天津大学无机化学02-2-化学反应速率课件.ppt

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1、2023/3/14第二节化学反应速率第二节化学反应速率无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第二章第二章 化学反应的化学反应的方向、速率和限度方向、速率和限度第二节第二节 化学反应速率化学反应速率2023/3/14快快:如如 爆炸反应爆炸反应,中和反应中和反应,离子反应离子反应慢慢:如如 金属腐蚀金属腐蚀,橡胶、塑料老化橡胶、塑料老化,有机反应有机反应化学反应有快有慢化学反应有快有慢2023/3/142-2-1化学反应速率化学反应速率的定义的定义2-2-1化学反应速率化学反应速率的定义的定义传统的定义传统的定义反应速率反应速率:通常以单位时间内某一反应物通常以单位时间内某一反应物浓度的减

2、少或生成物浓度的增加来表示浓度的减少或生成物浓度的增加来表示aA+bBcC+dDt=t2-t1、c=c2-c1t1时的浓度时的浓度c(A)1c(B)1c(C)1c(D)1t2时的浓度时的浓度c(A)2c(B)2c(C)2c(D)2单位单位:molL-1s-1;molL-1min-1;molL-1h-1则则平均平均速率为速率为:c(A)t(A)=-c(B)t(B)=-c(C)t(C)=c(D)t(D)=2023/3/14反应反应2N2O54NO2+O2开始浓度开始浓度/(molL-1)2.1000100s浓度浓度/(molL-1)1.950.300.075 (N2O5)=-=-c(N2O5)(1

3、.95-2.10)molL-1t 100s=1.510-3molL-1s-1(NO2)=c(NO2)(0.30-0)molL-1t 100s=3.010-3molL-1s-1(O2)=c(O2)(0.075-0)molL-1t 100s=7.510-4molL-1s-1不同物质表示的反应速率的数值是不同的不同物质表示的反应速率的数值是不同的例例(N2O5):(NO2):(O2)=2:4:1即等于反即等于反应应式相式相应应物物质质分子式前的系数比分子式前的系数比2023/3/14反应反应2N2O54NO2+O2开始浓度开始浓度/(molL-1)2.1000100s浓度浓度/(molL-1)1.9

4、50.300.075300s浓度浓度/(molL-1)1.700.800.20700s浓度浓度/(molL-1)1.311.580.395 (N2O5)1=-=-c(N2O5)(1.95-2.10)molL-1t 100s=1.510-3molL-1s-1随着反应的进行随着反应的进行,速率逐渐减小速率逐渐减小例例(N2O5)2=-=-c(N2O5)(1.70-1.95)molL-1t (300-100)s=1.2510-3molL-1s-1(N2O5)3=-=-c(N2O5)(1.31-1.70)molL-1t (700-300)s=9.7510-4molL-1s-12023/3/14反应反应

5、2N2O54NO2+O2开始浓度开始浓度/(molL-1)2.1000100s浓度浓度/(molL-1)1.950.300.075 例例(N2O5)=-=-c(N2O5)(1.95-2.10)molL-1t 100s=1.510-3molL-1s-1平均速率平均速率瞬时速率瞬时速率 (N2O5)=-lim=-t00c(N2O5)dc(N2O5)t dt2023/3/14用反应进度定义的反应速率用反应进度定义的反应速率定义定义:单位体积内反应进度随时间的变化率单位体积内反应进度随时间的变化率aA+bBcC+dD-1d1 1 1 1 idni1dni1dciV d dt t VdtiVdt idt

6、 =()=d1 1 1dci1dc(N2O5)1dc(NO2)1dc(O2)V d dt t i idt 2dt4dt1dt =-=例例反应反应2N2O54NO2+O22023/3/14用反应进度定义的反应速率用反应进度定义的反应速率特点特点 用反应进度定义的反应速率的量值用反应进度定义的反应速率的量值与表示速率物质的选择无关与表示速率物质的选择无关;但与配平但与配平系数有关系数有关,所以在表示反应速率时所以在表示反应速率时,必必须写明相应的化学计量方程式。须写明相应的化学计量方程式。2023/3/142-2-2化学反应的活化能化学反应的活化能2-2-2化学反应的活化能化学反应的活化能分子碰撞

