化学反应速率(无机化学核心教程).ppt

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1、化学反应速率化学反应速率 Rate of chemical reaction作业作业：PP55 1，3，4，9，13CO(g)+NO(g)=CO2(g)+1/2 N2(g)Kp=1.91060 500(298K)常温下，此反应基本上不能进行，为什么？常温下，此反应基本上不能进行，为什么？CO(g)+NO(g)CO2(g)+1/2 N2(g)123 本章主要内容：本章主要内容：化学反应速率和反应机制化学反应速率和反应机制化学反应速率理论简介化学反应速率理论简介（难点）（难点）浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率的影响（重点）（重点）温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响（重点）（

2、重点）催化剂对化学反应速率的影响催化剂对化学反应速率的影响第一节第一节 化学反应速率的表示方法化学反应速率的表示方法一、化学反应速率一、化学反应速率想一想：可以用什么来衡量化学反应的快慢？想一想：可以用什么来衡量化学反应的快慢？时间变化时间变化反应物浓反应物浓度减少度减少生成物浓生成物浓度增加度增加想一想：化学反应速度与普通物体的移动速度想一想：化学反应速度与普通物体的移动速度有些什么相同的地方？有些什么相同的地方？全程平均速度全程平均速度某一点的瞬时速度某一点的瞬时速度二、化学反应的平均速率和瞬时速度二、化学反应的平均速率和瞬时速度平均速率平均速率瞬时速率瞬时速率 =c（反应物）（反应物）t

3、 =dc（反应物）（反应物）dtH2O2(aq)=H2O(l)+1/2O2(g)I-t t(min)(min)HH2 2OO2 2 mol/Lmol/LV Vmol/Lminmol/Lmin0 00.800.8020200.400.40(0-20min)(0-20min)0.40/20=0.0200.40/20=0.02040400.200.20(20-40min)(20-40min)0.20/20=0.0100.20/20=0.01060600.100.10(40-60min)(40-60min)0.10/20=0.00500.10/20=0.0050c(H2O2)t第二节第二节 化学反应速

4、率理论简介化学反应速率理论简介一、碰撞理论与活化能一、碰撞理论与活化能CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)问题：是否每一次的分之间碰撞都能生成产问题：是否每一次的分之间碰撞都能生成产物？物？1、有效碰撞理论、有效碰撞理论OCHOHOCHOHHOHOCOCHOHHOHOCOCHOHAB有效碰撞有效碰撞发生反应的碰撞发生反应的碰撞B弹性碰撞弹性碰撞不不发生反应的碰撞发生反应的碰撞A什么条件下能发生有效碰撞？什么条件下能发生有效碰撞？需要足够的能量（需要足够的能量（动能动能）有合适的方向有合适的方向活化分子活化分子2、活化分子与活化能、活化分子与活化能EN/NE平平EEa 正值，键能正值

5、，键能。活化能（活化能（activation energy）Ea的的特征：特征：活化分子活化分子%，反应速率，反应速率v。Ea仅与反应物本性、途径仅与反应物本性、途径有关有关，与，与C、T无关无关。40kJ/mol400kJ/mol60kJ/mol250kJ/mol反应极快反应极快反应极慢反应极慢二、过渡态理论简介二、过渡态理论简介ONO+COON O CO过渡态过渡态NO+CO2活化络合物活化络合物fastslowNO2+CONO+CO2ON O CO势势能能反应进程反应进程EaEarHm活化能：活化能：反应的能垒。反应的能垒。Ea，v问：正向反应是吸热还是放热？问：正向反应是吸热还是放热？

6、rHm=Ea-Ea可逆反应可逆反应 AB+C，正向反应的，正向反应的活化能为活化能为Ea1，逆向反应的活化能为，逆向反应的活化能为Ea2若正反应是吸热的，则若正反应是吸热的，则Ea1Ea2练习：练习：第三节第三节 反应机理和元反应反应机理和元反应1、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)一步完成一步完成 第一步：第一步：I2(g)2I(g)第二步：第二步：H2(g)+2I(g)2HI(g)快快慢慢2、H2(g)+I2(g)2HI(g)一、简单反应和复杂反应一、简单反应和复杂反应元反应元反应一步一步就完成的反应。就完成的反应。复合反应复合反应由若干元反应组成由若干元反应组成反应机制反应

7、机制反应进行的实际步骤反应进行的实际步骤速率控制步骤速率控制步骤速率最小速率最小的那个元反应的那个元反应复合反应的总速率取决于限速步骤复合反应的总速率取决于限速步骤反应物分子直接碰撞一次反应物分子直接碰撞一次就能生成产物。就能生成产物。二、元反应和反应分子数二、元反应和反应分子数1、元反应：、元反应：2、反应分子数：、反应分子数：元反应元反应中反应物微粒数之和。中反应物微粒数之和。（在反应方程式中表现为（在反应方程式中表现为反应物的系数反应物的系数之和）之和）CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)双分子反应：双分子反应：单分子反应：单分子反应：CH3-CH=CH2三、质量作用定律与速

