暨南大学有机无机化学第七章-化学动力学基础课件.ppt
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1、第七章第七章 化学动力学基础化学动力学基础v化学动力学的发展比化学热力学迟,而且化学动力学的发展比化学热力学迟,而且还没有形成象化学热力学那样完整的体系。还没有形成象化学热力学那样完整的体系。v至今为止,真正弄清至今为止,真正弄清反应历程反应历程的化学反应的化学反应为数不多。但随着分子束和激光技术的发展为数不多。但随着分子束和激光技术的发展和应用,人们开始可以从分子水平上观察化和应用,人们开始可以从分子水平上观察化学过程及其微观过程,开创了学过程及其微观过程,开创了微观反应动力微观反应动力学学,使化学动力学成为最活跃的化学研究领,使化学动力学成为最活跃的化学研究领域之一。域之一。7.1 化学反
2、应速率1.1.化学反应速率的定义化学反应速率的定义化学反应速率,是指在一个特定的反应中,物质化学反应速率,是指在一个特定的反应中,物质(反应物或生成物)的浓度随时间的变化率。(反应物或生成物)的浓度随时间的变化率。化学反应速率具有化学反应速率具有“浓度浓度 时间时间-1-1”的量纲。浓度的量纲。浓度常用物质的量浓度常用物质的量浓度(mol/L)(mol/L)表示。时间单位视反表示。时间单位视反应中反应快慢用秒应中反应快慢用秒(s)(s)、分、分(min)(min)、小时、小时(h)(h)表示。表示。平均速率平均速率对反应对反应aA+dD=gG+hH B为化学计量系数,为化学计量系数,对反应物取
3、负值,对产物则取对反应物取负值,对产物则取正值。正值。2.2.化学反应速率的两种方法化学反应速率的两种方法瞬时速率瞬时速率当当t 趋于无限小时的平均速率趋于无限小时的平均速率瞬时速率瞬时速率当当t 趋于无限小时的平均速率趋于无限小时的平均速率瞬时速率瞬时速率当当t 趋于无限小时的平均速率趋于无限小时的平均速率例:例:N2O5的分解反应的分解反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)在在340K测得实验数据为测得实验数据为 t/min 0 1 2 3 4 5c(N2O5)/(molL-1)1.00 0.70 0.50 0.35 0.25 0.17求反应在求反应在2分钟内的平均速率及分钟内的
4、平均速率及1分钟时的瞬时速分钟时的瞬时速率。率。2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)解:解:(1)求平均反应速率)求平均反应速率N2O5分解的分解的c-t曲线曲线作图法求瞬时反应速率作图法求瞬时反应速率时间时间t4.20.920y1y2x1x212t/min浓度(N2O5)(2)求)求1分钟时的瞬时反应速率分钟时的瞬时反应速率1min时的单一瞬时速率为在c-t线上任一点作切线,其斜率的负值就是N2O5该时刻的瞬时速率(2)求)求1分钟时的瞬时反应速率分钟时的瞬时反应速率1min时的单一瞬时速率为在c-t线上任一点作切线,其斜率的负值就是N2O5该时刻的瞬时速率7.2 影响化学反应速率的因
5、素1.基元反应与非基元反应基元反应与非基元反应基基元反应和反应分子数元反应和反应分子数一步就能完成的化学反应称为基元反应,简称元反一步就能完成的化学反应称为基元反应,简称元反应。应。基元反应中反应物微粒数之和称为基元反应中反应物微粒数之和称为反应分子数反应分子数,可,可分为单分子、双分子和三分子反应。分为单分子、双分子和三分子反应。O3(g)+NO(g)NO2(g)+O2(g)2NO22NO+O2SO2Cl2 SO2+Cl27.2 影响化学反应速率的因素1.基元反应与非基元反应基元反应与非基元反应基基元反应和反应分子数元反应和反应分子数一步就能完成的化学反应称为基元反应,简称元反一步就能完成的
6、化学反应称为基元反应,简称元反应。应。基元反应中反应物微粒数之和称为基元反应中反应物微粒数之和称为反应分子数反应分子数,可,可分为单分子、双分子和三分子反应。分为单分子、双分子和三分子反应。O3(g)+NO(g)NO2(g)+O2(g)2NO22NO+O2SO2Cl2 SO2+Cl2非基元反应非基元反应由两个或两个以上基元反应组合而成的反应。由两个或两个以上基元反应组合而成的反应。特点:实验可检测到中间产物特点:实验可检测到中间产物,但中间产物被后面但中间产物被后面的一步或几步基元反应消耗掉的一步或几步基元反应消耗掉,不出现在总反应方,不出现在总反应方程式中。程式中。对于非基元反应,讨论反应分
