化学反应速率PPT讲稿.ppt

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1、化学反应速率第1页，共45页，编辑于2022年，星期五 化化学学动动力力学学研研究究的的是是反反应应进进行行的的速速率率,并并根根据据研研究究反反应应速速率率提提供供的的信信息息探探讨讨反反应应机机理理，即即研研究究反应的快慢和反应进行的途径。反应的快慢和反应进行的途径。H2与与O2具具有有生生成成H2O的的强强烈烈趋趋势势,但但室室温温下下气气体体混混合合物物放放置置1万万年年仍仍看看不不出出生生成成H2O的的迹迹象象。为为了了利利用用这这个个反反应应释释放放的的巨巨大大能能量量,就就必必须须提提供供适适当当的的动动力力学学条条件件。因因此此，化化学学动动力力学学研研究究还还在在于其实用意义

2、。于其实用意义。第2页，共45页，编辑于2022年，星期五2.5.1 化学反应速率的概念化学反应速率的概念Conception of chemical reaction rate第3页，共45页，编辑于2022年，星期五 反反应应速速率率是是指指给给定定条条件件下下反反应应物物通通过过化化学学反反应应转转化化为为产产物物的的速速率率，常常用用反反应应物物或或者者生生成物的浓度随时间的变化成物的浓度随时间的变化来表示。来表示。浓浓度度常常用用molL1，时时间间常常用用s，min，h，d，y。1.化学反应的速率化学反应的速率第4页，共45页，编辑于2022年，星期五aA +bB yY +zZ对于

3、一般的化学反应：对于一般的化学反应：速率用反应物和产物表示都可以速率用反应物和产物表示都可以 反应速率又分为反应速率又分为平均速率平均速率和和瞬时速率瞬时速率两种表两种表示方法。示方法。第5页，共45页，编辑于2022年，星期五 瞬时速率只能用作图的方法得到，例如对于瞬时速率只能用作图的方法得到，例如对于反应（反应（45 ）：）：2N2O5 4NO2+O22 反应的瞬时速率反应的瞬时速率第6页，共45页，编辑于2022年，星期五c(N2O5)/moldm-3 v/mol dm-3 s-1 0.90 5.410-4 0.45 2.710-4第7页，共45页，编辑于2022年，星期五反应反应 2W

4、+X Y+Z哪种速率表达式是正确的？哪种速率表达式是正确的？Question 1Question 1第8页，共45页，编辑于2022年，星期五 1.反应历程：反应历程：反应物转变为生成物的具体途径、步骤。反应物转变为生成物的具体途径、步骤。B B是隋性物质，是隋性物质，只起传递能量只起传递能量的作用的作用2.5.2 反应历程和基元反应反应历程和基元反应第9页，共45页，编辑于2022年，星期五2.基元反应：反应物分子基元反应：反应物分子(或离子、原子及自由基等或离子、原子及自由基等)直接碰撞发生作用而生成产物的反应直接碰撞发生作用而生成产物的反应第10页，共45页，编辑于2022年，星期五研究

5、证明：研究证明：只有少数化学反应是由反应物一步直接转化为生成只有少数化学反应是由反应物一步直接转化为生成物的基元反应！物的基元反应！第11页，共45页，编辑于2022年，星期五2.5.3 反应速率理论简介反应速率理论简介 Brief introductory to reaction rate theory1 碰撞理论碰撞理论 Collision theory2 过渡状态理论过渡状态理论 Transition state theory 第12页，共45页，编辑于2022年，星期五(1).发生化学反应的首要条件发生化学反应的首要条件碰撞碰撞;(2).但并非所有的碰撞均能发生化学反应；但并非所有的碰

6、撞均能发生化学反应；1 碰撞理论碰撞理论第13页，共45页，编辑于2022年，星期五(1)能量因素能量因素 活化分子活化分子：那些具有足够高的能量、能够：那些具有足够高的能量、能够发生有效碰撞的分子。发生有效碰撞的分子。第14页，共45页，编辑于2022年，星期五气体分子的能量分布曲线气体分子的能量分布曲线活化分子百分数活化分子百分数 f=活化能活化能:要使普要使普通分子成为活化通分子成为活化分子所需的最小分子所需的最小能量能量,用用Ea 表示。表示。即要使即要使1mol具有具有平均能量的分子平均能量的分子转化成活化分子转化成活化分子所需吸收的最低所需吸收的最低能量。能量。第15页，共45页，

7、编辑于2022年，星期五(2)方位因素方位因素 两分子取向有利于发生反应的碰撞机会占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总碰撞机会的百分数称为方位因子p p。合适合适方向方向不合适的不合适的方向方向 化学反应的方位因素化学反应的方位因素第16页，共45页，编辑于2022年，星期五 对对 HCl 和和 N(CH2CH2CH3)3 的气相反应，显然的气相反应，显然 HCl 的的 H 端只能通过狭窄的端只能通过狭窄的“窗口窗口”接近孤对电子，接近孤对电子，发生有效碰撞的机会自然小多了。发生有效碰撞的机会自然小多了。第17页，共45页，编辑于2022年，星期五2 过渡状态