8、率方程式三、质量作用定律与速率方程式1、质量作用定律：、质量作用定律：对于对于元元反应：反应：aA+bBdD+eE速率方程式：速率方程式：=kcAacBbk速率常数，与反应物本性、速率常数，与反应物本性、T、催化剂有关，与催化剂有关，与c无关。无关。质量作用定律只适用于元反应质量作用定律只适用于元反应2、速率方程式：表示反应物浓度和反应速率、速率方程式：表示反应物浓度和反应速率之间定量关系的数学式。之间定量关系的数学式。例：例：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)实验证明：实验证明：=kc(N2O5)反应机制：反应机制：NO3NO+O2快快 NO+NO3快快2NO2 N2O5NO3+NO

9、2慢慢控速步骤控速步骤A.元元反应反应由质量作用定律直接写出，由质量作用定律直接写出，复合复合反应反应由实验确定。由实验确定。速率方程式的写法：速率方程式的写法：B.纯固态纯固态和和液态液态物质浓度不写入物质浓度不写入。例：例：C(s)+O2(g)=CO2(g)v=kc(O2)C.稀溶液中，如稀溶液中，如溶剂溶剂参与反应，可不写入参与反应，可不写入。例：例：C12H22O11+H2O=C6H12O6+C6H12O6v=kc(C12H22O11)注意：注意：实验测得反应：实验测得反应：2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)的速的速率方程为：率方程为：=kc(N2O5)而不是而不是 =kc2

10、(N2O5)，说，说明该反应不是元反应。明该反应不是元反应。实验测得反应：实验测得反应：H2+I2(g)=2HI(g)的速率方程的速率方程为：为：=kc(H2)c(I2)能否说明该反应是元反应？能否说明该反应是元反应？3、速率常数和反应级数：、速率常数和反应级数：=kCA CB 速率常数：速率常数：与反应物本性、与反应物本性、T、催化剂有关，与催化剂有关，与C无关。无关。反应级数：反应级数：(+)，反应速率方程式中各反反应速率方程式中各反应物浓度方次之和。可以是应物浓度方次之和。可以是整数也可以是分数整数也可以是分数反应级数和反应分子数有何区别？反应级数和反应分子数有何区别？练习练习：实验测：

11、实验测 2ICl(g)+H2(g)I2(g)+2HCl(g)c(ICl)c(H2)，由此可知此反应是：，由此可知此反应是：A、三分子反应，二级反应、三分子反应，二级反应B、二级反应、二级反应C、双分子反应，二级反应、双分子反应，二级反应D、一级反应、一级反应当反应当反应A2+B2 2AB的的 =kc(A2)c(B2)，可以得出此反应，可以得出此反应A、一定是基元反应、一定是基元反应B、对、对A2是一级反应是一级反应C、一定是非基元反应、一定是非基元反应D、以上说法都不对、以上说法都不对第四节第四节 简单级数反应及其特点简单级数反应及其特点一、一级反应（一、一级反应（=kc）及其特点：及其特点：

12、c0c=ktlnc=-kt+lnc0 t时的浓度时的浓度初始浓度初始浓度讨论：讨论：lnct作图，是一条作图，是一条直直线线 k与与c的单位是否无关？的单位是否无关？c0ctk=1单位：单位：1时间时间 半衰期半衰期t1/2c=1/2 c0时的时的tt1/2=k2=k0.693与与c0无关无关例：反应例：反应 2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)服从速率方程式服从速率方程式 =kc(N2O5)设某温度时设某温度时k=1.68x10-2s-1，如在一个，如在一个5.00L的的容器中放入容器中放入2.50mol N2O5，在该温度下反应进，在该温度下反应进行行1.00min，问，问N2O5的

13、剩余量及的剩余量及O2的生成量各的生成量各为多少？为多少？此反应不是元反应，从速率方程看是一级反应。此反应不是元反应，从速率方程看是一级反应。解：解：初始初始1.00min2.5000 x4x2.502x设设O2的生成量为的生成量为x molc0=2.50/5.00=0.500(mol/L)2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)lnc=-kt+lnc01.68x10-2s-160 s0.5mol/LN2O5的剩余浓度：的剩余浓度：c=0.182(mol/L)N2O5的剩余量的剩余量=0.1825.00=0.910(mol)2.50 2x=0.910 x=0.795(mol)练习练习：某药物

14、在体内的分解反应为一级反应，：某药物在体内的分解反应为一级反应，已知给药后药物在血浆中的初始质量浓度为已知给药后药物在血浆中的初始质量浓度为8.2mg/L,经经4小时后，测得药物的质量浓度为小时后，测得药物的质量浓度为5.5 mg/L，求该药物的半衰期。，求该药物的半衰期。解：解：c0ctk=1=5.5418.2=0.10(h-1)t1/2=0.693/k=0.10.693=6.93(h)二、零级反应与二级反应简介：二、零级反应与二级反应简介：反应级数反应级数反应级数反应级数一级反应一级反应一级反应一级反应二级反应二级反应二级反应二级反应零级反应零级反应零级反应零级反应速率方程式速率方程式速率