7、理论分子碰撞理论认为：认为：反应物分子反应物分子(或原子或原子、离子离子)之间必须相之间必须相互碰撞，才有可能发生化学反应。互碰撞，才有可能发生化学反应。但反应物分子之间并不是每一次碰撞都但反应物分子之间并不是每一次碰撞都能发生反应。绝大多数碰撞是无效的弹性能发生反应。绝大多数碰撞是无效的弹性碰撞，不能发生反应。对一般反应来说，碰撞，不能发生反应。对一般反应来说，只有少数或极少数能量较高的分子碰撞时只有少数或极少数能量较高的分子碰撞时才能发生反应。才能发生反应。碰撞要沿一定的取向。碰撞要沿一定的取向。2023/3/14活化分子与活化能活化分子与活化能有效碰撞有效碰撞能发生反应的碰撞能发生反应的

8、碰撞临界能临界能(Ec):发生有效碰撞的分子所必须发生有效碰撞的分子所必须具备的最低能量。具备的最低能量。非活化分子非活化分子(或普通分子或普通分子)能量低于能量低于Ec的分子的分子活化分子活化分子能量等于或超过能量等于或超过Ec的分子的分子活化能活化能活化分子具有的平均能量活化分子具有的平均能量(E*)与反应物分子的平均能量与反应物分子的平均能量(E)之差。之差。Ea=E*-E2023/3/14活化能活化能反应活化能反应活化能活化分子具有的平均能活化分子具有的平均能量量(E*)与反应物分子的平均能量与反应物分子的平均能量(E)之差之差Ea=E*-E例例N2O52NO2+O212Ea=E*-E

9、=(106.13-4.03)kJmol-1=102.10kJmol-1325K时时E*=106.13kJmol-1,E=4.03kJmol-1大部分分子的能量接近大部分分子的能量接近E值，能量大于值，能量大于E分子只占少数。分子只占少数。非活化分子要吸收足够的能量才能转变非活化分子要吸收足够的能量才能转变为活化分子。为活化分子。2023/3/14大多数反应的活化能在大多数反应的活化能在60250kJmol-1之间之间Ea420kJmol-1的反应的反应,反应速率很小。反应速率很小。如如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)Ea=250.8kJmol-1,反应速率较小。反应速率较小。2023/

10、3/14过渡状态理论过渡状态理论化学反应不是通过反应物分子之间简单化学反应不是通过反应物分子之间简单碰撞就能完成的，在碰撞后先要经过一碰撞就能完成的，在碰撞后先要经过一个中间的过渡状态，即首先形成一种活个中间的过渡状态，即首先形成一种活性集团性集团(活化配合物活化配合物),然后再分解为产物然后再分解为产物+反应物反应物活化配合物活化配合物生成物生成物(始态始态)(过渡状态过渡状态)(终态终态)如如 NO2+COONOCONO+CO22023/3/14Eb:过渡状态理论过渡状态理论Ea:碰撞理论碰撞理论活化能活化能Eb和和Ea相差很小相差很小可逆反应可逆反应rHm=Eb,正正-Eb,逆逆正反应：

11、吸热正反应：吸热rHm0,Eb,正正Eb,逆逆放热放热rHm0,Eb,正正Eb,逆逆Eb,正正Eb,逆逆rHm势势能能123反应进程反应进程如如 NO2+COONOCONO+CO21232023/3/142-2-3影响反应速率的因素影响反应速率的因素2-2-3影响反应速率的因素影响反应速率的因素反应物浓度反应物浓度(或分压或分压)对反应速率的影响对反应速率的影响演示演示:KIO3+NaHSO3次次序序A溶液溶液/mlB溶液溶液/ml反应反应快慢快慢4%KIO3+H2SO4H2ONaHSO3淀粉淀粉H2O右右914158100中中614458100左左514558100快快较快较快慢慢4IO3+

