无机及分析化学二章节化学反应速率.ppt
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1、无机及分析化学二章节化学反应速率 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望本章要求:本章要求:了解化学反应速率的概念、理论;了解化学反应速率的概念、理论;掌握瞬时反应速率的表示方法掌握瞬时反应速率的表示方法掌握浓度、温度、催化剂对化学反应速率掌握浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响,掌握速率常数的影响,掌握速率常数k的的 特点;特点;本章重难点本章重难点:浓度、温度、催化剂对化学反:浓度、温度、催化剂对化学反 应速率的影响。应速率的影响。计划学时:计划学时
2、:3化学动力学化学动力学研究化学反应的速率及途径。研究化学反应的速率及途径。(化学热力学化学热力学研究化学反应的方向及限度研究化学反应的方向及限度)本章内容:本章内容:介绍反应速率的概念介绍反应速率的概念、反应速率理论;反应速率理论;C、T、P、K对反应速率的影响对反应速率的影响;目的目的找出有关反应速率的规律加以利用找出有关反应速率的规律加以利用(提高产率或抑制有害反应)(提高产率或抑制有害反应)。2-1 化学反应速率化学反应速率1、平均速率:、平均速率:(定容条件下)(定容条件下)v=ci /t 单位:单位:mol L-1 s-1 因规定因规定反应速率是正值,所以反应物反应速率是正值,所以
3、反应物 ci 为负、为负、产物产物 ci 为正。为正。一、反应速率的表示方法:一、反应速率的表示方法:化学反应速率:一定条件下单位时间内某化学反应的反应物转变为生成物的速率例: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
4、化表示的化表示的化表示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对对于一般反于一般反于一般反于一般反应应:mA+nB=pC+qD mA+nB=pC+qD 平均反平均反平均反平均反应应速率:速率:速率:速率: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
5、数之间的关系要注意反应式中计量系数之间的关系 2、瞬时、瞬时速率:(定容条件下)速率:(定容条件下)(精确)精确)单位:单位:mol L-1 s-1 例:例:N2+3H2=2NH3 若若dt内内N2减少减少dx,则:则:V(N2)=-dc(N2)/dt=-dx/dt V(H2)=-dc(H2)/dt=-3dx/dt 数值不等数值不等 V(NH3)=dc(NH3)/dt=2dx/dt而一个化学反应需要有一个统一的反应速率而一个化学反应需要有一个统一的反应速率分别除以计量系数:分别除以计量系数:对于一般化学反应:对于一般化学反应:mA+nB=pC+qD mA+nB=pC+qD 瞬时速率同样有下列关
6、系:瞬时速率同样有下列关系:或或例:写出反应例:写出反应 4HI+O2=2I2+2H2O的的v(i)及及v解:解:V(HI)=-dc(HI)/dt V(O2)=-dc(O2)/dt V(I2)=dc(I2)/dt V(H2O)=dc(H2O)/dt二、化学反应速率理论简介二、化学反应速率理论简介 1.有效碰撞理论有效碰撞理论:(1918年由路易斯建立年由路易斯建立)2.2.(适用于气相双分子反应适用于气相双分子反应)要点:要点:参加化学反应的分子具有不同的能量;参加化学反应的分子具有不同的能量;只有少数具有只有少数具有较高较高能量的能量的活化分子活化分子按一定按一定取向取向的的有效碰撞有效碰撞