15、方程式速率方程式lnclnc0 0-lnc=kt-lnc=kt1/c-1/c1/c-1/c0 0=kt=ktc c0 0-c=kt-c=kt直线关系直线关系直线关系直线关系lnc-tlnc-t1/c-t1/c-tc-tc-t斜率斜率斜率斜率-k-kk k-k-k半衰期半衰期半衰期半衰期0.693/k0.693/k1/k1/k c c0 0c c0 0/2k/2kk k的量纲的量纲的量纲的量纲 时间时间时间时间-1-1 浓度浓度浓度浓度-1-1 时间时间时间时间-1-1 浓度浓度浓度浓度 时间时间时间时间-1-1第五节第五节 温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响 温度温度，活化分子，

16、活化分子%，故，故 。Arrhenius方程式：方程式：=kCA CB lnk=RTEa+lnA讨论：讨论：对于条件固定的某一反应，活化能对于条件固定的某一反应，活化能Ea是常是常数，数，T ，k值变大，反应速率值变大，反应速率。同温度下，同温度下，Ea大的反应大的反应k，反应速率，反应速率。k2k1=EaR(T2T1T1T2)例：丙酮二酸在水中的分解反应例：丙酮二酸在水中的分解反应10时时k10=1.08x10-4s-1，60 时时k60=5.48x10-2s-1，求反应的活化能、，求反应的活化能、30时的时的k30及及 20/10。解：解：k2k1=EaR(T2T1T1T2)5.48x10

17、-21.08x10-4=Ea8.314(333283333283)Ea=97.6 kJ/molk301.08x10-4=976008.314(303283303283)k30=1.6710-3 s-1 20 10=k20k10=4.12k20k10=EaR(293283293283)一般情况下，温度一般情况下，温度每升高每升高10度，同一度，同一反应的反应速率提反应的反应速率提高高4倍左右。倍左右。练习练习1、一般情况下，不管是放热反应还是吸、一般情况下，不管是放热反应还是吸热反应，温度升高，热反应，温度升高，都加快。都加快。2、对于一个化学反应来说，下列叙述中、对于一个化学反应来说，下列叙述

18、中正确的是正确的是A rHm愈负，愈负，。B rGm愈小，愈小，C k愈小，愈小，。D Ea愈小，愈小，。第六节第六节 催化剂对化学反应速率的影响催化剂对化学反应速率的影响蔗糖蔗糖+H2O转化酶，转化酶，37 无催化剂，无催化剂，8367产物产物催化剂催化剂(Catalyst)一、催化剂和催化作用一、催化剂和催化作用1、反应前后，质量和组成不变、反应前后，质量和组成不变2、用量少，作用大。、用量少，作用大。3、同时加速正、逆反应，提早达平衡；、同时加速正、逆反应，提早达平衡；但不改变但不改变K、rGm4、选择性高。、选择性高。二、催化作用原理二、催化作用原理均相催化理论均相催化理论中间产物学说

19、中间产物学说例：乙醛的分解例：乙醛的分解 催化剂：催化剂：I2无无I2存在：存在：Ea=190.4 kJ/molCH3CHOCH4+CO有有I2存在：存在：Ea=136 kJ/molCH3CHO+I2CH3I+HI+COCH3I+HICH4+I2中间产物中间产物kk=Aexp(Ea /RT)Aexp(Ea/RT)=3905中间产物学说：由于形成中间产物而改变了中间产物学说：由于形成中间产物而改变了反应途径，反应途径，降低了降低了Ea.E E1(1)(2)A+B+CAC+BAB+CA+BCAB练习题练习题1、如果催化剂能使、如果催化剂能使 正正增加三倍，增加三倍，那么必然也能使那么必然也能使 逆

20、逆增加三倍。增加三倍。2、加入催化剂能使平衡常数增大。、加入催化剂能使平衡常数增大。3、催化剂能使非自发反应变成自发反应。、催化剂能使非自发反应变成自发反应。三、生物催化剂三、生物催化剂酶酶底物底物产物（脂肪、淀粉）产物（脂肪、淀粉）酶酶选择性特别高选择性特别高须适当的须适当的pH、T催化效率特别高催化效率特别高特点特点无催化无催化 Ea=1340 kJ/mol转化酶催化转化酶催化 Ea=48.1 kJ/mol kk=Aexp(Ea /RT)Aexp(Ea/RT)=3.810217蔗糖水解：蔗糖水解：若不加催化剂，要若不加催化剂，要 =则则T=？Aexp(Ea /R 310)=Aexp(Ea/RT)T=8.64103K 或或8367 本章小结：本章小结：一、基本概念：Ea、反应级数、元反应等二、影响的因素：=kcAcB=Aexp(Ea/RT)cAcB1、浓度的影响：（T定，Ea定）2、温度：、温度：（C定，定，Ea定）定）3、催化剂：、催化剂：（C定，定，T定）定）三、影响三、影响Ea、k 的因素的因素1、Ea：与反应物本性、催化剂有关，：与反应物本性、催化剂有关，与与C、T无关。无关。2、k：与反应物本性、：与反应物本性、T、催化剂、催化剂 有关，与有关，与C无关。无关。四、一级反应：四、一级反应：c0c=ktt1/2=k0.693