12、10HSO32I2+10SO4+6H+2H2O在淀粉中显在淀粉中显蓝色蓝色演示实验录像演示实验录像反应物浓度越大反应物浓度越大,反应速率越大。反应速率越大。-2-2023/3/14基元反应基元反应：反应物一步就直接转变为产物反应物一步就直接转变为产物如：如：2NO22NO+O2NO2+CONO+CO2非基元反应非基元反应：反应物经过若干步反应物经过若干步(若干个若干个基元反应步骤基元反应步骤)才转变为产物。才转变为产物。如如2NO+2H2N2+2H2O2NO+H2N2+H2O2H2O2+H22H2O又如又如H2+I2(g)2HII2(g)2I(g)H2+2I(g)2HI(g)2023/3/14

13、质量作用定律质量作用定律对对基基元元反反应应，在在一一定定温温度度下下，其其反反应应速速率与各反应物浓度幂的乘积成正比。率与各反应物浓度幂的乘积成正比。如：基元反应如：基元反应 aA+bBcC+dD c(A)ac(B)b=kcc(A)ac(B)b(1)为瞬时速率为瞬时速率(2)kc为速率常数为速率常数,反应物为单位浓度时的反应速率反应物为单位浓度时的反应速率,kc越大，给定条件下的反应速率越大越大，给定条件下的反应速率越大同同一一反反应应，k kc与与反反应应物物浓浓度度、分分压压无无关关，与与反反应的性质、温度，催化剂等有关应的性质、温度，催化剂等有关(3)式中各浓度项的幂次之和式中各浓度项

14、的幂次之和(a+b)为反应级数为反应级数质量作用定律只适用质量作用定律只适用基元反应基元反应。2023/3/14反应速率方程反应速率方程为什么？实际上反应分三步进行为什么？实际上反应分三步进行:C2H4Br2+KIC2H4+KBr+I+Br(慢反应慢反应)KI+BrI+KBrKI+2IKI3反应速率决定了整个反应的速率反应速率决定了整个反应的速率反应：反应：C2H4Br2+3KIC2H4+2KBr+KI3测得测得 =kcc(C2H4Br2)c(KI)而不是而不是 =kcc(C2H4Br2)c(KI)32023/3/14反应速率方程反应速率方程书写反应速率方程式应注意书写反应速率方程式应注意:(

15、1)稀溶液反应稀溶液反应,速率方程不列出溶剂浓度速率方程不列出溶剂浓度(2)固体或纯液体不列人速率方程中固体或纯液体不列人速率方程中如如C(s)+O2(g)CO2(g)=kcc(O2)如如C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6 =kc c(C12H22O11)c(H2O)=kcc(C12H22O11)葡萄糖葡萄糖果糖果糖2023/3/14反应级数反应级数aA+bBcC+dD=kcc(A)c(B)、分分别别表示物表示物质质A、B的反的反应级应级数数+表示反表示反应应的的总级总级数数反应式反应式速率方程速率方程反应反应级数级数2HI2HI(g g)HH2 2(g g)+I+I2

16、2(g g)=k0SOSO2 2ClCl2 2(g g)SOSO2 2(g g)+Cl+Cl2 2(g g)=kc(SOSO2 2ClCl2 2)1CHCH3 3CHOCHO(g g)CHCH4 4(g g)+COCO(g g)=kc(CHCH3 3CHOCHO)3/23/2NONO2 2(g g)+COCO(g g)NONO(g g)+COCO2 2(g g)=kc(NONO2 2)c(COCO)1+1注意注意:不一定不一定=a、=b2023/3/14气体分压的影响气体分压的影响pi=RT=ciRTniV如如 CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)=kcc(CO)c(Cl2)3/2c(CO

