第二章-化学反应速率.pptx
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1、无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率2.1 2.1 化学反应速率化学反应速率2.1.1 2.1.1 化学反应速率的表示方法化学反应速率的表示方法化学反应速率化学反应速率:一定条件下,化学反应的反应物转变一定条件下,化学反应的反应物转变 为生成物的速率。为生成物的速率。1.平均速率平均速率即单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。即单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。c 产物产物 反应物反应物 t无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率例例1:在一定条件下,下列反应各物
2、质的浓度变化如下:在一定条件下,下列反应各物质的浓度变化如下:N2 +3 H2 =2 NH3起始浓度(起始浓度(moll-1)1.2 3.6 0.010秒钟以后秒钟以后 1.0 3.0 0.4 求反应求反应10秒钟内反应的平均速率秒钟内反应的平均速率?无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率 从从计计算算结结果果来来看看,用用不不同同物物质质的的浓浓度度变变化化表表示示反反应应速速率率时时,所所得得数数值值不不同同,但但对对于于一一个个化化学学反反应应而而言言,其其反反应应速率只有一个会有利于反应速率的表示,即速率只有一个会有利于反应速率的
3、表示,即比速率比速率.对于任一的化学反应而言:对于任一的化学反应而言:无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率2.2.瞬时速率瞬时速率 时间间隔时间间隔t t 趋于无限小趋于无限小(t t 0)0)时的平均速率的极限。时的平均速率的极限。无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率2.2 2.2 反应速率理论和反应机理简介反应速率理论和反应机理简介 1.碰撞理论(碰撞理论(Lewis,1918)2.2.1 2.2.1 反应速率理论反应速率理论 反应物分子间相互碰撞是反应进行的必要条件。化学反
4、应必须经过反应物分子之间的相互碰撞才能实现,反应速率与分子间的碰撞频率有关。能够发生化学反应的碰撞称为有效碰撞。具有较高能量的、能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化分子所具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差称为反应的活化能无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率E平平 Ec EEa气体分子的能量分布气体分子的能量分布E平平:所有分子的平均能量所有分子的平均能量Ec:活化分子的最低能量活化分子的最低能量Ea:反应的活化能反应的活化能无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率NO(g)+
5、O3(g)=NO2(g)+O2(g)方位因子 发生有效碰撞还应当采取一定的取向。无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率 对对于于一一个个化化学学反反应应而而言言,在在温温度度、反反应应物物浓浓度度相相同同的的条条件件下下,反反应应的的活活化化能能(E Ea a)愈愈大大,活活化化分分子子的的百百分分率率(f f)就就愈愈小小,单单位位体体积积内内的的有有效效碰碰撞撞次次数数就就愈愈少少,反反应速率(应速率(v)就愈小。)就愈小。对于一个化学反应而
6、言,活化能对于一个化学反应而言,活化能Ea小于小于40 kJ.mol-1,反应进行很快,反应进行很快,Ea大于大于400 kJ.mol-1反应进行很慢。反应进行很慢。不足:碰撞理论只是简单地将反应物分子看成没有内部不足:碰撞理论只是简单地将反应物分子看成没有内部结构的刚性球体,所以该理论存在有一些缺陷,特别是结构的刚性球体,所以该理论存在有一些缺陷,特别是无法揭示活化能无法揭示活化能Ea的真正本质。对于涉及结构复杂分子的真正本质。对于涉及结构复杂分子的反应,这个理论适应性则较差。的反应,这个理论适应性则较差。无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学
7、反应速率2、过渡状态理论、过渡状态理论 反应物分子首先要形成一个中间状态的化合物活化配合物(又称过渡状态)活化配合物具有极高的势能,极不稳定,一方面很快与反应物建立热力学平衡,另一方面又能分解为生成物 由于活化配合物势能高,很不稳定。很快分解为产物NO和CO2,势能降低处于状态B。也可能滚落到反应物状态A,势能又转化为动能。活化能 无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率 H 0 即为吸热反应。即为吸热反应。按按照照过过渡渡状状态态理理论论,在在一一定定温温度度范范围围内内,化化学学反反应的焓变等于其正、逆反应的活化能之差,即:应的焓变等于
8、其正、逆反应的活化能之差,即:Ea,逆逆 Ea,正正 HC ONOCO A NO2+CONO+CO2 BH 0,吸热反应,吸热反应 过度态过度态 Ea,逆逆反应物反应物 AH Ea,正正产物产物 BC无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率2.2.2 反应机理反应机理 一个化学反应从反应物转变成生成物实际所经历的途径(步骤)称为反应机理(或反应历程)(1)基元反应:基元反应:反应中由反应物一步作用直接生成生成物的反应反应中由反应物一步作用直接生成生成物的反应无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化
9、学反应速率(3)控速步骤:控速步骤:在一个化学反应的反应机理中,速度最慢在一个化学反应的反应机理中,速度最慢 的一步控制着整个反应的快慢,此步称为的一步控制着整个反应的快慢,此步称为 决速步骤或控速步骤。决速步骤或控速步骤。(2)复合反应:复合反应:几步完成的反应,即由两个或两个以几步完成的反应,即由两个或两个以 上的基元反应组成的反应上的基元反应组成的反应。(慢反应)(快反应)无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率2.3 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素2.3.1 浓度对反应速率的影响1.质量作用定律基元反应通式:2.反应速
10、率方程式 表示化学反应的反应速率与反应物浓度关系的数学表达式简单反应的质量作用定律即是其速率方程式无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),分两步进行:(慢反应)(快反应)就是总反应的速率方程式。复合反应:控速步骤的速率方程式注意:如果控速步骤的速率方程式中有中间产物的浓度,而在总反应的速率方程式中不能出现中间产物的浓 度表示式,需消去 无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率3.3.反应级数反应级数 速率方程式中,反应物浓度幂的方次的加和值,即
11、速率方程式中,反应物浓度幂的方次的加和值,即为该反应的级数。为该反应的级数。m为A的反应级数,n为B的反应级数,m+n为反应的总反应级数无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率 在一定的条件下在一定的条件下(温度、催化剂温度、催化剂),反应物浓度均为,反应物浓度均为1molL-1时的反应速率。时的反应速率。反应不同,反应不同,k值不同;值不同;同一反应,温度不同同一反应,温度不同k值不同;值不同;同一反应,温度一定时,有无催化剂同一反应,温度一定时,有无催化剂k也是不同的;也是不同的;k有单位,不同的反应,单位不同。有单位,不同的反应,单位
12、不同。4.反应的速率常数k零级反应,k的单位为molL1s1,一级反应,k的单位为s1,二级反应,k的单位为mol1Ls1;无无机机及及分分析析化化学学 湖湖南南农农业业大大学学应应用用化化学学系系第二章 化学反应速率 5.应用反应速率方程式时的注意事项 质量作用定律只适用于基元反应。对于复合反应,若反 机理已知,则根据控速步骤写出速率方程。若不知反应 机理速率方程应通过实验确定。对于有纯固体或纯液体参加的反应,如果它们不溶于反 应介质,浓度可视为常数。如反应:C(s)+O2(g)=CO2(g)=kc(O2)对于稀溶液中溶剂参加的反应,溶剂的量变化极少,故 在速率方程中也不必列出溶剂的浓度。例
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