第七章化学动力学

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1、第七章第七章 化学动力学基础化学动力学基础7.1 化学反应速率及其表示法化学反应速率及其表示法7.2 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响7.3 反应物浓度与反应时间的关系反应物浓度与反应时间的关系7.4 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响7.5 反应速率理论简介反应速率理论简介7.6 催化剂催化剂对反应速率的影响对反应速率的影响 本章内容本章内容: 1. 了解反应速率理论。了解反应速率理论。 2. 掌握浓度、温度、催化剂等对反应掌握浓度、温度、催化剂等对反应速率的影响。速率的影响。 研究的目的研究的目的：控制反应速率，使其按控制反应速率，使其按我们希望的速率进行。我们希望的速率进行

2、。反应速率反应速率快快 ，如爆炸反应，中和反应。，如爆炸反应，中和反应。慢，金属的锈蚀，食品的腐烂，慢，金属的锈蚀，食品的腐烂，塑料的老化等。塑料的老化等。7.1 7.1 化学反应速率及其表示法化学反应速率及其表示法对于等容反应，反应过程中体积保持不变对于等容反应，反应过程中体积保持不变,VnV 一般的化学反应：一般的化学反应： a A + dD = gG + h HthCtgCtdCtaCHGDA 2. 瞬时反应速率瞬时反应速率 时间间隔时间间隔t 趋于无限小趋于无限小(t 0)时的时的平均速率的极限。平均速率的极限。dtdctcAAAlimt0dtdchdtdcgdtdcddtdcaHGD

3、A1111dtOdpdtONdpdtONdp)(2)()(24252对于气体反应，可以用气体分压来代替浓度对于气体反应，可以用气体分压来代替浓度一般瞬时速率可表示为：一般瞬时速率可表示为：N2O5 (g) N2O4 + O如何求平均反应速率和瞬时速率？如何求平均反应速率和瞬时速率？【例例】 N2 + 3H2 = 2NH3初始初始 t1 1.0 3.0 0.0 molL-12秒后秒后 t 2 0.8 2.4 0.4 molL-1 1121221 . 020 . 18 . 0)()(2sLmoltNcNcN,sLmol.H1 11 13 30 02 2 1 11 12 20 03 3 sLmol.

4、NH 1 11 11 10 02 23 31 13 32 22 2 sLmol.NHHN 7.2 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响7.2.1 7.2.1 基元反应和非基元反应基元反应和非基元反应 基元反应基元反应：反应物分子一步作用直接：反应物分子一步作用直接转化成产物的反应。转化成产物的反应。 非非基元基元反应：反应：反应物分子由两步或两步以上反应物分子由两步或两步以上作用转化成产物的反应。作用转化成产物的反应。影响化学反应速度的因素。影响化学反应速度的因素。例例：非非基元反应基元反应 H2 + I2 = 2HI I2 = 2 I (快快) H2 + 2 I = 2HI (慢慢)(定

5、速步骤定速步骤) 绝大多数化学反应都是绝大多数化学反应都是非非基元基元反应，反应，因此，一般的反应方程式，除非特别说明因此，一般的反应方程式，除非特别说明是基元反应，否则不能当作基元反应。是基元反应，否则不能当作基元反应。 7.2.2 质量作用定律质量作用定律 质量作用定律质量作用定律：基元反应基元反应的反应速的反应速率与反应物浓度以方程式中化学计量数率与反应物浓度以方程式中化学计量数的绝对值为乘幂的乘积成正比。的绝对值为乘幂的乘积成正比。例：例：基元反应基元反应 NO2 + CO = NO + CO2 CONOcc2 2 CONOckc2 2 任一任一基元反应基元反应： a A + d D

