化学动力学基础-(2)省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第第7章章 化学动力学化学动力学基础基础第1页v7-1 化学反应速率化学反应速率v7-2 浓度对化学反应速率影响浓度对化学反应速率影响v7-3 温度对化学反应速率影响及阿仑尼乌斯温度对化学反应速率影响及阿仑尼乌斯公式公式v7-4 反应历程反应历程v7-5 碰撞理论和过渡态理论碰撞理论和过渡态理论v7-6 催化剂对反应速率影响催化剂对反应速率影响第2页 7-1 化学反应速率化学反应速率化学热力学所研究是化学反应化学热力学所研究是化学反应可能性可能性及化及化学学能量改变能量改变;是;是非现实非现实。而第七章即将所学。而第七章即将所学是化学反应动力学,它包括到反应是化学反应动力学,它包括到反应时间,
2、时间,是是反应化学反应进行反应化学反应进行快慢快慢问题,是问题,是现实现实。如:如:常温下氢气和氧气化合成水,常温下氢气和氧气化合成水,O2+H2=H2O中,中,Gm=-291.67 KJmol-1反应吉布斯自由能绝对值很大,反应进行反应吉布斯自由能绝对值很大,反应进行趋势很大,但因其反应速率很小,所以常温趋势很大,但因其反应速率很小,所以常温下,反应很慢。下,反应很慢。第3页 化学反应速率是用单位时间内反应物浓度降低或化学反应速率是用单位时间内反应物浓度降低或生成物浓度增加来表示生成物浓度增加来表示。惯用单位是惯用单位是molLmolL-1-1ss-1-1、molLmolL-1-1minmi
3、n-1-1、molLmolL-1-1hh-1-1等等。等等。1.1.平均速率平均速率 某物质浓度改变值某物质浓度改变值cc与反应前后所用时间与反应前后所用时间tt比值比值称为称为平均速率平均速率,表示为:,表示为:r=或(c)产tr=-(c)反t 因为反应物浓度是降低因为反应物浓度是降低,所以在改变值前加上负号所以在改变值前加上负号以使速率值为正值。以使速率值为正值。一、平均速率与瞬时速率一、平均速率与瞬时速率r=cB/t第4页2、瞬时速率瞬时速率 当当tt趋近于趋近于0 0时反应速率称时反应速率称为瞬时速率,用符号为瞬时速率,用符号“r”r”表示。表示。瞬时速率是浓度随时间改变率。瞬时速率是
4、浓度随时间改变率。r=lim =(c)产t0tdC产dtr=lim =-(c)反t0tdC反dtr=斜率=-cttCct第5页对于普通反应:对于普通反应:aA+bB =dD+eE3 3、不一样物质表示反应速率间关系、不一样物质表示反应速率间关系r(A):r(B):r(D):r(E)=a:b:d:e=r(A)r(B)r(D)r(E)abder(A)=-dCA dt(余者类推)(余者类推)第6页4.4.化学反应速率试验测定化学反应速率试验测定试验方法试验方法 测定反应体系测定反应体系中某一组分在各个中某一组分在各个反应时刻浓度反应时刻浓度 依据表作依据表作被测组分被测组分图图 右图曲线右图曲线上各
5、点斜率就上各点斜率就是该点是该点瞬时反瞬时反应速率应速率表表 N2O5+速率速率(340K)试验要求试验要求 反应速率不能太快,因为反应速率不能太快,因为太快,浓度不能测定准确太快,浓度不能测定准确|0 1 2 3 4 0.160 -0.120 -0.080 -0.040 -r=斜率斜率=ct第7页 7-浓度对化学反应速率影响浓度对化学反应速率影响一、速率方程和速率常数一、速率方程和速率常数对于对于N2O5+上节我们做上节我们做c-t图可求得,我们再做图可求得,我们再做-c图则可得一图则可得一直线直线。即即c(N2O5)或或=kc(N2O5)此式称为此式称为N2O5分解反应速率方程,分解反应速
6、率方程,k为为速率常数速率常数。即即c(N2O5)=1mol/时时,=k。所以所以k物理意义为物理意义为单位浓度时反应速率单位浓度时反应速率。第8页速率常数速率常数k kkckc1 1k k大小取大小取决于反应本决于反应本性性因为它表示单位浓度反应速率,因为它表示单位浓度反应速率,所所以相同条件下,以相同条件下,k k值大小,反应了反值大小,反应了反应速率快慢。应速率快慢。2 2k k值与值与浓度无关浓度无关浓度大小能够影响反应速率,不过对浓度大小能够影响反应速率,不过对速率常数无影响。这与浓度对平衡常速率常数无影响。这与浓度对平衡常数无影响道理是一样。数无影响道理是一样。3 3k k值随温值
