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1、关于化学反应速率与化学平衡(2)第一页，讲稿共五十八页哦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。慢慢，金属的锈蚀，食品的腐烂，金属的锈蚀，食品的腐烂，塑料的老化等。塑料的老化等。3.1 化学反应速率化学反应速率定义：定义：化学反应速率指在一定条件下，反应物转变为生成物的速化学反应速率指在一定条件下，反应物转变为生成物的速率。率。化学反应速率经常用单位时间内反应物浓度的减少或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来表示生成物浓度的增加来表示,单位常用单位常用molL-1S-1表示。表示。第二页，讲稿共五十八页哦 例如：例如：N2O5在四氯化碳
2、溶液中按下面反应方程式分解：在四氯化碳溶液中按下面反应方程式分解：2N2O54 NO2 O2 从从t1到到t2的的时时间间间间隔隔用用t=t2-t1表表示示，t1、t2时时的的浓浓度度分分别别用用N2O51和和N2O52表表示示，则则在在t时时间间间间隔隔内内，浓浓度度的的改改变变量量 N2O5=N2O52-N2O51。用用反反应应物物浓浓度度的的减减少少来来表表示示在在时时间间间间隔隔t内的平均反应速率为内的平均反应速率为3.1.1 反应速率的表示方法反应速率的表示方法 反应物反应物 产物产物第三页，讲稿共五十八页哦 c 产产物物 反应物反应物 t1.平均速率平均速率时间时间：秒：秒(s)、
3、分、分(min)、时时(h)。浓度浓度：mol/L往往用单位时间内反应物或生成物浓度变化的正值往往用单位时间内反应物或生成物浓度变化的正值（或绝对值）表示。（或绝对值）表示。第四页，讲稿共五十八页哦【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 第五页，讲稿共五十八页哦一般的化学反应：一般的化学反应：a A +dD =gG +h H2.瞬时速率瞬时速率 时间间隔时间间隔t 趋于无限小趋于无限小(t 0)时的平均速率的极限。时的平均速率的极限。第六页，讲稿共五十八页哦 1 dcA 1 dcD =-
4、.=-.a dt d dt 1 dcG 1 dcH =.=.g dt h dtct反应物反应物dcA/dt为导数，它的为导数，它的几何意义是几何意义是c-t曲线曲线上某点的斜率。上某点的斜率。一般的化学反应：一般的化学反应：a A +dD =gG +h H第七页，讲稿共五十八页哦3.2 反应速率理论简介反应速率理论简介两个理论两个理论过渡状态理论过渡状态理论碰撞理论碰撞理论3.2.1 碰撞理论（基本要点）碰撞理论（基本要点）1.分子必须经过分子必须经过碰撞碰撞才可能发生反应。才可能发生反应。2.能量高于某个定值的分子称为能量高于某个定值的分子称为活化活化分子分子，活化分子间碰撞才可能发生反应。
5、，活化分子间碰撞才可能发生反应。3.活化分子间活化分子间方向合适的碰撞方向合适的碰撞才能发生才能发生反应，能发生反应的碰撞称为反应，能发生反应的碰撞称为有效碰撞有效碰撞。第八页，讲稿共五十八页哦NO(g)+O3=NO2(g)+O2(g)第九页，讲稿共五十八页哦N：气体分子总数：气体分子总数E平平 E1 EEa气体分子的能量分布气体分子的能量分布E1：活化分子的平均能量活化分子的平均能量Ea：反应的：反应的活化能活化能N：某能量区间的分子数：某能量区间的分子数阴影面积阴影面积:活化分子活化分子百百分分 数数(f)第十页，讲稿共五十八页哦活化能：活化能：在某温度下，反应物分子的平均在某温度下，反应
6、物分子的平均能量和活化分子的平均能量只差为该反应的活能量和活化分子的平均能量只差为该反应的活化能化能,符号符号Ea。单位：单位：kJmol-1 相同条件下相同条件下，Ea越大，活化分子百分数越大，活化分子百分数（f）越小，反应越慢。反之，越小，反应越慢。反之，Ea越小，越小，f 越大，反应越快。越大，反应越快。Ea的大小与反应本性的大小与反应本性(物质的分子结构、物质的分子结构、化学键化学键)有关。有关。碰撞理论中，碰撞理论中，Ea只能由实验来只能由实验来确定。确定。第十一页，讲稿共五十八页哦3.2.2 过渡态理论简介过渡态理论简介A+B-C ABC A-B+C 活化配合物活化配合物快快慢慢活
7、化能：活化能：过渡状过渡状态理论中把过渡状态态理论中把过渡状态具有的最低能量与反具有的最低能量与反应物能量之差称为活应物能量之差称为活化能化能EaH =Ea1-Ea2 A B C E Ea1A+BCH Ea2AB+CH 0，吸热反应，吸热反应第十三页，讲稿共五十八页哦EnergyReaction coordinateReactantsProducts第十四页，讲稿共五十八页哦3.3 影响化学反应速率的主要因素影响化学反应速率的主要因素影响反应速率的因素影响反应速率的因素：内因内因:与反应的本性与反应的本性(物质的分子结构、化学物质的分子结构、化学键等键等)有关。有关。外因外因:浓度、温度、催化
8、剂浓度、温度、催化剂.第十五页，讲稿共五十八页哦1.（基）元反应和非元反应（基）元反应和非元反应 （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生成物的反应。转化成生成物的反应。简单反应简单反应：由一个基元反应构成的化学反应称为简由一个基元反应构成的化学反应称为简单反应。例：单反应。例：N2O4=2NO2 是简单反应，是简单反应，也是基元也是基元反应。反应。复杂反应复杂反应：由两个或两个以上的基元反应构成由两个或两个以上的基元反应构成的反应称为复杂反应。的反应称为复杂反应。3.3.1 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响第十六页，讲稿共五十八页哦例例：复杂反应
