第二章化学动力学基础.ppt

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1、普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学第二章第二章 化学动力学基础化学动力学基础第一节第一节任务与目的任务与目的化学动力学：研究化学反应进行的实际过程和进行的速率大小的学科任务反应快慢程度，C反应物、T、催化剂等因素对反应过程究竟怎么发生反应机理反应速率目的：控制反应的进行普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学化学热力学与动力学的区别1、解决的问题不同 热力学：可能性 动力学：现实性2、研究的方法 热力学：始终态 动力学：具体的过程普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学热力学的指导意义热力学上能自发的反应，可能受动力学因素控制，但热力学具有重要的理论指导意义

2、如：C(金刚石)-C(石墨)，rGm=-2.9KJmol-1 普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学第二节第二节 化学反应机理简介化学反应机理简介一、基本概念：1.基元反应：反应物分子经过一步碰撞即生成产物的反应。如：反应 2NO +2H2=N2+2H2O 由以下 2NO+H2=N2+H2O2 H2+H2O2=2H2O2.简单反应：由一个基元反应组成的反应（一步反应）3.复杂反应：两步及以上反应4.反应的分子数：基元反应基元反应中参加反应的最少分子数，一般 反应多为双分子反应，三分子极少见到，三个以上还未发现普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学一、基本概念5.活化分子

3、：能够发生有效碰撞的分子6.活化能：活化分子所具有的最低能量与体系中分 子的平均能量之差普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学二、碰撞理论1.理论要点(1)反应物分子必须碰撞方可反应 必要条件(2)分子的有效碰撞才能发生反应 充分条件(3)具有一定能量（足够高）的分子（活化分子）才 可能发生有效碰撞(4)活化分子在一定方位上碰撞才能发生有效碰撞普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学2.有效碰撞能引起化学反应的碰撞条件：分子具有足够高的能量 碰撞时要求有一定的空间取向有效碰撞的分率很小，如300K下，反应2HI(0.001mol/l)-H2+I2 理论速率：1.210-5

4、 mol/(l s)实际速率：3.510-13 mol/(l s)普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学3.活化能Ea与焓变rHm的关系 r rH Hm m=E=Ea a正正 -E Ea a逆逆 如：反应过程中分子的能量变化如下图所示结论：Ea减小，活化分子百分数 增加,增大 Ea正 Ea逆，rHm 0，=dc/dt，取正值取正值 普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学化学反应速率的计算化学反应速率的计算计算：对反应 aA +bB=dD+gG 说明：(1)反应物取负号，为使v 0 (2)分别除以系数a、b、d、g，使v与计算时选用 的物质种类无关 普通化学普通化学第二章

5、第二章 化学动力学化学动力学第四节第四节浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响一、浓度与反应速率的关系一、浓度与反应速率的关系对于任意化学反应 aA+bB=gG+dD，则反应速率与反应物浓度的关系为：化学反应的总级数化学反应的总级数 x+yx+y反应速率常数，与反应速率常数，与T T、催化剂有关，、催化剂有关，与浓度无关与浓度无关A A物质的反物质的反应级数应级数B B物质的反物质的反应级数应级数最简单的速率方程？普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学二二 、质量作用定律、质量作用定律(挪威古德柏格和瓦格挪威古德柏格和瓦格18631863）1 1.内容：基元反应的速率与反应物浓度

6、的系数幂的内容：基元反应的速率与反应物浓度的系数幂的 乘积成正比乘积成正比基元反应基元反应 a aA A+b bB B=dDdD+gGgG，质量作用定律表达式，质量作用定律表达式k k速率常数，为反应物浓度均速率常数，为反应物浓度均1mol/l1mol/l时的反应速度，时的反应速度，与浓度无关与浓度无关普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学2 2.注意点注意点(1)(1)基元反应才适用，非基元反应不适用基元反应才适用，非基元反应不适用(2)(2)纯液体、固体、溶剂不列入（认为浓度不改变）纯液体、固体、溶剂不列入（认为浓度不改变）(3)(3)对于有气体参加的反应，可用分压代替浓度对于