17、)=n(CO)Vp(CO)RTc(Cl2)=n(Cl2)Vp(Cl2)RT =kc()()3/2p(CO)p(Cl2)3/2=kck p(CO)p(Cl2)3/2=kpp(CO)p(Cl2)3/21 RT 1 RT2023/3/14温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响大多数化学反应大多数化学反应，温度升高温度升高，反应速率增大反应速率增大Arrhenius(阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯)公式公式k=Ae-EaRTlnk=-+lnAEa RTln=(-)k2k1Ea11RT1T2经验规则：反应温度升高经验规则：反应温度升高10K，反应速率，反应速率或反应速率常数一般增大或反应速率常数一般增大

18、24倍倍(T+10K)k(T+10K)TkT=242023/3/14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:能显著改变反应速率能显著改变反应速率,而反应前后而反应前后组成、质量和化学性质基本不变的物质。组成、质量和化学性质基本不变的物质。正正催化剂催化剂能加快反应速率的催化剂能加快反应速率的催化剂如如:硫酸生产中使用的硫酸生产中使用的V2O5负负催化剂催化剂能减缓反应速率的催化剂能减缓反应速率的催化剂如如:防止橡胶、塑料老化的防老剂防止橡胶、塑料老化的防老剂通常所说的催化剂是指正催化剂。通常所说的催化剂是指正催化剂。2023/3/14催化剂显著增大反应速率的原因催化剂显著增大

19、反应速率的原因非催化活化配合物非催化活化配合物催化活化配合物催化活化配合物生成物生成物反应进程反应进程势势能能EbEb rHm反应物反应物催催化化剂剂与与反反应应物物形形成成一一种种势势能能较较低低的的活活化化配配合合物物，使使活活化化能能降降低低，使使活活化化分分子子百百分分数数增增大大，有有效效碰碰撞撞次次数数增增多多，反反应应速速率率增增大。大。2023/3/14如：合成氨反应如：合成氨反应:N2+3H22NH3无催化剂时，无催化剂时，Ea=326.4kJmol-1Fe催化时，催化时，Ea=176kJmol-1 反应反应:2SO2+O22SO3无催化剂时，无催化剂时，Ea=251kJmo

20、l-1Pt催化时，催化时，Ea=63kJmol-12023/3/14催化剂的特性催化剂的特性1.催化剂不改变反应的焓变，方向和限度催化剂不改变反应的焓变，方向和限度2.催化剂使反应速率常数增大催化剂使反应速率常数增大,对确定反应对确定反应,温度一定时温度一定时,不同的催化剂有不同的不同的催化剂有不同的k值值3.对同一可逆反应对同一可逆反应,催化剂同等程度地降低催化剂同等程度地降低正、逆反应的活化能正、逆反应的活化能4.催化剂有特殊的选择性催化剂有特殊的选择性,同样的反应物同样的反应物,使使用不同的催化剂用不同的催化剂,可得到不同的反应产物可得到不同的反应产物如如反应反应CO+H2200300p

21、、573K,Cu催化催化 CH3OH1020p、473K、Fe-Co催化催化烷、烯烃烷、烯烃常压、常压、523K、Ni催化催化CH4+H2O150p、423K、Ru催化催化 固体石蜡固体石蜡2023/3/14影响多相反应的因素影响多相反应的因素相相体系中物理性质和化学组成完全相体系中物理性质和化学组成完全相同的均匀部分同的均匀部分相与相之间有界面相与相之间有界面化学反应可分为：化学反应可分为：单相反应单相反应(均相反应均相反应)反应体系中只有反应体系中只有一个相的反应。如气相反应、液相反应一个相的反应。如气相反应、液相反应多相反应多相反应(非均相反应非均相反应)反应体系中同反应体系中同时存在两