8、理论过渡状态理论20世纪世纪30年代年代 埃林等人提出：埃林等人提出：理论要点：反应物分子在碰撞后，形成一种理论要点：反应物分子在碰撞后，形成一种活化络合活化络合物物，其价键结构处于原有化学键被削弱，新化学键正，其价键结构处于原有化学键被削弱，新化学键正在形成的过渡状态，此时，势能较高，极不稳定极易在形成的过渡状态，此时，势能较高，极不稳定极易分解为产物或者反应物。分解为产物或者反应物。A+B-CA B C*A-B+C反应物反应物(始态始态)活化络合物活化络合物(过渡态过渡态)产物产物(终态终态)第18页，共45页，编辑于2022年，星期五反应前反应前过渡态过渡态反应后反应后第19页，共45页

9、，编辑于2022年，星期五第20页，共45页，编辑于2022年，星期五 反应物的能量必反应物的能量必须爬过一个能垒才须爬过一个能垒才能转化为产物；能转化为产物；即使是放热反应即使是放热反应(rH为负值为负值)，外界，外界仍必须提供最低限度仍必须提供最低限度的能量，这个能量就的能量，这个能量就是反应的活化能。是反应的活化能。第21页，共45页，编辑于2022年，星期五2.5.4 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 Influential factors on chemical reaction rate第22页，共45页，编辑于2022年，星期五1 浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反

10、应速率的影响 在温度恒定情况下在温度恒定情况下,增增加反应物的浓度可以增加反应物的浓度可以增大反应速率。大反应速率。用来表示反应速率与反用来表示反应速率与反应物浓度之间定量关系的方应物浓度之间定量关系的方程式叫速率方程又叫速率定程式叫速率方程又叫速率定律。律。白磷在纯氧气中和在空气中的燃烧白磷在纯氧气中和在空气中的燃烧一、化学反应的速率方程一、化学反应的速率方程第23页，共45页，编辑于2022年，星期五 (1)质量作用定律质量作用定律(law of mass action)R在一定温度下，基元反应的速率与各反应物浓度相在一定温度下，基元反应的速率与各反应物浓度相应幂的乘积成正比。应幂的乘积成

11、正比。R对于一个基元反应：对于一个基元反应：a A+b B c C+d D 其速率方程其速率方程(rate equation)可以表示如下：可以表示如下：R =kc c(A)a c(B)bR式中式中v为瞬时速率，为瞬时速率，c(A)、c(B)分别为分别为瞬时浓度瞬时浓度；R kc为速率常数为速率常数(rate constant)。1.基元反应的速率方程基元反应的速率方程第24页，共45页，编辑于2022年，星期五(2)反应级数反应级数(reaction order)基元反应基元反应 a A +b B =c C +d D =kc c(A)a c(B)b a+b 表示该反应级数。表示该反应级数。对

12、于物质对于物质A是是a级反应，对物质级反应，对物质B是是b级反应级反应反应级数的意义反应级数的意义：表示了反应速率与物质的量浓度的关系。表示了反应速率与物质的量浓度的关系。速率方程中各反应物浓度的指数和。速率方程中各反应物浓度的指数和。第25页，共45页，编辑于2022年，星期五(3)速率常数速率常数(rate constant)关于速率常数关于速率常数 kc:由化学反应本身决定，是化学反应在一定温由化学反应本身决定，是化学反应在一定温度时的特征常数；度时的特征常数；相同条件下，相同条件下，k kc c值越大，反应速率越快；值越大，反应速率越快；k kc c的数值与反应物的浓度无关。的数值与反

13、应物的浓度无关。受受温度温度、催化、催化剂影响。剂影响。第26页，共45页，编辑于2022年，星期五速率常数的单位：速率常数的单位：对零级反应：对零级反应：moll-1s-1对一级反应：对一级反应：s-1对二级反应：对二级反应：mol-1ls-1对三级反应：对三级反应：mol-2l2s-1第27页，共45页，编辑于2022年，星期五一些反应的速率方程一些反应的速率方程第30页，共45页，编辑于2022年，星期五 复杂反应的速率方程只能通过实验获得，即使由实复杂反应的速率方程只能通过实验获得，即使由实验测得的反应级数与反应方程式中反应物计量之和相等，验测得的反应级数与反应方程式中反应物计量之和相

14、等，该反应也不一定就是基元反应。该反应也不一定就是基元反应。实际是两步完成实际是两步完成 如如:H2(g)+I2(g)=2HI(g)I2(g)=I(g)+I(g)快快 H2(g)+2 I(g)=HI(g)+HI(g)慢慢 =kcc(H2)c(I2)未知反应历程复杂反应的速率方程只能未知反应历程复杂反应的速率方程只能通过实验获得！通过实验获得！第31页，共45页，编辑于2022年，星期五实实 验验 初始初始c(NH4+)初始初始c(NO2)初始速率初始速率(molL1s1)1.3510-70.005 mol L1 20.200 mol L1 0.010 mol L1 5.4010-730.100

