化学反应速率 .ppt
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1、关于化学反应速率 现在学习的是第1页,共41页 热力学解决了化学反应的可能性问题(反应进行的方向和进行程度), 但化学反应实际上的发生, 却是动力学研究的范畴。化学反应的速率, 即是动力学的基础。自发过程是否一定进行得很快?实际上, 速率相当慢! 实际上, 反应速率相当快 热力学讨论可能性; 动力学讨论现实性 H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) rGm = -237.18 kJmol1 2NO2(g) N2O4(g) rGm = -4.78 kJmol1 现在学习的是第2页,共41页4-1反应速率的定义 化学反应速率:在一定条件下反应物转变为生成物的速率。化学反应速率经常用单位时间
2、内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示。单位:moldm3s1 , moldm3min1或 moldm3h1。 现在学习的是第3页,共41页4-1-1 平均速率 以乙酸乙酯的皂化反应为例讨论反应速率 CH3COOC2H5 OH CH3COO CH3CH2OHt1 、 t2时刻OH-的浓度分别为c(OH-) 1和c(OH-)2。 平均速率:在时间间隔t中,用单位时间内反应物OH-浓度减少来表示平均反应速率tcttccr)OH()OH()OH()OH(1212式中的负号是为了使反应速率保持正值。 现在学习的是第4页,共41页 2N2O5 4NO2 + O2t1 时 c(N2O5)1 c(NO2)
3、1 c(O2)1t2 时 c(N2O5)2 c(NO2)2 c(O2)2N2O5 在四氯化碳中按如下反应进行。tcttccr)ON()ON()ON()ON(521215225252用单位时间内反应物N2O5浓度的减少来表示平均反应速率同样可以用NO2和O2的浓度的变化量来表示平均反应速率tcr)O()O(22tcr)NO()NO(22现在学习的是第5页,共41页对于一般的化学反应 a A b B g G h Htctctctc)H(h1)G(g1)B(b1)A(a1tctctc)O(11)NO(41)ON(212252三个平均反应速率之间的关系)O(11)NO(41)ON(212252rrr或
4、)H(1)G(1)B(1)A(1rhrgrbra现在学习的是第6页,共41页4-1-2 瞬时速率 在研究影响反应速率的因素时, 经常要用到某一时刻的反应速率。 这时, 用平均速率就显得不准确, 因为这段时间里,速率在变化, 影响因素也在变化。瞬时速率:某一时刻的化学反应速率称为瞬时反应速率。先考虑一下平均速率: 割线AB的斜率tcr)OH()OH(AB)OH(kr现在学习的是第7页,共41页割线的极限是切线, 所以割线 AB 的极限是此点的切线; 故 tC 时刻曲线切线的斜率是 tC 时的瞬时速率 r(OH-)。EFDEr)OH(dtdcr)OH()OH(瞬时反应速率的计算:现在学习的是第8页
5、,共41页最有实际意义和理论意义的瞬时速率是初始速率 r0 对于一般的化学反应 a A b B g G h H 某时刻的瞬时速率之间的关系与平均速率类似,有如下的关系:)H(1)G(1)B(1)A(1rhrgrbra现在学习的是第9页,共41页4-2 反应速率与反应物浓度的关系4-2-1速率方程(质量作用定律)质量作用定律:反应的速率与反应物浓度以其化学计量数为幂指数的连乘积成正比。来源于实验结果,经验定律对于反应 a A b B g G h H速率方程:r k c(A)m c(B)n k 称为速率常数,与c无关,与T有关 m,n分别为反应物A,B的浓度的幂指数 k,m,n均有实验测得现在学习
6、的是第10页,共41页速率方程的书写基元反应定义:指反应物分子步直接转化为产物的反应。 如:NO2 CO NO CO2 反应物NO2 分子和CO分子经过一次碰撞就转变成为产物NO分子和CO2 。基元反应是动力学研究中的最简单的反应,反应过程中没有任何中间产物。复杂反应中的基元步骤:例如: H2 ( g ) I2 ( g ) 2 HI ( g )实验上或理论上都证明,它并不是一步完成的基元反应,它的反应历程可能是如下两步基元反应: I2 I I (快) H2 2 I 2 HI (慢)现在学习的是第11页,共41页基元反应以及复杂反应中的基元步骤:对于基元反应 a A b B g G h H速率方
