nullnull第三章 化学动力学基础null掌握化学反应速率的基本概念及表示方法。
了解有效碰撞理论,了解过渡状态理论,理解活化能、活化分子的概念及其意义。
掌握浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响。
理解基元反应、质量作用定律。
教学效果null一、化学反应速率的表示方法
二、反应速率理论
三、影响反应速率的因素
四、化学平衡及反应速率原理的应用一、化学反应速率的表示方法
一、化学反应速率的表示方法
表示方法:任一化学反应的反应速率都可以用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。为使反应速率是正值,当用反应物浓度的减少来表示时,要在反应物浓度的变化值△C前加一个负号。例如:对于化学反应: A + B → Y + Z,其反应速率为?
v =△c(Y)/△t,或 v =- △c(A)/△t。
Vi=+dCi/dt:浓度单位通常用mol·L-1,时间单位常用s、min、h等
注:+:用产物增加来表示化学反应速率。
-:用反应物减少来表示化学反应速率。单位:mol·L-1·S-1或mol·L-1·min-1等 例:在某一定条件下,与一恒容容器中氮气与氢气反应而合成氨,各物质的浓度变化如下:
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
开始浓度/( mol·L-1): 1.0 3.0 0
第二秒末浓度/( mol·L-1) 0.8 2.4 0.4
计算反应开始后2秒中内的平均速度。
解:V N2 = -(0.8-1.0)/2=0.10 mol·L-1·S-1
V H2 = - (2.4-3.0) /2=0.30 mol·L-1·S-1
VNH3 = (0.4-0) /2=0.2 mol·L-1·S-1null 平均速率 r =︱ΔcB / Δt︱
瞬时速率 r =︱dcB / dt︱
P88图3-1是五氧化二氮在四氯化碳中分解时其浓度随时间的变化曲线。在两个时刻之间的浓度变化与时间变化之比就是在此时间间隔中的平均速率。
在某一时刻时曲线上的切线斜率就是该时刻的瞬时速率。二、反应速率理论
二、反应速率理论
1、碰撞理论 反应物分子(或原子、离子)之间必须相互碰撞,才有可能发生化学反应。但是反应物分子之间并不是每一次碰撞都能发生反应。能够发生反应的碰撞称为有效碰撞。
活化分子:是指一些动能特大,且能发生有效碰撞的分子.
活化能( Ea ):活化分子的平均能量与反应物分子的平均能量之差。在一定温度下,反应时活化能(Ea)越大,活化分子所占的百分数越小,反应速度越慢。反之Ea 越小,活化分子所占的百分数越大,反应速度越快。null2、过渡状态理论
化学反应并不是通过反应物分子的简单碰撞完成的,在反应物到产物的转变过程中,必须通过一种过渡状态,即反应物分子活化形成活化配合物的中间状态:
A + B-C → [A…B…C] → A-B + C
活化配合物
活化配合物的势能形成一个能峰;活化配合物具有的最低能量与反应物能量之差称为活化能。活化能越大,能峰越高,反应速率越小。
null三、影响反应速率的因素三、影响反应速率的因素1、浓度的影响 恒T条件下,V主要决定于反应物浓度,反应物浓度越大,V越快,这个现象可用碰撞理论来解释: 在恒T条件下,对某一化学反应来说,反应物中活化分子的百分数是一定的.增加反应物浓度时,单位体积的活化分子数目增多,反应物分子有效碰撞的频率增大,V增大。null 基元反应和非基元反应:
根据反应机理,一步就能完成的反应为基元反应;
分几步进行的反应为非基元反应。例:HI的气相合成反应
H2+I2---2HI只是一个最终反应,它并不是通过H2分子和I2分子在一次反应中相遇,碰撞而实现的,实际上它经历了如下步骤:
I2—2I
2I+H2—2HI
最终方程是这两个共同作用的结果.
这两个反应称为基元反应null基元反应的速度方程-----质量作用定律
当温度一定时, 基元反应的反应速度与反应物浓度系数次方的乘积成正比,这一规律称为质量作用定律。
对于一般的基元反应:
aA + bB = yY + zZ
其速度方程式为:
若为气体反应,其速度方程式也可为:
注意:①质量作用定律只适用于基元反应。
②多相反应中,固态反应物浓度不写入速度方程。
非基元反应的速度方程由实验决定。
K称为速率常数,K值大,反应速率就大。它主要受温度影响。
ka/kb=a/bnull反应的分子数和反应级数 反应的分子数:从微观上用来说明在基元反应中发生一个反应所需要的微粒数。
反应级数:反应的速率方程中各反应物浓度指数之和。 反应级数可以是0,1,2,3 或分数 。
对于基元反应反应分子数与反应级数是一致的。 nullnull例:反应 A(g)+ B(g) 产物。速率
数据如下:
[A] [B] 起始速率(mol L-1 S-1 )
(1) 0.5 0.4 6x10-3
0.25 0.4 1.5x10-3
(3) 0.25 0.8 3x10-3
求:反应速率方程、反应级数以及反应速率常数null2、温度的影响 温度对反应速率有明显的影响,且其影响较复杂,多数化学反应随温度升高,反应速率增大。一般来说,温度每升高10K,反应速率大约增加2-3倍。
用碰撞理论解释:温度升高,活化分子的百分数增加,有效碰撞的百分数升高,速率增大。 (阿仑尼乌斯)公式
A:反应的频率因子,对确定的化学反应是一常数,A 与k同一量纲;
E a:反应活化能;
R:8.314 J·mol-1·K-1
T:热力学温度(阿仑尼乌斯)公式
A:反应的频率因子,对确定的化学反应是一常数,A 与k同一量纲;
E a:反应活化能;
R:8.314 J·mol-1·K-1
T:热力学温度在T1、T2时,
①
②
②-①得:
或在T1、T2时,
①
②
②-①得:
或阿仑尼乌斯公式圆满解决了两个问
:
① T对V的影响:Ea一定,T越高, 越大,k越大,速率越大,k与T呈指数关系,T稍有变化,k有较大变化
② Ea对V的影响:T一定,Ea越小, 越大,k越大,速率越大。
阿仑尼乌斯公式圆满解决了两个问题:
① T对V的影响:Ea一定,T越高, 越大,k越大,速率越大,k与T呈指数关系,T稍有变化,k有较大变化
② Ea对V的影响:T一定,Ea越小, 越大,k越大,速率越大。
null 催化剂的概念:能显著加快反应速率,而本身在反应前后组成、性质、质量都不发生改变的物质。
正催化:加速反应速率;负催化:减慢反应速率
催化剂的特点: 反应前后组成、性质、质量都不发生改变
催化剂具有选择性。 不同的反应常采用不同的催化剂,同样的反应物用不同的催化剂可得到不同的产物。
当一个反应可能有几个平行反应时,使用高选择性的催化剂来增大某个指定反应的速度,对副反应加以抑制。
催化剂的作用主要是改变了反应的历程,降低了反应的活化能,从而使反应速度增大。3、催化剂的影响3、催化剂的影响● 只能对热力学上可能发生
的反应起作用● 通过改变反应途径以缩短
达到平衡的时间● 只有在特定的条件下催化
剂才能表现活性● 通过改变催化剂可以改变
反应方向nullnullnull