15、 mol L1 0.010 mol L1 2.7010-70.100 mol L11对反应对反应 NH4+(aq)+N2(g)+2H2O(l)：由实验由实验1和和2可知：可知：v2:v1=2.00=(2.0)m m=1同理可得同理可得 n=1 v=k c()c()1.3510-4molL-1 s-1(0.100molL-1)(0.005molL-1)k=2.7 10-4mol-1Ls-1介绍一种速率方程的确定方法介绍一种速率方程的确定方法初始速率法初始速率法第32页，共45页，编辑于2022年，星期五温度升高，大多数化学反应的速度加快温度升高，大多数化学反应的速度加快 分子运动速率加快分子运动

16、速率加快,反应反应物分子间碰撞频率增大物分子间碰撞频率增大 活化分子百分数增大活化分子百分数增大原因：原因：2 温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响(1).Vant Hoff规则：规则：第36页，共45页，编辑于2022年，星期五 (2)(2)阿仑尼乌斯方程式及其应用阿仑尼乌斯方程式及其应用A A：反应的频率因子，反应的频率因子，对确定的化学反应是一常数，对确定的化学反应是一常数，A与与k同一量纲；同一量纲；E a a：反应活化能；反应活化能；R R：8.314 Jmol-1K-1 T：热力学温度热力学温度第37页，共45页，编辑于2022年，星期五阿仑尼乌斯公式的应用阿仑尼乌斯公

17、式的应用阿仑尼乌斯公式的应用阿仑尼乌斯公式的应用(1)求反应的活化能求反应的活化能 作图法作图法 做做 图图 斜率斜率 根据二点进行计算根据二点进行计算 或或第38页，共45页，编辑于2022年，星期五 (2)求反应的速率常数求反应的速率常数 或或(3)解释一些速率规律解释一些速率规律:温度升高温度升高,反应速率加快。反应速率加快。活化能越大活化能越大,反应速率越小。反应速率越小。第39页，共45页，编辑于2022年，星期五3 催化剂对反应速率的影响催化剂对反应速率的影响催化剂催化剂:存在少量就能显著改变反应速率，反应结束时，存在少量就能显著改变反应速率，反应结束时，其自身的质量、组成和化学性

18、质基本不变的物质。其自身的质量、组成和化学性质基本不变的物质。催化作用的特点催化作用的特点：(1)催化剂与催化作用催化剂与催化作用a.催化剂只能改变反应速率催化剂只能改变反应速率,不能改变不能改变反应方向。反应方向。b.催化剂只能缩短可逆反应达到平衡催化剂只能缩短可逆反应达到平衡的时间的时间,不能改变平衡状态。不能改变平衡状态。c.催化剂参与反应过程催化剂参与反应过程,改变反应途径改变反应途径,降低反应活化能。降低反应活化能。第40页，共45页，编辑于2022年，星期五(2)均相催化、多相催化和酶催化均相催化、多相催化和酶催化 均相催化均相催化:催化剂与反应物种在同一相中的催化反催化剂与反应物

19、种在同一相中的催化反应应 多相催化多相催化:催化剂与反应物种不属于同一物相的催催化剂与反应物种不属于同一物相的催化反应化反应 第41页，共45页，编辑于2022年，星期五第42页，共45页，编辑于2022年，星期五高效高效高选择性高选择性条件温和条件温和以酶为催化剂的反应，其特点是：以酶为催化剂的反应，其特点是：大大多多数数酶酶反反应应在在人人的的体体温温条条件件下下进进行行得得很很快快。温温度度超超过过37太太多多时时酶酶会会失失去去活活性性,这这是是因因为为体体温温升升高高导导致致酶酶的的结结构构发发生生变变化化,活活性性部部位位发发生生变变形形,从从而而难难以以实实现现 “锁配钥锁配钥”

20、关系。关系。第43页，共45页，编辑于2022年，星期五您您知知道道您您每每天天喝喝进进的的牛牛奶奶是是怎怎样样消化的吗消化的吗?乳糖乳糖 葡萄糖葡萄糖 半乳糖半乳糖乳糖酶乳糖酶 生生物物化化学学家家用用“锁锁配配钥钥”模模型型(“锁锁和和钥钥匙匙”)解解释释酶酶的的催催化化活活性。性。Question 4Question 4Solution第44页，共45页，编辑于2022年，星期五4 反应物之间的接触状况对反应速反应物之间的接触状况对反应速 率的影响率的影响(1)气相或溶液中进行的化学反应不考虑接触状况。气相或溶液中进行的化学反应不考虑接触状况。(2)固体参加，其接触面积和形状不可忽视。红热状态的固体参加，其接触面积和形状不可忽视。红热状态的 块状铁与水蒸气之间的反应进行得非常缓慢块状铁与水蒸气之间的反应进行得非常缓慢,而同样而同样 温度下铁粉的反应则要快得多：温度下铁粉的反应则要快得多：铁与盐酸的反应铁与盐酸的反应3Fe(s)+4 H2O(g)Fe3O4(s)+4 H2(g)第45页，共45页，编辑于2022年，星期五