第7章化学动力学基础优秀课件.ppt
《第7章化学动力学基础优秀课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第7章化学动力学基础优秀课件.ppt(76页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第7章化学动力学基础第1页,本讲稿共76页7-1化学反应速率化学反应,有的进行得很快,例如爆炸反应、强酸和强碱的中和反应等,几乎在顷刻之间完成,有的则进行得很慢,例如岩石的风化、钟乳石的生长、镭的衰变等,历时千百万年才有显著的变化。有的反应,用热力学预见是可以发生的,但却因为反应速度太慢而事实上并不发生,如金刚石在常温常压下转化为石墨,在常温下氢气和氧气反应生成水等,这是由于,化学热力学只讨论反应的可能性、趋势与程度,却不讨论反应的速度。第2页,本讲稿共76页H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)rGm,298.15K=-237.2kJ.mol-1NO(g)=1/2N2(g)+1/2O2(
2、g)rGm,298.15K=-86.6kJ.mol-1NaOH(l)+HCl(l)=NaCl(l)+H2O(l)rGm,298.15K=-79.9kJ.mol-1第3页,本讲稿共76页反应进行的快慢、反应进行的快慢、条件、机理条件、机理化学反应的现实性化学反应的现实性反应能否发生反应能否发生及反应的限度及反应的限度化学反应的可能性化学反应的可能性化学反应中能量的变化化学反应中能量的变化化学反应速率化学反应速率化学动力学化学动力学化学热力学化学热力学第4页,本讲稿共76页一、平均速率与瞬时速率化学反应的平均速率是反应进程中某时间间隔(t)内参与反应的物质的量的变化量,可以用单位时间内反应物的减少
3、的量或者生成物增加的量来表示,可用一般式表示为:rnB/t式中的nB是时间间隔t(t终态-t始态)内的参与反应的物质B的物质的量的变化量(nBn终-n始)。第5页,本讲稿共76页对于在体积一定的密闭容器内进行的化学反应,可以用单位时间内反应物浓度的减少或者生成物浓度的增加来表示,一般式为:rcB/t 式中cB参与反应的物质B在t时间内发生的浓度变化。取绝对值的原因是反应速率不管大小,总是正值。第6页,本讲稿共76页当反应的时间间隔无限缩短时(当反应的时间间隔无限缩短时(t t 0 0)的反应速率:)的反应速率:瞬时速率的求得瞬时速率的求得 实验作图法:实验作图法:由由实实验验测测得得反反应应物
4、物或或生生成成物物的的浓浓度度随随时时间间变变化化的的相相应应数数据据,再再以以浓浓度度对对时时间间作作图图,可可得得ct曲曲线线。过过曲曲线线上上某某点点作作切切线线,则则该该切切线线斜斜率的负值,就等于反应在此对应时刻的瞬时速率。率的负值,就等于反应在此对应时刻的瞬时速率。瞬时速率瞬时速率只有在某一瞬间的反应速度才代表化学反应在某一时刻的真正速度。第7页,本讲稿共76页测定的析出量,可计算浓度变化则反应速率:第8页,本讲稿共76页作出H2O2的c t 的曲线,得到040min的平均速率:第9页,本讲稿共76页 以以H2O2浓浓度度为为纵纵坐坐标标,时时间间为为横横坐坐标标,绘绘制制浓浓度度
5、随随时时间间变变化化而而变化的曲线,过曲线上任意一点做切线,其斜率为:变化的曲线,过曲线上任意一点做切线,其斜率为:曲线上任意一点的斜率的负值,就等于该曲线上任意一点的斜率的负值,就等于该点所对应时刻的反应瞬时速率。点所对应时刻的反应瞬时速率。如图中a点的瞬时速率为:第10页,本讲稿共76页注意注意:反应速率不管大小,总取正值。速率数值常随所观察的物种而不同,为了克服不便,IUPAC建议对于反应:则瞬时速率为:平均速率为:反应速率是有单位的物理量第11页,本讲稿共76页瞬间反应速率可表示为:对一般反应 aA+bB dD+eE对于气相反应也可用气体的分压代替浓度。例如分压N2O5(g)N2O4(
6、g)+1/2O2(g)第12页,本讲稿共76页影响反影响反应速率的因素速率的因素 不同反应的反应速率不同(取决于反应物本身的性质)同一反应1.浓度;2.气体反应:压力;3.温度;4.使用催化剂。第13页,本讲稿共76页7-2 浓度度对反反应速率的影响速率的影响 一、速率方程(一、速率方程(动力学方程式)力学方程式)40,CCl4中N2O5分解反应的:c(N2O5)第14页,本讲稿共76页 N2O5的分解速率与N2O5浓度的比值是恒定的,即反应速率与c(N2O5)成正比。上式称为该反应的速率方程式,k称 为“反应速率常数”,又称“比速常数”,意义是速率方程式中各种物质浓度均为1 mol.dm-3
