温度对反应速度的影响：（1）升升高高一一定定温温度度，高高温温时时，k增增大大

7、相相对对较较小小；低低温温度度时时，k增增大大相相对对较大。较大。（2）Ea大的，大的，k增大较大。增大较大。4 43 3 反应速度理论反应速度理论（碰撞理论、活化络合理论）（碰撞理论、活化络合理论）有有效效碰碰撞撞理理论论：在在气气体体反反应应中中，反反应应物物分分子子不不断断发发生生碰碰撞撞，其其中中大大多多数数碰碰撞撞并并不不能能发发生生发发应应，只只有有一一定定数数目目的的少少数数分分子子碰碰撞撞才才能能发发生生反反应应。这这种种能够发生反应的碰撞称为能够发生反应的碰撞称为有效碰撞。有效碰撞。对于一特定的反应，在碰撞时分子发生反应所需对于一特定的反应，在碰撞时分子发生反应所需要的最小能

8、量要的最小能量活化能活化能4 43 3 反应速度理论反应速度理论（碰撞理论、活化络合理论）（碰撞理论、活化络合理论）有有效效碰碰撞撞理理论论：在在气气体体反反应应中中，反反应应物物分分子子不不断断发发生生碰碰撞撞，其其中中大大多多数数碰碰撞撞并并不不能能发发生生发发应应，只只有有一一定定数数目目的的少少数数分分子子碰碰撞撞才才能能发发生生反反应应。这这种种能够发生反应的碰撞称为能够发生反应的碰撞称为有效碰撞。有效碰撞。对于一特定的反应，在碰撞时分子发生反应所需对于一特定的反应，在碰撞时分子发生反应所需要的最小能量要的最小能量活化能活化能活化络合理论（过渡态理论）活化络合理论（过渡态理论）（1

9、1）从初始态到络合态，）从初始态到络合态，吸收能量；二状态的能吸收能量；二状态的能量差就是活化能；量差就是活化能；（2 2）化学反应的焓变）化学反应的焓变rHm=Ea(rHm=Ea(正正)Ea(Ea(逆逆)（3）反应物浓度增大，反应物浓度增大，活化分子数增多，反应活化分子数增多，反应速度加快速度加快（4）反应温度升高，反应温度升高，活化分子比例增大，反活化分子比例增大，反应速度加快应速度加快 44 催化剂与催化作用催化剂与催化作用在在反反应应体体系系中中加加入入少少量量的的某某些些物物质质，能能使使反反应应速速度度发发生生极极大大的的改改变变，而而在在反反应应终终了了时时，这这些些物物质质的的

10、质质量量与与它它们们的的化化学学组组成成都都没没有有发发生生改改变变，这这些些物质物质催化剂（催化剂（Catalyst）。）。用用催催化化剂剂来来改改变变反反应应速速率率的的作作用用称称为为催催化化作作用用(Catalysis)。正催化剂正催化剂能加快反应速率的催化剂。能加快反应速率的催化剂。负催化剂负催化剂能减慢反应速率的催化剂。能减慢反应速率的催化剂。催化反应的特征：催化反应的特征：1）催化剂只能加速热力学可能进行的反应。）催化剂只能加速热力学可能进行的反应。2）催催化化剂剂只只改改变变反反应应途途径径，不不改改变变反反应应的的始始态态与终态。与终态。3）催化剂有选择性催化作用。）催化剂有

11、选择性催化作用。4）催化剂在特定条件下才有活性。）催化剂在特定条件下才有活性。催催化化剂剂加加速速反反应应的的本本质质是是使使反反应应改改变变途途径径，降降低低活活化能，使活化分子数增加。化能，使活化分子数增加。催化剂的作用形态催化剂的作用形态催化剂的作用形态催化剂的作用形态本本 章章 小小 结结 用化学反应速率来表示化学反应的快慢用化学反应速率来表示化学反应的快慢;化学反应速率是指单位时间内反应物浓度的减少化学反应速率是指单位时间内反应物浓度的减少 或生产物浓度的增加来表示。或生产物浓度的增加来表示。反应速率首先决定于反应物的本性，反应速率首先决定于反应物的本性，其次决定于反应物的浓度、温度

12、、催化剂等因素。其次决定于反应物的浓度、温度、催化剂等因素。质量作用定律表示反应速率与反应物浓度之间的关系，质量作用定律表示反应速率与反应物浓度之间的关系，其速率方程式和速率常数都是以实验为根据的。其速率方程式和速率常数都是以实验为根据的。反应级数是指速度方程式中浓度乘积项内各物质浓度反应级数是指速度方程式中浓度乘积项内各物质浓度的指数和。由反应级数可以推测其反应机理。的指数和。由反应级数可以推测其反应机理。许多化学反应的机理并不简单，是由许多基元反应所组许多化学反应的机理并不简单，是由许多基元反应所组成。成。在在实实验验事事实实的的基基础础上上，用用有有效效碰碰撞撞理理论论说说明明反反应应速

13、速率率的内因，又进一步提出活化能和活化因子的概念。的内因，又进一步提出活化能和活化因子的概念。活活化化能能是是分分子子在在碰碰撞撞时时发发生生反反应应所所需需要要的的最最低低能能量量，能能量量分分布布曲曲线线表表示示活活化化能能和和活活化化分分子子之之间间的的关关系系。并并用用化化合合物物和和活活化化分分子子这这些些概概念念来来阐阐述述反反应应物物浓浓度度、温温度度、催催化化剂剂对对反反应应速速率率的的影影响响。阿阿累累尼尼乌乌斯斯经经验验式式表表示示出出反反应应速速率率常常数数与与温温度度的的关关系系，同同时时讨讨论论了了活活化化能能大大小小与与反反应应速率常数之间的关系。速率常数之间的关系。作业：作业：P68P68：2 2，5 5，1111本章兴趣话题：本章兴趣话题：光催化与废水处理光催化与废水处理 有机污染物的降解有机污染物的降解氧化还原反应氧化还原反应 促进氧化还原反应促进氧化还原反应电子和空穴的迁移电子和空穴的迁移 光催化氧化还原反应光催化氧化还原反应光能激发催化剂中电子的跃迁光能激发催化剂中电子的跃迁 核心核心光的利用效率光的利用效率