7、随温度升高而增度升高而增大大这与平衡常数不一样,速率常数对温这与平衡常数不一样,速率常数对温度非常敏感,温度升高度非常敏感,温度升高10,速率会,速率会增加增加2-4倍。倍。4.4.同一反应不一样物同一反应不一样物质表示速率常数之比质表示速率常数之比等于反应系数之比。等于反应系数之比。aA+bB =dD+eEk kA A:k:kB B:k:kD D:k:ke e=a:b:d:e=a:b:d:e第9页 例例:对于反应对于反应N2O5+340K时时c(N2O5)=0.160mol/L,r=0.056molL-1min-1计计算算该该反反应应速速率率常常数数及及N2O5浓浓度度为为0.100mol/
8、L时时=?解解:由由=kc(N2O5)k=/c(N2O5)=0.056/0.160=0.35(min-1)=kc(N2O5)=0.350.100=0.035(molL-1min-1)答答:=0.035molL-1min-1第10页二、速率方程普通表示法二、速率方程普通表示法对于普通反应对于普通反应:aA+bB dD+eE速率方程速率方程:kcAmcBn 常数常数m,nm,n只能由只能由试验来确定试验来确定一些化学反应速率方程列于表一些化学反应速率方程列于表-2(P-2(P7171)第11页表表-2 一些化学反应速率方程一些化学反应速率方程化化学学反反应应速率方程1.2H2O2=2H2O+O22
9、.S2O82-+2I-=2SO42-+I23.4HBr+O2=2H2O+2Br2 4.2NO+2H2=N2+2H2O5.CH3CHO=CH4+CO6.2NO2=2NO+O2 7.NO2+CO=NO+CO2(523 K 时时)r=kc(H2O2)r=kc(S2O82-)c(I-)r=kc(HBr)c(O2)r=kc2(NO)c(H2)r=kc3/2(CH3CHO)r=kc2(NO2)r=kc(NO2)c(CO)第12页从表中能够看出,确定一个反应速率方程不能从表中能够看出,确定一个反应速率方程不能依据反应方程式来写,只能依据试验事实来确依据反应方程式来写,只能依据试验事实来确定。定。确定确定m时
10、,把时,把B浓度固定不变,考查反应浓度固定不变,考查反应速率随速率随A浓度改变关系确定浓度改变关系确定m值值;确定确定n时,把时,把A浓度固定不变,考查反应浓度固定不变,考查反应速率随速率随B浓度改变关系确定浓度改变关系确定n值。值。第13页例:例:有一化学反应:有一化学反应:aA+bB=CaA+bB=C,在,在298K298K时,将时,将A A、B B溶液按不一样浓度混合,得到以下试验数据:溶液按不一样浓度混合,得到以下试验数据:A初时浓度初时浓度/molL-1B初时浓度初时浓度/molL-1初时速率初时速率/molL1.02.04.01.01.01.01.01.01.01.02.04.01
11、.210-22.3 10-24.9 10-21.2 10-24.8 10-21.910-1求此反应速率方程和速率常数。求此反应速率方程和速率常数。解:设该反应速率方程为解:设该反应速率方程为 kckcA Am mccB Bn n (1)(1)保持保持B B浓度不变,分析浓度不变,分析,组数据,因为速率组数据,因为速率与与A A浓度成正比,所以浓度成正比,所以m m1 1;第14页(2)(2)保持保持A A浓度不变,分析浓度不变,分析,组数据,速率组数据,速率与与B B浓度浓度平方平方成正比,所以成正比,所以n n2 2。答:答:该反应速率方程是该反应速率方程是kckcA AccB B2 2 速
12、率常数是速率常数是k=1.2101.210-2-2(L(L2 2molmol-1-1ss-1-1)所以该反应速率方程为所以该反应速率方程为:kckcA AccB B2 2(3)(3)将任一组数据代入方程均可求出速率常数将任一组数据代入方程均可求出速率常数k k:k=1.210k=1.210-2-2(L(L2 2molmol-1-1ss-1-1)c cA AccB B2 2 第15页三、反应级数三、反应级数.反应物级反应物级数和反应级数数和反应级数kckcA Am mccB Bn n在速率方程中,反应物指数在速率方程中,反应物指数m,nm,n分别称为分别称为反应物反应物A A和和B B级数,级数