7、子数没有意义对于非基元反应,讨论反应分子数没有意义如:反应如:反应 NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g)中间产物中间产物NO3可被光谱检测到,但是没有从产物中可被光谱检测到,但是没有从产物中分离出来。因此上述反应可视分离出来。因此上述反应可视为由下列两个基元反为由下列两个基元反应组合而成应组合而成:NO2+NO2 NO3+NO(慢)(慢)NO3+CO NO2+CO2(快)(快)结论:结论:v非基元反应是由非基元反应是由两个或两个以上基元反应两个或两个以上基元反应组合而成的;组合而成的;v一个反应是否基元反应只能由实验决定。一个反应是否基元反应只能由实验决定。问题:问题:v为什么要将
8、反应区分为基元反应和非基元为什么要将反应区分为基元反应和非基元反应?反应?结论:结论:v非基元反应是由非基元反应是由两个或两个以上基元反应两个或两个以上基元反应组合而成的;组合而成的;v一个反应是否基元反应只能由实验决定。一个反应是否基元反应只能由实验决定。问题:问题:v为什么要将反应区分为基元反应和非基元为什么要将反应区分为基元反应和非基元反应?反应?2.质量作用定律质量作用定律当温度一定时,基元反应的反应速率与各反应物当温度一定时,基元反应的反应速率与各反应物浓度幂(以计量系数为幂)的乘积成正比。浓度幂(以计量系数为幂)的乘积成正比。如对于基元反应:如对于基元反应:aA+bB=gG+hH
9、SO2Cl2 SO2+Cl2 v=k1c(SO2)(Cl2)NO2+CO NO+CO2 v=k2c(NO2)(CO)2NO2 2NO+O2 v=k3c(NO2)2 质量作用定律仅适用于基元反应,质量作用定律仅适用于基元反应,对非基元反应不适用。对非基元反应不适用。SO2Cl2 SO2+Cl2 v=k1c(SO2)(Cl2)NO2+CO NO+CO2 v=k2c(NO2)(CO)2NO2 2NO+O2 v=k3c(NO2)2 质量作用定律仅适用于基元反应,质量作用定律仅适用于基元反应,对非基元反应不适用。对非基元反应不适用。3.3.速率方程式速率方程式表示反应速率与反应物浓度之间定量关系的数学表
10、示反应速率与反应物浓度之间定量关系的数学式称为反应速率方程式。式称为反应速率方程式。aA+bB=gG+hH(a a)对于基元反应,速率方程式直接由质量作)对于基元反应,速率方程式直接由质量作用定律得出。用定律得出。(b b)对于非基元反应,只能根据实验来确定反)对于非基元反应,只能根据实验来确定反应速率方程式。应速率方程式。(慢,速率控制步骤)例如:对非基元反应例如:对非基元反应反应机理为反应机理为(快)速率控制步骤的速率速率控制步骤的速率=非基元反应的速率非基元反应的速率速率方程为:速率方程为:(慢,速率控制步骤)例如:对非基元反应例如:对非基元反应反应机理为反应机理为(快)速率控制步骤的速
11、率速率控制步骤的速率=非基元反应的速率非基元反应的速率速率方程为:速率方程为:v c(H2)1073K2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)又如,通过实验测定发现又如,通过实验测定发现实验编号实验编号c(NO)/molL-1c(H2)/molL-1 v/molL-1s-1 10.0060.0013.1910-320.0060.0026.3610-330.0060.0039.5610-3v c2(NO)v=k c2(NO)c(H2)2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)实验编号实验编号c(NO)/molL-1c(H2)/molL-1 v/molL-1s-1 40.00
