第3章动力学基础

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1、无机化学返回下页退出退出下页上页& 教学要求教学要求v熟悉化学反应速率的定义，了解平均速率和熟悉化学反应速率的定义，了解平均速率和瞬时速率的含义。瞬时速率的含义。v熟悉浓度对反应速率的影响，了解元反应、熟悉浓度对反应速率的影响，了解元反应、简单反应、复杂反应、反应级数等概念及确简单反应、复杂反应、反应级数等概念及确定反应级数的一般方法。定反应级数的一般方法。v熟悉和掌握熟悉和掌握Arrhenius公式。公式。v了解反应速率的基本理论和反应机理。了解反应速率的基本理论和反应机理。 v了解催化剂和催化作用的基本特点。了解催化剂和催化作用的基本特点。返回退出下页上页3.1 化学反应速率的概念

2、化学反应速率的概念3.2 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 速率方程式速率方程式3.3 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响 Arrhenius方程式方程式3.4 反应速率理论和反应机理简介反应速率理论和反应机理简介 3.5 催化剂和催化作用催化剂和催化作用 返回退出下页上页3.1.1 3.1.1 定容反应的反应速率定容反应的反应速率3.1.2 3.1.2 平均速率与瞬时速率平均速率与瞬时速率3.1 3.1 化学反应速率的概念化学反应速率的概念返回退出下页上页如果体积不变如果体积不变3.1.1 定容反应的反应速率单位：molL-1S-1返回退出下页上页对于一般的化学反应：对于一般的

3、化学反应： aA + bB yY + zZtzctyctbctacddddddddZYBA对于定容的气相反应对于定容的气相反应返回退出下页上页1. 平均速率平均速率:某一有限时间间隔内浓度的变化量。某一有限时间间隔内浓度的变化量。3.1.2 平均速率与瞬时速率2. 2. 瞬时速率瞬时速率: : 时间间隔时间间隔 t t趋于无限小时的平均速趋于无限小时的平均速率的极限值。率的极限值。通常用作图法求通常用作图法求瞬时速率。瞬时速率。dtdctcBtBB=lim=10返回退出下页上页3.2.1 化学反应速率方程式化学反应速率方程式3.2.2 由实验确定反应速率方程由实验确定反应速率方程 的简单方的简

4、单方法法初始速率法初始速率法3.2.3 浓度与时间的定量关系浓度与时间的定量关系3.2 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 速率方程式速率方程式返回退出下页上页对一般的化学反应cA、cB ：反应物A和B物种的浓度 , ：反应级数：量纲为一 + ：应的总级数反应速率系数 k ：表明化学反应速度的相对大小，不随浓度而改变，但受温度的影响，通常温度升高，其值增大。ZYBAzybaBAckc3.2.1 化学反应速率方程式化学反应速率方程式返回退出下页上页v反应级数反应级数: : l可以是零、正整数、分数，也可以是负数。可以是零、正整数、分数，也可以是负数。l一级和二级反应较常见，若是零级反应，则

5、一级和二级反应较常见，若是零级反应，则反应物浓度不影响反应速率。反应物浓度不影响反应速率。vk的单位：的单位： 因因 故单位为：故单位为：C C1-(+)1-(+)t t-1-1 对零级反应：对零级反应： molLmolL-1-1 s s-1-1 一级反应：一级反应： s s-1-1 二级反应：二级反应：(molL (molL -1-1) )-1-1 s s-1-1BA=cck1返回退出下页上页3.2.2 由实验确定反应速率方程的由实验确定反应速率方程的 简单方法简单方法初始速率法初始速率法v反应方程式必须由实验确定。反应方程式必须由实验确定。v速率方程式中物种浓度的指数不能根据化速率方程式中