7、,才能使能量转化、形成新键、从,才能使能量转化、形成新键、从而转化为产物分子,完成反应。而转化为产物分子,完成反应。活化分子:具有较高能量的能够发生有效碰撞的分子活化分子百分数f:活化分子在总分子中占的百分数:f大、有效碰撞多、反应速率快.有效碰撞:能发生化学反应的碰撞称为有效碰撞活化能Ea:1mol具有平均能量的分子变成活化分子需吸收的最低能量.单位:单位:kJ.mol-1 不同的反应有不同的活化能 由由反应本性决定,反应本性决定,40400 kJ.mol-1.活化能Ea越低,反应速度越快.小于小于40kJ.mol-1,很快;,很快;活化能Ea:受受T影响小、受影响小、受催化剂影响大影响大。
8、方位因子(p)活化分子只有在一定取向方位上的碰撞才能发生反应.两分子取向有利于发生反应的碰撞机会占总碰撞机会的百分数称为方位因子(p).*碰撞理论认为:碰撞理论认为:(基元反应)基元反应)p方位因子,方位因子,f活化分子百分数活化分子百分数 Z Z单位时间单位体积内反应物分子的总碰撞次数单位时间单位体积内反应物分子的总碰撞次数;Z Z0 0为单位浓度时的碰撞频率为单位浓度时的碰撞频率(与温度有关与温度有关,与浓度无关与浓度无关)k速率常数速率常数 A指前因子指前因子v=pf Z=pf Z0cm(A)cn(B)(2)过渡状态理论)过渡状态理论 反应物反应物 活化配和物活化配和物 产物产物 E 活
9、化配和物活化配和物(不稳定不稳定)Ea,正正 Ea,逆逆 反应物反应物 Q 产物产物 反应历程反应历程 Q=Ea,正正 -Ea,逆逆ABEc(1)反应物分子首先要形成一个中间状态的化合物活化配合物(又称过渡状态).在分子互相接近的过程中,原有的化学键尚未完全断开,新的化学键又未完全形成 如反应:CO(g)+NO2(g)=CO2(g)+NO(g)其反应过程为CO(g)+NO2(g)ONOCOCO2(g)+NO(g)(反应物)(活化配合物)(生成物)(2)活化配合物具有极高的势能,极不稳定.一方面很快与反应物建立热力学平衡,另一方面又能分解为生成物 (3)活化配合物分解生成产物的趋势大于重新变为反
10、应物的趋势(4)活化能.Ea正=Ec-A Ea逆=Ec-B Q=Ea,正正 -Ea,逆逆2-2 影响化学反应速率的原因影响化学反应速率的原因(内因内因:Ea,外因外因:C,T,K)反应机理反应机理:反应物转变成产物实际所经历的途反应物转变成产物实际所经历的途径径(步骤步骤)称为反应机理称为反应机理(或反应历程或反应历程)一、浓度对化学反应速率的影响一、浓度对化学反应速率的影响化学动力学中把从反应物一步就能转变为生成化学动力学中把从反应物一步就能转变为生成物的反应称为物的反应称为基元反应基元反应.由一个基元反应构成的由一个基元反应构成的化学反应称为化学反应称为简单反应简单反应 复杂反应复杂反应:
11、由二个以上基元反应构成的化学:由二个以上基元反应构成的化学反应称为复杂反应反应称为复杂反应 1、反应速率方程、反应速率方程:表示反应速率与表示反应速率与反应物浓度反应物浓度之间定量关系的数学表达式之间定量关系的数学表达式.定速步骤定速步骤:反应历程中速率最慢的基元反应;:反应历程中速率最慢的基元反应;例:例:H2+I2=2HI由二个基元反应组成:由二个基元反应组成:I22I (快)(快)H2+2I 2HI (慢)(慢)(定速步骤)定速步骤)故故H2+I2=2HI是由二个基元反应组成的复杂反应。是由二个基元反应组成的复杂反应。注意:化学反应历程要由实验决定!(已知的为注意:化学反应历程要由实验决
12、定!(已知的为数不多)数不多)2、质量作用定律、质量作用定律:在一定温度及在一定温度及Ea,下,基元下,基元反应的速率与各反应物的浓度反应的速率与各反应物的浓度(以方程式中计以方程式中计量系数为指数量系数为指数)的乘积成正比的乘积成正比.注意注意:(1)只适于只适于基元反应基元反应(2)与产物浓度无与产物浓度无关关例如基元反应:例如基元反应:CO(g)+NO2(g)=CO2(g)+NO(g)2NO2(g)=2NO(g)+O2(g)速率方程分速率方程分别为:v1=kc(CO)c(NO2)v2=kc2(NO2)速率方程通式速率方程通式:对于反应对于反应 aA+bB=dD+eEv=kCAmCBn对于