12、10.0060.4810-350.0020.0061.9610-360.0030.0064.3010-3纯固态或纯液态反应物的浓度不写入速率纯固态或纯液态反应物的浓度不写入速率方程式。方程式。在稀溶液中进行的反应,若溶剂参与反应,在稀溶液中进行的反应,若溶剂参与反应,但因它的浓度几乎维持不变,故也不写入但因它的浓度几乎维持不变,故也不写入速率方程式。速率方程式。三点说明三点说明如 C(s)+O2(g)CO2(g)v=kc(O2)纯固态或纯液态反应物的浓度不写入速率纯固态或纯液态反应物的浓度不写入速率方程式。方程式。在稀溶液中进行的反应,若溶剂参与反应,在稀溶液中进行的反应,若溶剂参与反应,但因
13、它的浓度几乎维持不变,故也不写入但因它的浓度几乎维持不变,故也不写入速率方程式。速率方程式。三点说明三点说明如 C(s)+O2(g)CO2(g)v=kc(O2)若反应物有气体,可用气体分压代替浓度若反应物有气体,可用气体分压代替浓度如 C(s)+O2(g)CO2(g)v=kp(O2)若反应物有气体,可用气体分压代替浓度若反应物有气体,可用气体分压代替浓度如 C(s)+O2(g)CO2(g)v=kp(O2)4.4.速率常数与反应级数速率常数与反应级数(1 1)速率常数)速率常数反应速率方程式中的比例系数反应速率方程式中的比例系数 k k 称为称为速率常数速率常数。关于速率常数的几点说明:关于速率
14、常数的几点说明:速率常数的数值相当于在给定温度下,反应物都速率常数的数值相当于在给定温度下,反应物都处于单位浓度时的反应速率。处于单位浓度时的反应速率。不同的反应,有不同的速率常数,速率常数的大不同的反应,有不同的速率常数,速率常数的大小反映速率的快慢,速率常数大,反应速率快。小反映速率的快慢,速率常数大,反应速率快。对于同一反应来说,速率常数随温度、反应对于同一反应来说,速率常数随温度、反应物本质、溶剂、催化剂等不同而改变,但与物本质、溶剂、催化剂等不同而改变,但与反应物的浓度无关反应物的浓度无关。速率常数的量纲根据速率方程式中浓度项上速率常数的量纲根据速率方程式中浓度项上幂次的不同而不同。
15、幂次的不同而不同。(2 2)反应级数)反应级数在速率方程中,各反应物的浓度的指数称为在速率方程中,各反应物的浓度的指数称为该该反应物的反应级数反应物的反应级数。所有反应物的级数之和称为所有反应物的级数之和称为反应的总级数反应的总级数。反应总级数反应总级数速率方程速率方程0v=k1v=kc2v=kc23v=kc3例:基元反应例:基元反应 NO2+CO=NO+CO2对于对于NO2,反应级数为,反应级数为 1,对于对于CO,反应级数是,反应级数是 1,该反应的反应总级数:该反应的反应总级数:1+1 =2 例:复杂反应例:复杂反应 2NO+2 H2=N2+2 H2O 反应总级数为反应总级数为3。例:基
16、元反应例:基元反应 NO2+CO=NO+CO2对于对于NO2,反应级数为,反应级数为 1,对于对于CO,反应级数是,反应级数是 1,该反应的反应总级数:该反应的反应总级数:1+1 =2 例:复杂反应例:复杂反应 2NO+2 H2=N2+2 H2O 反应总级数为反应总级数为3。例:基元反应例:基元反应 NO2+CO=NO+CO2对于对于NO2,反应级数为,反应级数为 1,对于对于CO,反应级数是,反应级数是 1,该反应的反应总级数:该反应的反应总级数:1+1 =2 例:复杂反应例:复杂反应 2NO+2 H2=N2+2 H2O 反应总级数为反应总级数为3。速率常数的量纲根据反应总级数的不同而不同。
17、速率常数的量纲根据反应总级数的不同而不同。n=0 零级反应零级反应 k的单位是的单位是molL-1s-1n=1 一级反应一级反应 k的单位是的单位是s-1n=2 二级反应二级反应 k的单位是的单位是mol-1Ls-1n=3 三级反应三级反应 k的单位是的单位是mol-2L2s-1注意:注意:反应级数越大,则反应物浓度对反反应级数越大,则反应物浓度对反应速率的影响越大。应速率的影响越大。反应级数可以是整数,也可是分数反应级数可以是整数,也可是分数或零。或零。零级反应中反应物浓度对反应速率零级反应中反应物浓度对反应速率无影响。无影响。5、具有简单级数的反应及其特点、具有简单级数的反应及其特点1、一
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- 暨南大学 有机 无机化学 第七 化学 动力学 基础 课件
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