第三章 化学反应速率,3 化学反应速率,质量作用定律浓度对反应速率的影响 阿仑尼乌斯方程 温度对反应速率的影响化学动力学是研究化学反应速率和机理的科学。影响反应 速率的因素可以概括为三类：反应物的本性； 反应物的浓度和系统的温度、压力、催化剂等宏观物理量； 光、电、磁等外场的因素。,3 化学反应速率,3.1 化学反应速率的概念 3.2 浓度对化学反应速率的影响 3.2.1 化学反应速率方程 3.2.2 质量作用定律 3.3 温度对化学反应速率的影响 3.4 反应速率理论简介 3.4.1 碰撞理论 3.4.2 过渡态理论 3.5 催化剂作用及其它因素的影响 3.5.1 催化作用及其特点 3.5.2 催化反应的类型 3.5.3 多相反应速率的影响因素,3 化学反应速率,化学反应速率,化学反应速率(v)是用以衡量化学反应在一定条件下进行的快慢的物理量 标准定义： 单位体积的反应系统中，反应进度随时间的变化率,3 化学反应速率 3.1 化学反应速率的概念,，v 定义式为：,由于d=B-1dnB，对于恒容反应dcB=dnB/V；因此，以浓度为基础的反应速率如下系统体积恒定，cB=nB/V，则：,对于化学反应,化学反应速率,v的值与所研究反应中物质B的选取无关。即可选择任何一种反应物或产物来表达该化学反应的反应速率。 浓度单位一般用物质的量浓度(molL-1) ，因此， v的SI单位为molL-1s -1。 反应速率和反应进度一样，必须给出化学反应方程式，因为化学计量数B与化学反应方程式的书写相关。例：合成氨反应：N2+ 3H2 = 2NH3 其反应速率如下：,3 化学反应速率 3.1 化学反应速率的概念,平均速率与瞬时速率,平均速率,瞬时速率,3 化学反应速率 3.1 化学反应速率的概念,反应速率的表示法,反应速率还可用反应系统内物质的浓度随时间的变化率来表示：,v与B的关系：,对反应物取负号， 对生成物取正号,例：实验测得N2O5分解反应2N2O5=4NO2+O2过程中，反应开始时c0(N2O5)=2.00molL-1，反应进行到100秒时c100(N2O5) =1.42molL-1 ，则0-100秒时段：,3 化学反应速率 3.1 化学反应速率的概念,化学反应速率方程,化学反应速率方程式 化学反应速率常可表示为反应物浓度的函数,3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,化学反应速率方程的基本形式 对于总反应 aA + bB+ = yY + zZ+，其反应速率方程：,化学反应速率方程,速率常数k k是由反应物质本性所决定的特征常数。又称为比速率 k的大小直接决定了反应速率的大小及反应进行的难易 反应级数 浓度项的指数(、)称为反应物的反应分级数 浓度项的指数之和 (+ )称为反应的反应级数 对于n级反应，k的单位是(molL-1)(1-n)s-1,3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,化学反应速率方程,化学反应 反应方程式 速率方程 反应级数双氧水分解 2H2O2=2H2O+O2 1合成碘化氢 H2+I2=2HI 2一氧化氮氧化 2NO+O2=2NO2 3 化为二氧化氮 氨在钨表面 2NH3=N2+3H2 0 上的分解合成溴化氢 H2+Br2=2HBr,3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,质量作用定律,化学反应机理 也叫反应历程，是指反应物变为产物过程中所经历的途径。 基元反应和非基元反应 从反应物一步直接转化为生成物的反应称为(基)元反应； 由两个或两个以上基元反应构成，分多步实现的总反应，称为非基元反应或复杂反应。 速度决定步骤 在一个复杂反应中，最慢的一步基元反应的速度决定了整个复杂反应的速度。,3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,例 题,例：,3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,(1) NO2(g) + NO2(g) = NO3(g) + NO(g) (慢)(2) NO3(g) + CO(g) = NO2(g) + CO2(g) (快),质量作用定律,质量作用定律 在一定温度下，基元反应的速率与反应物浓度（以反应方程式中该物质的计量系数为指数）的乘积成正比 如果已知某反应为基元反应，就可根据质量作用定律直接写出其反应速率方程式。 质量作用定律只适用于基元反应，不适用于复杂反应 一个反应是否为基元反应必须通过实验来判断。 复杂反应的速率方程式，可通过组成该反应的多个基元反应推导得到。,3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,例 题,例：300K时, 反应 2NOCl(g) = 2NO(g) + Cl2(g) 的实验数据如下:c(NOCl)/molL-1 0.200 0.400 0.600 -d(NOCl)/dt/molL-1s-1 4.80x10-5 1.92x10-4 4.32x10-4写出反应的速率方程，计算300K时反应速率常数及c(NOCl) =0.500molL-1时的反应速率。 解：设-d(NOCl)/dt = kc(NOCl)则 4.8010-5= k0.200 1.9210-4= k0.400 4.3210-4= k0.600,3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,例 题,在以上三个方程中任取两个，解联立方程，得：k(NOCl) =1.2010-3，=2 故 v = kc(NOCl)2根据v =300K时，k(总) = k(NOCl)/2 = 1.2010-3/2=6.0010-4(mol-1Ls-1)c(NOCl)=0.500molL-1时，v = 6.0010-40.5002 = 1.5010-4(molL-1s-1),3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,例：2H2 + 2NO = 2H2O + N2 实验测得数据如下：起始浓度 形成N2的起始速率molL-1s-1c(NO) c(H2) v(N2) 6.0010-3 1.0010-3 3.1910-3 6.0010-3 2.0010-3 6.3610-3 6.0010-3 3.0010-3 9.5610-3 1.0010-3 6.0010-3 0.4810-3 2.0010-3 6.0010-3 1.9210-3 3.0010-3 6.0010-3 4.3010-3 由实验数据可得： v =kc(H2)c(NO)2；反应级数为：3,3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,例 题,例 题,根据反应机理写出反应速率方程式，并得出反应级数CO + Cl2 COCl2的反应机理为：,3 化学反应速率 3.2 浓度对化学反应速率的影响,解：根据慢反应得到：v =k3c(COCl)c(Cl2)；以式代入：c(COCl)=K2ClCO=K2CO(K1Cl2)1/2 v =k3K2K11/2c(CO)c(Cl2)3/2 属2.5级反应,范特霍夫(Vant Hoff)规则,在室温附近，温度每升高10，反应速率常数约增大到原来的24倍。即：,3 化学反应速率 3.3 温度对化学反应速率的影响,例：假如某牛奶样品在28的室温下放置一天开始变质，现将其冷藏保存在8下，能保存多久？ 解：取每升高10 K，速率增加的下限为2倍。,A称为指前因子或频率因子，是给定反应的特性常数；Ea称为反应的活化能，也是反应的一个重要特性常数，是决定反应速率的最重要因素。,阿仑尼乌斯(Arrhenius)公式,指数式：,速率常数的对数与 1/T 之间成线性关系,对数式：,3 化学反应速率 3.3 温度对化学反应速率的影响,