7、有气体参加的反应，可用分压代替浓度 (4)(4)基元反应的逆反应也满足质量作用定律基元反应的逆反应也满足质量作用定律如：如：C(sC(s)+O)+O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g)(g)例：上述反应例：上述反应普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学判断正误判断正误(1)(1)速率方程形式上不符合质量作用定律的反应是非基元反应速率方程形式上不符合质量作用定律的反应是非基元反应 (2)(2)速率方程符合质量作用定律的反应是基元反应速率方程符合质量作用定律的反应是基元反应(3)(3)测定反应的速率方程，可判定反应是否为基元反应？测定反应的速率方程，可判定反应是否为基元反应？(4

8、)(4)无论一个反应是否基元反应，都有对应反应速率方程式，但无论一个反应是否基元反应，都有对应反应速率方程式，但 不一定满足质量作用定律。不一定满足质量作用定律。若一反应 2A+3B=G+4D 的反应速率方程式为：，则该反应是基元反应。注：注：化学反应的级数要由实验测定化学反应的级数要由实验测定普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学1.1.多相反应多相反应 相：体系内物理性质、化学性质完全相同的部分相：体系内物理性质、化学性质完全相同的部分 如：空气、溶液如：空气、溶液单相体系：体系中所有物质都处于同一个相中单相体系：体系中所有物质都处于同一个相中 如：气体都属于单相体系如：气体都

9、属于单相体系多相体系：含有两个或两个以上相的体系多相体系：含有两个或两个以上相的体系3.3.影响因素：浓度影响、接触面、扩散作用影响因素：浓度影响、接触面、扩散作用三、影响多相反应速率的因素三、影响多相反应速率的因素普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学第五节第五节 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响经验规则：经验规则：一般反应T升高，加快 温度每升高10，反应速率增大24倍（范特霍夫)碰撞理论认为：碰撞理论认为：T升高，分子运动加快，分子间碰撞次数增多T升高，分子能量增大，更多分子成为活化分子，活化分子百分数增大以上两方面的原因促使反应速率加快T T对反应速率影响的定量关系

10、？对反应速率影响的定量关系？普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学一、阿累尼乌斯公式1、表达式Z Z：碰撞频率因子，与温度有关，通常认为不变Ea：反应的表观活化能，KJ/mollg k=-Ea/(2.303RT)+lg Zlg k=-Ea/(2.303RT)+lg Zlnln k=-Ea/(RT)+k=-Ea/(RT)+lnln Z Z普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学2、公式的应用：(1)(1)表观活化能表观活化能Ea的测定的测定表观活化能EaEa=-2.303R(J/mol)Ea=-R(J/mol)2、公式的应用普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学

11、(2)(2)不同温度下不同温度下k k的关系的关系普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学 Ea的计算 k2的求算易出错处易出错处：1，2的位置；单位要统一；要用热力学温度；ln与lg要分清区分两公式普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学例题例题1 1：某反应在273K达到平衡，升温到283K时，平衡如何移动？已知该反应的Ea正=83.68kJ/mol，Ea逆=167.36 kJ/mol解：升温，平衡向 吸 热移动；rHm=Ea正-Ea逆=-83.68kJ/mol逆反应吸热；升温，平衡向 左(逆反应)移动放热普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学例题2：一杯牛

12、奶放在4的冰箱中48h变质，放在25 的室温下12h变质，求牛奶变质反应的 Ea=。解：C/tC/t1 1=k=k1 1C Ci ix x C/t C/t2 2=k=k2 2C Ci ix xK K277 277/K/K298 298=t=t298 298/t/t277 277=12/48=0.25=12/48=0.25lg0.25=(Ea/2.303R)(-21)/277298lg0.25=(Ea/2.303R)(-21)/277298 Ea=45300 J/mol Ea=45300 J/mol普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学第六节 催化剂对反应速率的影响1.1.催化剂催化

13、剂：能改变反应速率，本身组成、质量和化学性质保持不变 正催化剂 负催化剂2.2.催化剂影响反应速率的根本原因（催化剂影响反应速率的根本原因（EaEa减小）减小）反应实际经历的途径发生改变，走的是一条活化能较低的途径催化剂对V的影响是通过改变反应机理（降低Ea）实现反、产物相对能量不变，rHm=Ea正-Ea逆催化剂同等程度加快正逆反应的v,是反应达平衡时间缩短催化剂只能使热力学可能的反应加速催化剂只改变动力学因素，对热力学性质的无影响普通化学普通化学第二章第二章 化学动力学化学动力学影响反应速率的三因素反应物 C （T 不变）T （C不变）T、C不变 加催化剂 总分子数 不变 不变 活化分子数活化分子比例 不变 Ea 不变 变化不大 反应速率