13、,各组分反应物级数各组分反应物级数代代数和数和称为称为反应级数反应级数。反应级数反应级数 m+n m+n (反应物级数之和反应物级数之和)反应级数不一定是整数,能够是分数,也能够是零。反应级数不一定是整数,能够是分数,也能够是零。.反应级数确定确确定定反反应应级级数数就就是是确确定定速速率率方方程程,所以必须依据于试验事实。所以必须依据于试验事实。.速速率率常常数单位数单位速率常数单位随反应级数不一样而不一样:速率常数单位随反应级数不一样而不一样:反应级数反应级数 0 0 1 1 2 2 3 3k单位单位molL-1s-1 s-1 Lmol-1s-1 (Lmol-1)2s-1k=moll-1s
14、-1CmACnb(moll-1)m+n第16页例:例:气体气体A(g)分解反应分解反应 A,当,当A浓度等于浓度等于0.50 molL-1 时,反应速率为时,反应速率为0.014 molL-1s-1,如该反应为:,如该反应为:(1)零级反零级反应;应;(2)一级反应;一级反应;(3)二级二级 反应。反应。A浓度等于浓度等于1.0 molL-1 时,反应速率分别是多少时,反应速率分别是多少?解解:设该反应速率方程为设该反应速率方程为:=kcm(1)零级反应零级反应:k=0.014 molL-1s-1,反应速率与浓,反应速率与浓度无关,度无关,A浓度等于浓度等于1.0 molL-1 时时,反应速率
15、还是反应速率还是0.014 molL-1s-1。(2)一级反应一级反应:k=0.028 s-1C0.0140.50c=1.0 molL-1 时时,=0.0281.0=0.028 molL-1s-1(3)二级反应二级反应:k=0.056 Lmol-1 s-1C20.0140.25c=1.0 molL-1 时时,=0.0561.02=0.056 molL-1s-1 第17页例:例:制备光气反应按下式进行制备光气反应按下式进行CO+Cl2=COCl2试验测得以下数据:试验测得以下数据:试验次序试验次序初浓度(初浓度(mol/L)初初速速率率(molL-1s-1)COCl2 10.100.101.21
16、0-220.100.0504.2610-330.0500.106.010-340.0500.050 2.1310-3求该反应总反应级数求该反应总反应级数m+n和速率常数和速率常数k?第18页解:解:由速率方程由速率方程=kCOmCl2n得:得:1=kCOmCl21n 2=kCOmCl22n第19页=kCOCl23/2m+n=2.5即即对对CO为一级为一级对对Cl2为为1.5级级对总反应为对总反应为2.5级级1=0.10.13/2k k=3.8(L/mol)3/2s-1第20页四、利用速率方程进行计算四、利用速率方程进行计算对于一级反应:对于一级反应:第21页例:例:氯乙烷在氯乙烷在300K下分
17、解反应是一级反应,下分解反应是一级反应,速率常数为速率常数为2.510-3min-1,试验开始时氯乙试验开始时氯乙烷浓度为烷浓度为0.40mol/L,试问:,试问:()反应进行()反应进行8.0h,氯乙烷浓度多大?,氯乙烷浓度多大?()氯乙烷浓度降至()氯乙烷浓度降至0.010mol/L需要多少时需要多少时间?间?()氯乙烷分解二分之一需要多长时间?()氯乙烷分解二分之一需要多长时间?第22页解:解:第23页阿仑尼乌斯公式阿仑尼乌斯公式18891889年阿仑尼乌斯总结年阿仑尼乌斯总结出了出了速率常数速率常数与热力学与热力学温度温度关系经验公式关系经验公式k=Ae-EaRT式中:式中:A A称频
18、率因子或称频率因子或指前因子指前因子ln k=+lnA-EaRT因为温度因为温度T在指数项,所以在指数项,所以它微小改变就会引发速率它微小改变就会引发速率常数较大改变。常数较大改变。E Ea a称为活化能,受温度影响,但影响不大,通称为活化能,受温度影响,但影响不大,通常忽略温度影响。常忽略温度影响。T T热力学温度。热力学温度。R R气体常数。气体常数。注意:注意:Ea单位与单位与R单位要单位要一致;一致;7-温度对反应速率影响及阿伦尼乌斯公式温度对反应速率影响及阿伦尼乌斯公式第24页、由不一样温度速率常数作图法、由不一样温度速率常数作图法求反应活化能求反应活化能EaEak=Ae-EaRTl
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