22、个或两个以上相的反应。如气时存在两个或两个以上相的反应。如气固反应、气液反应、液液反应、固固反应固反应、气液反应、液液反应、固固反应2023/3/14影响多相反应的因素影响多相反应的因素加快多相反应的方法加快多相反应的方法多多相相反反应应是是在在相相与与相相之之间间的的界界面面上上进进行行的的，因因此此增增大大相相与与相相的的接接触触面面积积和和改改变变界界面面的的物物理理或或化化学学性性质质，可可增增加加反应速率。反应速率。如如固体粉碎、液体搅拌、液体喷淋、固体粉碎、液体搅拌、液体喷淋、雾化等雾化等2023/3/14影响反应速率的其他因素影响反应速率的其他因素光、高能射线、超声波、光、高能射

23、线、超声波、电场、磁场等电场、磁场等第二节结束第二节结束第二节第二节 结束结束第二章第二章 化学反应的化学反应的方向、速率和限度方向、速率和限度无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案学习目标学习目标1、复复述述故故事事，深深入入理理解解文文章章内内容，初步把握人物形象。容，初步把握人物形象。2、学学会会利利用用文文中中关关键键词词句句分分析人物形象。析人物形象。3、体体会会文文章章所所揭揭示示的的深深刻刻道道理。理。故故事事发发生生的的时时间间、地地点点、人人物物、事事件件的的起起因因、经经过过和和结结果果要要复复述述清楚。清楚。看图复述课文内容看图复述课文内容自学指导自学指导(一一)1

24、、作作者者运运用用哪哪几几种种方方法法去去刻刻画画人人物物的的形形象象？从从文文中中找找出出具具体体句句子子进进行行分分析析。并并说说说说你你是是如如何何看看待待这这两个人物的。两个人物的。2、从这个故事中你懂得了什么道理？、从这个故事中你懂得了什么道理？自学指导自学指导(二二)陈尧咨（善射）陈尧咨（善射）卖油翁（善酌）卖油翁（善酌）动作动作神态神态语言语言睨之睨之无他，但手熟尔无他，但手熟尔以我酌油知之以我酌油知之我亦无他，惟手熟尔我亦无他，惟手熟尔汝亦知射乎汝亦知射乎吾射不亦精乎吾射不亦精乎尔安敢轻吾射尔安敢轻吾射释担而立释担而立但微颔之但微颔之取取置置覆覆酌酌沥沥性格性格:自矜（骄傲）自

25、矜（骄傲）谦虚谦虚对比对比道理道理:熟能生巧熟能生巧,即使有什么长处也不必骄傲自满。即使有什么长处也不必骄傲自满。忿然忿然笑而遣之笑而遣之笑而遣之笑而遣之1、联联系系生生活活、学学习习，说说说说熟熟能能生生巧巧的的事例。事例。2、你你认认为为一一个个人人应应该该如如何何看看待待自自己己的长处？又如何看待他人的长处？的长处？又如何看待他人的长处？课外延伸课外延伸人外有人，天外有天。人外有人，天外有天。取人之长，补己之短。取人之长，补己之短。自自满满人人十十事事九九空空，虚虚心心人人万万事事可可成。成。谦受益，满招损。谦受益，满招损。三人行，必有我师焉。三人行，必有我师焉。择择其其善善者者而而从从

26、之之，其其不不善善者者而而改改之。之。骄骄傲傲自自满满是是我我们们的的一一座座可可怕怕的的陷陷阱阱；而而且且，这这个个陷陷阱是我们自己亲手挖掘的。阱是我们自己亲手挖掘的。老舍老舍尺尺有有所所短短；寸寸有有所所长长。物物有有所所不足；智有所不明。不足；智有所不明。屈原屈原1、正视自己的长处，扬长避短，、正视自己的长处，扬长避短，2、正视自己的缺点，知错能改，、正视自己的缺点，知错能改，3谦虚使人进步，谦虚使人进步，4、人应有一技之长，、人应有一技之长，5、自信是走向成功的第一步，、自信是走向成功的第一步，6强中更有强中手，一山还比一山高，强中更有强中手，一山还比一山高，7艺无止境艺无止境8、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来，刻苦、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来，刻苦训练才能有所收获，取得成效。训练才能有所收获，取得成效。9、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视；、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视；10、智者超然物外、智者超然物外