6、物种浓度的指数不能根据化学计量式中相应物种的计量数来推测，只学计量式中相应物种的计量数来推测，只能根据实验来确定。能根据实验来确定。v在一定速率下，反应开始时的瞬时速率为在一定速率下，反应开始时的瞬时速率为初始速率。初始速率。返回退出下页上页v初始速率法初始速率法： 由反应物浓度的变化确定反应速率和速率方由反应物浓度的变化确定反应速率和速率方程式的方法程式的方法v具体操作：具体操作： 将反应物按不同组成配制成一系列混合物。将反应物按不同组成配制成一系列混合物。 先只改变一种反应物先只改变一种反应物A A的浓度，保持其他反应的浓度，保持其他反应物浓度不改变。在某一温度下反应开始，获得物浓度不改变

7、。在某一温度下反应开始，获得C CA A- -t t图图, ,确定确定t t00时的瞬时速率。若能获得时的瞬时速率。若能获得至少两个不同至少两个不同C CA A条件下的瞬时速率，即可确定条件下的瞬时速率，即可确定反应物反应物A A的反应级数。同样的方法，可以确定的反应级数。同样的方法，可以确定其他反应物的反应级数。其他反应物的反应级数。返回退出下页上页例如:反应的有关实验数据如下： gOH2gNgH2gNO222k10732 试验编号12345)Lmol/(H12c)Lmol/(NO1-c)sLmol/(117109 . 76102 . 35103 . 16104 . 66102 . 3初始速

8、率法初始速率法应用实例应用实例返回退出下页上页该反应的速率方程式为：该反应的速率方程式为：()()22HNO=cck 对对NO而言是二级反应，对而言是二级反应，对H2而言而言是一级反应，总的反应级数为是一级反应，总的反应级数为3。返回退出下页上页:CClON452中的分解速率方程为在52ONkc亦可写为:, ONdd52kctctkccddttcctkc005252d)Oc(N)ON(d3.2.3 浓度与时间的定量关系返回退出下页上页v一级反应的通式一级反应的通式表明表明lnct(A)对对t呈线性关系呈线性关系其斜率为：其斜率为：- -k k截截 距距 为：为： lnco(A)返回退出下页上页

9、v 一级反应的半衰期一级反应的半衰期 当反应物当反应物 A A 的转化率为的转化率为50%50%时所需的反应时所需的反应时间称为半衰期时间称为半衰期, ,用用 t t1/21/2表示。表示。对于一级反应对于一级反应, ,其半衰期为其半衰期为: :说明一级反应的半衰期与反应物的初始浓度无说明一级反应的半衰期与反应物的初始浓度无关。关。返回退出下页上页21k)A(kc2)A( c k)A(1)A(10cktct)A()A(0cktct)A(ln)A(ln0cktct)A(tc)A(lntc)A(1tckc2)A(0k693.0)A(10kcv反应速率方程式和反应级数反应速率方程式和反应级数返回退出

10、下页上页3.3.1 Arrhenius方程方程式式3.3.2 Arrhenius方程方程式的应用式的应用3.3.3 对对Arrhenius方程的进一步分析方程的进一步分析3.3 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响 Arrhenius方程方程返回退出下页上页反应速率方程反应速率方程影响反应速率的因素有两个影响反应速率的因素有两个: k和和cB k与温度有关，与温度有关，T增大，一般增大，一般k也增大，也增大， 但但kT不是线性关系。不是线性关系。BAckc3.3.1 Arrhenius方程式返回退出下页上页)/exp(a0RTEkka0ln ln-EkkRT对 数 形 式 ：显然显然 为直

11、线关系，为直线关系， 直线的直线的斜率斜率为为 直线的直线的截距截距为为 Tk1lnREa0kln指数形式指数形式:k0为指前参量（频率因子）为指前参量（频率因子）Ea为实验活化能，单位为为实验活化能，单位为1molkJv Arrhenius方程方程式式返回退出下页上页由由Arrhenius方程可定义方程可定义Ea :2lnRTETka=ddv 活化能活化能Ea表达式表达式返回退出下页上页活化能活化能EaCopyright 1999,PRENTICE HALL返回退出下页上页3.3.2 Arrhenius方程的应用方程的应用v1.计算反应的活化能Eav2.利用作图法求Ea，求出lnk-1/T直