13、对于基元反应基元反应:v=kCAaCBb对于对于非基元反应非基元反应:v=kCAmCBn基元反应基元反应的的a.b 是方程式中的系数是方程式中的系数,非非基元反应基元反应的的m.n是由实验所测数据得出是由实验所测数据得出m.n可能与可能与a.b相同相同,也可能不同也可能不同.m=a,n=b不代不代表此反应一定是基元反应表此反应一定是基元反应3 3、应用反应速率方程时应、应用反应速率方程时应注意注意的问题的问题基元反应基元反应可按质量作用定律直接写出速率可按质量作用定律直接写出速率方程方程,如如:CO(g)+NO2(g)=CO2(g)+NO(g)是是基元反应,基元反应,则:则:v=k C(CO)
14、C(NO2)非基元反应非基元反应不能按质量作用定律直接写出不能按质量作用定律直接写出速率方程速率方程,要由实验测得要由实验测得m和和n,推出速率推出速率方程(但非基元反应的机理中的各基元反方程(但非基元反应的机理中的各基元反应可适用质量作用定律应可适用质量作用定律.)对对气体气体而言而言,C可以以可以以p表示表示,如上例如上例 v=k C(O2)或或v=k p(O2)k大小由实验测得大小由实验测得有有纯固体纯固体、纯液体纯液体参加的化学反应参加的化学反应,若它们不溶若它们不溶于其反应介质于其反应介质,可将其浓度视为常数不表示可将其浓度视为常数不表示.eg:C(s)+O2(g)=CO2(s)v=
15、kC(O2)例如例如:2Na(s)+2H2O(l)=2Na+(aq)+2OH-(aq)+H2(g)稀溶液稀溶液中溶剂参加的反应中溶剂参加的反应,其速率方程中不必其速率方程中不必列出溶剂的浓度列出溶剂的浓度.v=k4 4、反应速率常数、反应速率常数k:各反应物浓度均为单位浓度各反应物浓度均为单位浓度时的反应速率时的反应速率.k值的大小由反应物的本性决定值的大小由反应物的本性决定,不同反应的不同反应的k值不同值不同;同一反应同一反应k值只与温度和催化剂有关值只与温度和催化剂有关,不随反不随反应物浓度而变应物浓度而变.T升高,绝大多数反应k增大,v增大。当温度、反应物浓度一定时当温度、反应物浓度一定
16、时,k值越大值越大,反应速反应速率越快率越快 k的单位:的单位:mol1-XLX-1 S-1 零级反应零级反应 molL-1s-1 一级反应一级反应 s-1 二级反应二级反应 mol-1L s-1 三级反应三级反应 mol-2L2 s-1(X“总反应级数”)(*可由可由k的单位推测反应级数)的单位推测反应级数)对于反应物对于反应物A A:反应级数:反应级数=a=a 或或m m对于反应物对于反应物B B:反应级数:反应级数=b=b 或或n n对于整个反应:总反应级数对于整个反应:总反应级数X=a+b(X=a+b(或或m+n)m+n)5、反应级数反应级数对于任意反应:对于任意反应:aA+bB=pC
17、+qD aA+bB=pC+qD v=kcv=kcm m(A)(A)c cn n(B)(B)通常所说反应级数是指整个反应的通常所说反应级数是指整个反应的总级数总级数反应级数可以是正整数、分数、反应级数可以是正整数、分数、0,0,还可能为负数还可能为负数*.*.例如例如:a+b(或(或m+n)=0 零级反应零级反应 a+b(或(或m+n)=1 一级反应一级反应 a+b(或(或m+n)=2 二级反应二级反应 a+b(或(或m+n)=3 三级反应三级反应说明说明:基元反应比较简单基元反应比较简单,多为一多为一、二级二级,a+b一般小于一般小于4;非基元反应的非基元反应的m、n由实验测得由实验测得,与与
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- 无机 分析化学 章节 化学反应 速率
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