7、程:r k c(A)a c(B)b基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为幂指数的连乘积成正比。现在学习的是第12页,共41页复杂反应的速率方程 复杂反应, 则要根据实验写出速率方程。 现在学习的是第13页,共41页解:对比实验 1,2,3,发现 r c(H2)对比实验4,5,6,发现, r c(NO)2所以反应速率 r c(H2)c(NO)2建立速率方程 r k c(H2)c(NO)2利用实验数据得 k r/c(H2)c(NO)2 = 8.86 104 dm6 mol 2 s1 复杂反应的速率方程, 还可以根据它的反应机理, 即根据各基元步骤写出。现在学习的是第14页,共41页4-
8、2-2 反应级数若化学反应 a A b B g G h H其速率方程:r k c(A)m c(B)n该反应的级数为m+n,即速率方程中幂指数之和,或者说该反应为m+n级反应。或者说上述反应对A为m级反应,对B为n级反应。反应级数说明的是反应速率与反应物浓度的多少次幂成正比。现在学习的是第15页,共41页根据给出的速率方程, 指出反应级数。(1) Na + 2H2O 2NaOH + H2 r = k 解: (1) 0级反应CO+ Cl2 COCl2 r = k c(CO) c(Cl2)3/2H2+ Br2 2HBr )Br()HBr(1)Br()H(22/122cckckcr(2) 5/2 级,
9、 对 CO 是一级, 对 Cl2 是 3/2 级(3) 对具有r k c(A)m c(B)n形式速率方程的反应, 级数有意义; 对于 (3) 的非规则速率方程, 反应级数无意义。反应级数可以是 0, 是分数, 也有时无意义。现在学习的是第16页,共41页4-2-3 速率常数 k 化学反应速率常数k是在给定温度下,各反应物浓度皆为 1 moldm3时的反应速率,因此也称比速率常数。在反应过程中, 不随浓度而改变,速率常数是温度的函数,温度对速率的影响, 表现在对 k的影响上 。1. k 的意义 2. 速率常数 之间的关系 用不同物质来表示反应速率时,速率常数的数值是不同的。例如反应 a A b
10、B g G h H现在学习的是第17页,共41页即不同的速率常数之比等于各物质的计量数之比。3. k的单位的单位 k做为比例系数, 不仅要使等式两侧数值相等, 而且, 物理学单位也要一致。 由r之间的关系:可得0级反应, r = k k单位和r的一致,moldm3s11级反应, r = k c(A) 单位:s-1hrgrbrarH)(G)(B)(A)(hkgkbkakHGBA)A( crk 现在学习的是第18页,共41页 于是, 根据给出的反应速率常数(单位), 可以判断反应的级数 4. 速率方程的说明在速率方程中, 只写有浓度变化的项。固体物质不写; 大量存在的H2O, 不写。如:Na +
11、2H2O 2NaOH + H2 按基元反应: r = k 2级反应单位:(moldm3)-1s1, dm3mol-1s-1n级反应,k的单位:(moldm3)(n-1)s1,(dm3)-(n-1) (mol-1)-(n-1)s-12)A(kcr 23132)dm(molsdmmol)A(xcrk现在学习的是第19页,共41页4-3-1 基元反应和微观可逆性原理 基元反应:指反应物分子步直接转化为产物的反应。 如:如:NO2 CO NO CO2 如果正反应是经过一步即可完成的反应,则其逆反应也可经过一步完成,而且正逆两个反应经过同一个活化络合物中间体。这就是微观可逆性原理。4-3 反应机理复杂反
12、应中的基元步骤现在学习的是第20页,共41页 基元反应或复杂反应的基元步骤中发生反应所需要的微粒(分子、原子、离子)的数目一般称为反应的分子数。反应分子数对于基元反应 a A b B g G h H速率方程:r k c(A)a c(B)b这个反应的分子数是(a+b), 或说这个反应是(a+b)分子反应。注意区分反应的分子数,反应级数以及化学计量数之间的区别。现在学习的是第21页,共41页 在基元反应中, 反应级数和反应分子数数值相等, 但反应分子数是微观量, 反应级数是宏观量。 单分子反应SO2Cl2 的分解反应 SO2Cl2 SO2 Cl2双分子反应NO2 的分解反应 2 NO2 2 NO
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