大学无机化学课件第4章化学反应速率讲解

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1、第4章化学反应速率14－1反应速率的定义4－2反应速率与反应物浓度的关系4－3反应机理4－4反应物浓度与时间的关系4－5反应速率理论简介4－6温度对化学反应速率的影响4－7催化剂与催化反应简介24－1反应速率的定义化学反应速率是指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内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示。单位：mol·dm－3·s－1，mol·dm－3·min－1或mol·dm－3·h－1。34－1－1平均速率例4－1乙酸乙酯的皂化反应CH3COOC2H5＋OH－＝CH3COO－＋CH3CH

2、2OH式中的负号是为了使反应速率保持正值。45例4－2N2O5的分解反应2N2O5＝4NO2＋O26对于一般的化学反应aA＋bB＝gG＋hH原则上，用任何一种反应物或生成物的浓度变化均可表示化学反应速率，但我们经常采用其浓度变化易于测量的那种物质来进行研究。74－1－2瞬时速率瞬时速率：某一时刻的化学反应速率称为瞬时速率。AB的斜率表示时间间隔Δt＝tB－tA内反应的平均速率例4－3利用表中反应物的浓度对时间作图。I2N00158.jpg84－2反应速率与反应物浓度的关系实验事实表明，一定温度下，增加反应物的浓度可以增大

3、反应速率。从图中可观察0、5、10、15min时的各条切线，看出它们的斜率所代表的瞬时速率依次减小。94－2－1速率方程基元反应：指反应物分子一步直接生成产物的反应。质量作用定律：基元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。对于基元反应aA＋bB＝gG＋hH质量作用定律的数学表达式：r＝kc(A)mc(B)nk称为速率常数m，n称反应物A，B的反应级数k，m和n均可由实验测得1011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)

4、2建立速率方程r＝kc(H2)c(NO)2利用实验数据得k＝8.86×104dm6mol－2s－1在恒温下反应速率常数k不因反应物浓度的改变而变化。124－2－2反应级数若某化学反应aA＋bB＝gG＋hH其速率方程为r＝kc(A)mc(B)n则反应级数为m＋n对于化学反应2H2＋2NO＝2H2O＋N2其速率方程为r＝kc(H2)c(NO)2该反应是三级反应，或者说反应对H2是1级，对NO是2级。13有的反应速率方程较复杂，不属于r＝kc(A)mc(B)n形式，对于这样的反应则不好谈反应级数。如H2(g)＋Br2(g)

5、＝2HBr(g)的速率方程为：反应级数可以为零，也可以为分数。例如反应2Na(s)＋2H2O＝2NaOH(aq)＋H2(g)其速率方程为r＝k零级反应的反应速率与反应物浓度无关。144－2－3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1mol·dm－3时的反应速率，因此也称比速率常数。速率常数是温度的函数。速率常数的单位与反应级数有关：一级反应s－1二级反应dm3·mol－1·s－1n级反应dm3(n－1)·mol－1(n－1)·s－115即不同的速率常数之比等于各物质的计量数之比。用不同物质来表示反应

6、速率时，速率常数的数值是不同的。例如反应aA＋bB＝gG＋hH164－3反应机理4－3－1基元反应所谓基元反应是指反应物分子一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。17又例如：H2(g)＋I2(g)＝2HI(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：①I2＝I＋I（快）②H2＋2I＝2HI（慢）化学反应的速率由反应速率慢的基

7、元反应决定。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。18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2NO2＝2NO＋O2三分子反应HI的生成反应H2＋2I2＝2HI四分子或更多分子碰撞而发生的反应尚未发现。194－3－2反应机理的探讨反应2NO＋O2＝2NO2实验得r＝kc(NO)2c(O2)设反应历程：①2NO＝N2O2（快）②N2O2＝2NO（快）③N2O2＋O2＝2NO2（慢）③是控速步骤，其速率方程为r＝k3c(

8、N2O2)c(O2)因为有r1＝r2故有k1c(NO)2＝k2c(N2O2)所以c(N2O2)＝k1/k2c(NO)2可以推导出反应的总速率方程r＝kc(NO)2c(O2)204－4反应物浓度与时间的关系若零级反应A→Hc(A)＝c(A)0－kt4－4－1零级反应反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，用t1/2表示。即