7、时的反应速率;其量纲由速率方程确定;k大小取决于反应物的本质,而与浓度无关,当其他条件相同时,k,则v;通常,T,则k。速率方程式表示反反应速率速率与浓度度的关系。第15页,本讲稿共76页第16页,本讲稿共76页例:340K时N2O5=0.160mol/L,v=0.056molL-1min-1计算该反应的速度常数及N2O5浓度为0.100mol/L时的v=?解:由v=kN2O5k=v/N2O5=0.056/0.160=0.35(min-1)v=kN2O5=0.350.100=0.035(molL-1min-1)答:v=0.035molL-1min-1第17页,本讲稿共76页不同的化学反应有不同
8、的速率方程和速率常数。只有通过实验才能得到,现在还没有一种理论来推导反应速度和速度常数。对于反应aA+bB=dD+eE 其速度方程一般情况下可表示为:v=kAmBn m、n分别表示A和B的浓度的指数,分别称为反应物A和B的反应级数。m+n该反应的总反应级数。第18页,本讲稿共76页如:2H2O2=2H2O+O2v=kH2O2m=1为一级反应S2O82-+2I-=2SO42-+I2v=kS2O82-I-m=1,n=1,S2O82-、I-分别为一级反应m+n=2 即整个反应为二级反应。4HBr+O2=2H2O+2Br2v=kHBrO2m=1,n=1,m+n=2第19页,本讲稿共76页2NO+2H2
9、=N2+2H2O v=kNO2H2 NO为二级反应,H2为一级反应,总反应为三级反应。CH3CHO=CH4+COv=kCH3CHO3/2 即为3/2级反应 反应级数不一定是整数,可以是分数,也可以为零。级数为零的反应叫零级反应。即浓度变化,速度不变。第20页,本讲稿共76页例:有一化学反应aA+bB=C在298K时,将AB溶液按不同浓度混合。得到下列数据。A的初始浓度的初始浓度 B的初始浓度的初始浓度 初始速度(初始速度(mol/ls)1.0 1.01.210-2 2.0 1.02.310-2 4.0 1.04.910-2 1.0 1.01.210-2 1.0 2.04.810-2 1.0 4
10、.01.910-1求其速率方程求其速率方程?第21页,本讲稿共76页解:由v=kAmBnv1=k1m1n=k=1.210-2v2=k2m1n=k2m=2.310-2即即:m=1v4=k1m1n=1.210-2v5=k1m2n=4.810-2k2n=4.810-22n=4.810-2/k=4=22n=2第22页,本讲稿共76页例:制备光气反应按下式进行CO+Cl2=COCl2实验测得下列数据:实验顺序初浓度(mol/L)初速率(molL-1s-1)COCl210.100.101.210-220.100.0504.2610-330.0500.106.010-340.0500.050 2.1310-
11、3求该反应的反应级数m+n和速度常数k?第23页,本讲稿共76页解:由速度方程v=kCOmCl2n得:v1=kCOmCl21n v2=kCOmCl22n第24页,本讲稿共76页v=kCOCl23/2m+n=2.5即对CO为一级对Cl2为1.5级对总反应为2.5级 v1=0.10.13/2kk=3.8(L/mol)3/2s-1第25页,本讲稿共76页一级反应的积分速率方程若以若以c c表示反应物表示反应物t t时刻的浓度,时刻的浓度,则其反应速率方程式为:则其反应速率方程式为:若若C0表示表示t=0 时的反应物的起始浓度,则:时的反应物的起始浓度,则:第26页,本讲稿共76页半衰期半衰期(hal
12、f-life period)指反应物浓度消耗一半时所需要的时间指反应物浓度消耗一半时所需要的时间用用t t1/21/2表示表示一级反应的半衰期一级反应的半衰期t t1/21/2 的计算:的计算:第27页,本讲稿共76页一级反应的特征(1)lgc与与 t 呈线性关系,见右图。呈线性关系,见右图。(2 2)一级反应速率常数的单位是)一级反应速率常数的单位是 时间时间-1-1。(3 3)半衰期是一个反应物的起始浓度无关的常数:)半衰期是一个反应物的起始浓度无关的常数:第28页,本讲稿共76页一级反应例题【例例6-2】实实验验测测得得H2O2分分解解为为H2O和和O2的的反反应应是是一一级级反反应应,
13、298K下下该该反反应应的的速速率率常常数数k为为0.0410 min-1。试试求求:如如果果H2O2的的起起始始浓浓度度为为0.500 molL-1,经经过过10 min后后H2O2的的浓浓度度是是多多少少?H2O2的的浓浓度度由由0.500 molL-1降降至至0.100 molL-1时时需需要要多多少分钟?少分钟?若若H2O2分解一半,需用多少分钟?分解一半,需用多少分钟?第29页,本讲稿共76页解:解:c=0.332 (molL-1)=39.3 (min)第30页,本讲稿共76页(1)反应速率随温度的升高而逐渐加)反应速率随温度的升高而逐渐加快,它们之间呈指数关系,这类反应快,它们之间