6、= g G + h H dDaAckc 速率常数速率常数速率方程速率方程 k k 的的物理意义物理意义：在一定的条件下在一定的条件下(温度、温度、催化剂催化剂)，反应物浓度均为单位浓度，反应物浓度均为单位浓度时的时的反应速率。反应速率。 1. 反应不同，反应不同，k值不同。值不同。 2. 同一反应，温度不同同一反应，温度不同k值不同。值不同。 3. 同一反应，温度一定时，有无催同一反应，温度一定时，有无催化剂化剂k也是不同的。也是不同的。注意注意:： 1. 质量作用定律只适用于基元反应，质量作用定律只适用于基元反应，非基元反应的速率方程由实验确定。非基元反应的速率方程由实验确定。 3. 如果反

7、应物中有气体，在速率方程如果反应物中有气体，在速率方程式中可用气体分压代替浓度。式中可用气体分压代替浓度。 2. 均匀体系中，纯固体、纯液体的浓均匀体系中，纯固体、纯液体的浓度视为常数，不写入速率方程。度视为常数，不写入速率方程。 C (s) + O2 (g) CO2 (g)2Okc2Opk反应级数反应级数定义定义：在速率方程中，各反应物浓度：在速率方程中，各反应物浓度的指数之和称为反应的反应级数。的指数之和称为反应的反应级数。一般的化学反应一般的化学反应: aA + bB gG + hH 若若=1，对于，对于A为一级反应；为一级反应； 若若=2，对于对于B为二级反应，为二级反应，+=3，总反

8、应级数，总反应级数为为3。基元反应的基元反应的a，b，非基元反应非基元反应可通过实验确定其值可通过实验确定其值 k k 的单位：对于一级，二级和三级反应的单位：对于一级，二级和三级反应ABkc c7.2.3 如何确定非基元反应的速率方程式如何确定非基元反应的速率方程式 = k cAx cB y 非基元反应的速率方程由实验确定。非基元反应的速率方程由实验确定。aA + bB =dD+eE可先假定其可先假定其速率方程式为速率方程式为然后通过实验确定然后通过实验确定x和和y值值 【例例】已知反应已知反应 aA + bB = C 在某温在某温度下实验测得的数据如下表，求该反应的度下实验测得的数据如下表

9、，求该反应的速率方程和速率常数速率方程和速率常数k。 起始浓度起始浓度(molL-1)编号编号 cAcB初速初速(molL-1s-1) vC12 3 46.00 10-36.00 10-31.00 10-32.00 10-31.00 10-32.00 10-36.00 10-36.00 10-33.10 10-36.36 10-30.48 10-31.92 10-3解解:： = k cAx cB y yxyxkk)1000. 2()1000. 6()1000. 1 ()1000. 6(3333212 21 11 10 03 36 66 61 10 01 10 03 32 21 13 33 3

10、.y推推出出 y = 14 41 12 21 14 43 3 x x = 2同理：同理：计算计算 k 值值将（将（1）的数据代入）的数据代入 = k cA2 cB = k (6.00 10-3)2 (1.00 10-3) = 3.1010-3 k = 8.61104 (L2 mol-2 s-1 )例例：基元反应：基元反应 NO2 + CO = NO + CO2CONOckc2 2 对于对于NO2，反应级数为，反应级数为 1，对于对于CO，反应级数是，反应级数是 1，该反应的反应级数：该反应的反应级数： 1 + 1 = 2 例：例：非基元反应非基元反应 2NO + 2 H2 = N2 + 2H2

11、O 2 22 2HNOckc 反应级数为反应级数为3注意：注意：1. 反应级数越大反应级数越大，则反应物浓度对反，则反应物浓度对反应速率的应速率的影响越大影响越大。2. 反应级数可以是反应级数可以是整数整数，也可是，也可是分数分数或或零零零级反应中反应物浓度对反应速率零级反应中反应物浓度对反应速率无影响，如多相催化反应。无影响，如多相催化反应。3. 常见的简单反应级数有：零级反应、常见的简单反应级数有：零级反应、一级反应、二级反应、三级反应。一级反应、二级反应、三级反应。7.3.4 7.3.4 反应物浓度与反应时间的关系反应物浓度与反应时间的关系 速率方程只表明了浓度对反应速率的影响。速率方程