化學反應(huàxuéfǎnyìng)速率第4章Chapter4ChemicalReactionRate精品資料化學反應(huàxuéfǎnyìng)速率的表示方法以及基元反應、復雜反應等基本概念；理解并會用濃度、溫度、催化劑諸因素解釋其對化學反應(fǎnyìng)速率的影響；初步掌握阿侖尼烏斯公式的應用，會用其求算活化能及某溫度下的反應速率；理解反應分子數和反應級數的概念，會進行基元反應有關的簡單計算；5.初步掌握零級、一級和二級反應的特征。

本章教學要求精品資料4.1化學反應(huàxuéfǎnyìng)速率的基本概念Primaryconceptionofchemicalreactionrate4.2濃度對化學反應(huàxuéfǎnyìng)速率的影響Effectofconcentrationontherateofchemicalreaction4.4反應速率理論簡介Briefintroductorytoreactionratetheory4.3溫度對化學反應速率的影響Effectoftemperatureontherateofchemicalreaction4.5催化作用catalyze精品資料化學動力學(化學的動力學)研究(yánjiū)的是反應進行的速率,并根據研究(yánjiū)反應速率提供的信息探討反應機理，即研究(yánjiū)反應的快慢和反應進行的途徑。H2與O2具有生成H2O的強烈趨勢,但室溫(shìwēn)下氣體混合物放置1萬年仍看不出生成H2O的跡象。為了利用這個反應釋放的巨大能量,就必須提供適當的動力學條件。因此，化學動力學研究還在于其實用意義。精品資料4.1.1化學反應(huàxuéfǎnyìng)的平均速率Theaveragerateofchemicalreaction4.1.2反應的瞬時(shùnshí)速率Instantaneousrateofchemicalreaction4.1化學反應速率的基本概念

Primaryconceptionofchemicalreactionrate精品資料定義反應速率(反應比率)是指給定條件下反應物通過化學反應轉化(zhuǎnhuà)為產物的速率，常用單位時間內反應物濃度的減少或者產物濃度的增加來表示。濃度常用moldm–3，時間常用s，min，h，d，y。反應速率又分為平均速率（平均比率）和瞬時速率（瞬間比率）兩種表示方法。4.1.1化學反應的平均(píngjūn)速率以H2O2在水溶液中的分解反應為例討論這兩個概念。精品資料(－△c(H2O2)/△t)/mol·dm–3·s–1△c(H2O2)/mol·dm–3△t/sc(H2O2)/mol·dm–3t/s15.0×10-410.5×10-48.0×10-46.3×10-44.8×10-44.8×10-42.8×10-4－0.60－0.42－0.32－0.25－0.19－0.15－0.112.321.721.300.980.730.540.390.28400400400400400400400040080012001600200024002800反應的平均速率=－△c(H2O2)△t隨著時間的推移，雙氧水的濃度在減小！精品資料▲實際工作中如何選擇，往往取決于哪一種物質更易通過實驗監測(jiāncè)其濃度變化。aA+bByY+zZ對于一般的化學反應：精品資料N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)起始(qǐshǐ)濃度(mol/L)1.03.004秒后(mol/L)0.41.21.2Question1精品資料

規定:以各個不同的速率項除以各自在反應式中的計量系數表示反應的反應速率.精品資料瞬時速率只能用作圖的方法得到，例如對于(duìyú)反應（45℃）：2N2O5→4NO2+O24.1.2反應(fǎnyìng)的瞬時速率c(N2O5)/mol·dm-3

v/mol·

dm-3·s-10.905.4×10-40.452.7×10-4精品資料對于(duìyú)化學反應:精品資料反應(fǎnyìng)2W+XY+Z哪種速率表達式是正確的？（同學(tóngxué)們自己回答）Question1精品資料4.2濃度(nóngdù)對化學反應速率的影響Effectofconcentrationontherateofchemicalreaction在溫度恒定情況下,增加反應物的濃度(nóngdù)可以增大反應速率。白磷在純氧氣中和在空氣中的燃燒反應速率∝碰撞次數∝反應物濃度精品資料化學動力學中,按反應機理(jīlǐ)不同,分為基元反應和非基元反應.反應機理(reactionmechanism):反應物到產物所經歷的途徑(tújìng).如:H2(g)+I2(g)=2HI(g)的反應機理如下:(1)I22I(快反應)(2)H2+I+I=2HI(慢反應)1.基元反應與非基元反Elementalreactionandunelementalreaction精品資料非基元反應(fǎnyìng):如果一個反應(fǎnyìng)由兩個或兩個以上基元反應(fǎnyìng)組成,即為非基元反應(fǎnyìng)或復雜反應(fǎnyìng).基元反應:反應物微粒(wēilì)直接碰撞一步實現的反應.如:NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)