14、呈指数关系,这类反应最为常见。最为常见。(2 2)开始时温度影响不大,到达一定极限时,)开始时温度影响不大,到达一定极限时,反应以爆炸的形式极快的进行。反应以爆炸的形式极快的进行。(3 3)在温度不太高时,速率随温度的升)在温度不太高时,速率随温度的升高而加快,到达一定的温度,速率反高而加快,到达一定的温度,速率反而下降。如多相催化反应和酶催化反而下降。如多相催化反应和酶催化反应。应。(4 4)速率在随温度升到某一高度时下降,)速率在随温度升到某一高度时下降,再升高温度,速率又迅速增加,可能再升高温度,速率又迅速增加,可能发生了副反应。如碳的氧化反应。发生了副反应。如碳的氧化反应。(5 5)温
15、度升高,速率反而下降。这种类型)温度升高,速率反而下降。这种类型很少,如一氧化氮氧化成二氧化氮。很少,如一氧化氮氧化成二氧化氮。图 反应速率与温度关系的各种类型 7-3温度对化学反应速率的影响及阿伦尼乌斯公式第31页,本讲稿共76页 Vant Hoff规则 历史上最早定量提出温度对反应速度的关系是历史上最早定量提出温度对反应速度的关系是Vant Hoff,1884年,年,他根据实验总结出一条近似规则,温度每升高他根据实验总结出一条近似规则,温度每升高10K,反应速度,反应速度大约增加大约增加2-4倍。倍。根据此规则可大致估计温度对反应速度的影响。根据此规则可大致估计温度对反应速度的影响。Van
16、Vant Hoff t Hoff 规则一般写作规则一般写作 r称为温度系数,温度升高称为温度系数,温度升高10,速率增加的倍数,速率增加的倍数,n是净增温度是净增温度10的倍数。的倍数。第32页,本讲稿共76页一般情况下,温度升高,化学反应速率增大,不论是放热反应还是吸热反应,都一样。1889年Arrhenius在总结大量实验事实的基础上指出:取对数:所以可看出Ea、R、A为常数。所以lgk或lnk与1/T 成线性关系。式中A 指前因子,Ea实验活化能第33页,本讲稿共76页二、阿仑尼乌斯方程式第34页,本讲稿共76页阿仑尼乌斯方程式的另一种形式:阿仑尼乌斯方程式的另一种形式:对对于于一一个个
17、给给定定的的反反应应,温温度度变变化化不不大大时时Ea和和A可可视视为为常常数数。若若反反应应在在T1时时速速率常数为率常数为k1,在温度,在温度T2时速率常数为时速率常数为k2,则据阿仑尼乌斯方程式有:,则据阿仑尼乌斯方程式有:两式相减,得两式相减,得:第35页,本讲稿共76页对对Arrhenius方程的进一步分析方程的进一步分析 1.在 ,Ea处于方程的指数项中,对k有显著影响,在室温下,Ea每增加4kJmol-1,k值降低约80%.2.温度升高,k增大,一般反应温度每升高10,k将增大210倍.第36页,本讲稿共76页4.对不同反应,升高相同温度,Ea大的反应 k 增大的倍数多,因此升高
18、温度对反应慢的反应有明显的加速作用。3.根据 对同一反应,升高一定温度,在高温区值增加较少,因此对于原本反应温度不高的反应,可采用升温的方法提高反应速率;第37页,本讲稿共76页阿仑尼乌斯方程式推论:推论:2 2当当温温度度一一定定时时,若若几几个个反反应应A值值相相近近,Ea越越大大的的反反应应k值值越越小小,即即活活化能越大的反应进行得越慢。化能越大的反应进行得越慢。3 3对对活活化化能能不不同同的的反反应应,温温度度变变化化对对反反应应速速率率的的影影响响程程度度不不同同。活活化化能能越大的反应,受温度变化的影响越大。越大的反应,受温度变化的影响越大。4 4同一反应,低温时温度因子较大,
19、高温时温度因子较小。同一反应,低温时温度因子较大,高温时温度因子较小。1 1对对某某一一给给定定反反应应,Ea和和A可可视视为为常常数数,温温度度升升高高时时 随随之之增增大大,表表明明温温度度升升高高时时k k值值增增大大,反应速率加快。反应速率加快。第38页,本讲稿共76页第39页,本讲稿共76页对作图得直线由斜率可求出Ea直线斜率与例:把T1,k1和T2,k2分别代入方程第40页,本讲稿共76页由Ea计算反应速率常数例:2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g)已知:T1=298.15K,k1=0.46910-4s-1 T2=318.15K,k2=6.2910-4s-1求:Ea及338
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化学 动力学 基础 优秀 课件
限制150内