其中慢的基元反應決定整個反應的速率,稱為非基元反應的速度決定步驟.(Ratedeterminingstep)精品資料2.質量(zhìliàng)作用定律和速率方程1863年,挪威學者古德堡(Guldberg)和威格(Wagge)在大量(dàliàng)事實基礎上提出了質量作用定律.

在一定溫度下,基元反應的化學反應速率與各反應物摩爾濃度（以方程式中該物質的計量系數為指數的乘積成正比。對于任一基元反應：aA+bB=gG+hHrateequationofelementalreaction精品資料速率方程式中的k稱為速率常數，其數值為在一定條件（溫度、催化劑）下，當各反應物濃度均為1mol·L－1時的化學反應速率。k值決定于反應的本性和反應溫度。k值一般都由實驗(shíyàn)測定。式中(a+b)稱為(chēnɡwéi)反應總級數.說明:(1)速率常數k的單位:

a+b反應總級數k的單位

0

0級

1一級

S-1

2二級精品資料(2)a+b稱為反應(fǎnyìng)總級數,a為反應(fǎnyìng)物A的級數,b為反應(fǎnyìng)物B的級數.反應級數可以為0,自然數,也可以是分數.

2Na+2H2O=2NaOH+H2

H2(g)+I2(g)=2HI(g)

0級反應反應(fǎnyìng)級數的計算精品資料Question例1:某一反應(fǎnyìng)的速度決定步驟2A(g)+B(g)=3C(g),將1molA(g)和2molB(g)混合，反應(fǎnyìng)立即發生，當A.B都用掉一半時,反應(fǎnyìng)速度是反應(fǎnyìng)初始速度的_____倍；當A.B都用掉2/3時，反應(fǎnyìng)速度是初始速度的___倍。精品資料Question例2:已知反應2NO(g)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g)的反應機理(jīlǐ)為:（1）NO+NO==N2O2(快)（2）N2O2+H2==N2O+H2O(慢)（3）N2O+H2==N2+H2O(快)則總反應速率方程式為:A.ν=kc2(NO)c2(H2)B.ν=kc(NO)c(H2)C.ν=kc2(NO)c(H2)D.ν=kc2(NO)精品資料Question例3:給定條件下,反應2NO+2H2=N2+2H2O分兩步進行,I.2NO+H2=N2+H2O2(慢)II.H2O2+H2=2H2O(快)若容器體積(tǐjī)減至原來的一半,則反應速率變為原來的()倍?A.2B.4C.8D.16精品資料則速率方程為:反應速率=kc(A)其積分形式是:lnct(A)=-kt＋lnc0(A)以ln[ct(A)/mol·dm-3]對t作圖,應該得到一條直線(zhíxiàn)。直線(zhíxiàn)的斜率和直線(zhíxiàn)在縱坐標上的截距分別為-k和ln[c0(A)/mol·dm-3]。如果該反應(fǎnyìng)是一級反應(fǎnyìng),例如●分解反應CH3CH2Cl(g)→H2C=CH2(g)+HCl(g)●放射性衰變反應●重排反應H2C–CH2→CH3CH=CH2CH2精品資料當反應物A的轉化率為50%時所需的反應時間稱為(chēnɡwéi)半衰期,用表示，與濃度無關。對于一級反應,其半衰期為:則這一方法常被用于考古研究，例如測定埃及古墓的年代。美國科學家利比因（LibbyWF）發明利用(lìyòng)測定放射性14C確定地質年代法（放射性炭素擴展名）獲1960年諾貝爾獎。1908~1980精品資料4.3溫度對反應速率(sùlǜ)的影響Effectoftemperatureontherateofchemicalreaction1.Van’THoff規則(guīzé)溫度每升高10℃,反應速率就增大到原來的2-4倍.例:如果在某溫度范圍內,溫度升高10℃,反應速率增大1倍,那么在55℃時的反應速率是25℃時反應速率的_____倍;100℃時的反應速率是25℃時的________倍.精品資料溫度升高,反應速率加快的根本原因:體系活化分子(fēnzǐ)百分數增加.1887年瑞典物理化學家SvandteArrhenius在大量實驗事實的基礎上提出(tíchū)了反應速率常數和溫度之間的關系式2、Arrhenius公式式中k為速率常數,A為指前因子,Ea反應活化能.在一定的溫度范圍內,Ea和A不隨溫度改變,對于給定的化學反應,Ea為定值.精品資料3.活化能對反應速率(sùlǜ)的影響由圖可知:(1)對于活化能不同的化學反應，在同一溫度(wēndù)下,活化能越大，其反應速率越小。精品資料(3)對于一給定化學反應，例如反應Ⅰ，如果要把反應速率增加9倍，例如在低溫區，k值從10增加到100，只需升溫666.7K-500K=166.7K，而在高溫區,k值從1000增加到10000則需要升溫2000K－1000k=1000K。這便說明一個反應在低溫時速率隨溫度變化比在高溫敏感得多。(2)對于活化能不同的兩個化學反應，活化能較大的反應，其反應速率隨溫度增加較快，升溫對活化能較大的反應更有利。精品資料4.活化能的計算(jìsuàn)精品資料Question例1:300K時鮮牛奶(niúnǎi)4小時變質，但在277K時保存48小時，則牛奶(niúnǎi)變質反應的活化能為（）

A.無法計算B.+5.75KJ·mol-1

C.-74.5KJ·mol-1D.+74.5KJ·mol-1例2:一反應(fǎnyìng)的活化能為85KJ·mol-1,則該反應(fǎnyìng)在400.15K時的反應(fǎnyìng)速率是300.15K時的_________倍.精品資料4.4反應(fǎnyìng)速率理論簡介Briefintroductorytoreactionratetheory4.4.1碰撞(pènɡzhuànɡ)理論Collisiontheory4.4.2過渡狀態理論

Transitionstatetheory

精品資料4.4.1碰撞(pènɡzhuànɡ)理論基元反應A+B=AB之所以能夠發生(fāshēng),是由于微粒A、B間的相互碰撞，那么是否每次碰撞都能發生(fāshēng)反應？如：2HI(g)=H2(g)+I2(g)濃度為10-3mol/L的HI氣體，在973k時，碰撞頻率為3.5×1023次/l.s,如果每次碰撞都能發生化學反應，則v理=5.8×104mol/L.s,而v=1.2×10-8mol/L.s.精品資料發生有效碰撞的兩個基本前提:●碰撞粒子的動能必須足夠大●對有些物種而言,碰撞的幾何方位要適當對于反應1918年Lewis以氣體(qìtǐ)分子運動論為基礎提出。精品資料Example對于(duìyú)反應精品資料對HCl和NH3的氣相反應，顯然HCl的H端只能通過狹窄的“窗口”接近孤對電子，發生有效碰撞的機會(jīhuì)自然小多了。Example精品資料Lewis根據氣體(qìtǐ)分子運動論,提出碰撞理論.內容:(1)化學反應過程是反應物分子相互(xiānghù)碰撞,分子中化學鍵被打開,繼而建立新的化學鍵的過程.只有活化分子間的碰撞才可能發生化學反應.(2)活化分子間的碰撞只有在取向適當的條件下才能發生反應.所以活化分子間的碰撞不一定是有效碰撞;但有效碰撞一定是活化分子間的碰撞.精品資料4.4.2過渡(guòdù)狀態理論三十年代,Eyring(艾林)提出(tíchū)過渡態理論.反應物在相互接近時要經過一個中間過渡狀態，即形成一種“活化絡合物”，然后再轉化為產物。這個過渡狀態就是活化狀態，如A+BCA…B…CAB+C反應物活化絡合物產物（始態）（過渡態)（終態）精品資料精品資料Question例:反應(fǎnyìng)2AB(g)=A2(g)+B2(g),正反應(fǎnyìng)的活化能Ea(+)=44.3KJ·mol-1,