9、：复杂反应 2H2（g）+2NO(g)=N2(g)+2H2O(g)2NO+H2 =N2+H2O2 (慢）慢）H2 +H2O2=2H2O （快）（快）绝大多数化学反应都是复杂反应，绝大多数化学反应都是复杂反应，因因此，一般的反应方程式，除非特别说明是基元此，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。反应，否则不能当作基元反应。第十七页，讲稿共五十八页哦例：例：基元反应基元反应 NO2+CO=NO+CO2 任一任一基元反应基元反应：a A+d D=g G+h H 速率常数速率常数速率方程速率方程 2.质量作用定律质量作用定律：在一定温度下，元反应的反应速率与各在一定温度下，元
10、反应的反应速率与各反反应物应物浓度幂的乘积成正比。浓度幂的乘积成正比。第十八页，讲稿共五十八页哦 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、催化剂温度、催化剂)，反应物浓度均为，反应物浓度均为1mol/L时的反应时的反应速率。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。第十九页，讲稿共五十八页哦注意注意:：1.质量作用定律质量作用定律只适用于基元反应只适用于基元反应，复杂，复杂反应的速率方程由实验确定。反应的速率方程由
11、实验确定。2.已知反应机理的复杂反应，速率方程根已知反应机理的复杂反应，速率方程根据据最慢的基元反应最慢的基元反应来写。来写。3.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。4.4.对于气体反应，当体积恒定时，各组分气体对于气体反应，当体积恒定时，各组分气体的分压与浓度成正比，即的分压与浓度成正比，即 V=kpaApdD第二十页，讲稿共五十八页哦例例：2N2O5 =4 NO2 +O2 N2O5 =N2O3 +O2 （慢慢）N2O3 =NO2 +NO （快）（快）2NO+O2 =2NO2 （快）（快）例例：C(s)+O2(g
12、)=CO2(g)第二十一页，讲稿共五十八页哦【例】【例】已知反应已知反应 aA +bB =C 在某温度在某温度下实验测得的数据如下表，求该反应的速率下实验测得的数据如下表，求该反应的速率方程和速率常数方程和速率常数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第二十二页，讲稿共五十八页哦 起始浓度起始浓度(molL-1)编号编号
13、 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 推出推出 y=12.00第二十三页，讲稿共五十八页哦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)=8.61104 cA2 cB 第二
14、十四页，讲稿共五十八页哦3.反应级数反应级数定义定义：在速率方程中，各反应物浓度的指：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。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，总反应级数，总反应级数为为3。基元反应的基元反应的a，b，复杂反应复杂反应可通过实验确定其值可通过实验确定其值第二十五页，讲稿共五十八页哦例例：基元反应：基元反应 NO2+CO=NO+CO2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
15、应的反应级数：该反应的反应级数：1+1 =2 例：例：复杂反应复杂反应 2NO+2 H2=N2+2 H2O 反应级数为反应级数为3第二十六页，讲稿共五十八页哦注意：注意：1.反应级数越大反应级数越大，则反应物浓度对反应速，则反应物浓度对反应速率的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无影零级反应中反应物浓度对反应速率无影响。响。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。第二十七页，讲稿共五十八页哦4.有效碰撞理论对浓度的影响
16、的解释有效碰撞理论对浓度的影响的解释 对一指定反应，在一定温度下，反应物活化分子对一指定反应，在一定温度下，反应物活化分子的百分数是一定的。的百分数是一定的。增加反应物的浓度，意味着增加了增加反应物的浓度，意味着增加了单位体积的单位体积的活化分子总数活化分子总数，所以增加了单位体积的活化分子数，所以增加了单位体积的活化分子数，导致有效碰撞次数增加，反应速率加快。导致有效碰撞次数增加，反应速率加快。第二十八页，讲稿共五十八页哦 3.3.2 温度对反应速度的影响温度对反应速度的影响v 爆炸反应爆炸反应 Tv 酶催化反应酶催化反应 T第二十九页，讲稿共五十八页哦v2NO+1/2O2=NO2T 绝大多
17、数化学反应绝大多数化学反应速率速率与与温度温度呈呈指数指数关系关系，下面只讨论这类反应。，下面只讨论这类反应。温度对反应速率的影响主要表现在温度对反应速率的影响主要表现在T对对k值的影响。值的影响。vT 呈指数关系呈指数关系第三十页，讲稿共五十八页哦范托夫范托夫(vant Hoff)规则规则 若温度升高若温度升高10度，度，k 值增大值增大2倍倍(或或3倍倍)，则当，则当温度升高温度升高100度时：度时：第三十一页，讲稿共五十八页哦升高温度使反应速升高温度使反应速率显著升高的原因率显著升高的原因是什么呢？是什么呢？升温使反应物分子的升温使反应物分子的能量增加能量增加，大量的非活化，大量的非活化
18、分子获得能量后变成了活化分子，单位体积内分子获得能量后变成了活化分子，单位体积内活活化分子百分数大大增加化分子百分数大大增加，这样有效碰撞次数就增多，这样有效碰撞次数就增多了，从而了，从而反应速率显著增加反应速率显著增加。第三十二页，讲稿共五十八页哦阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯(Arrhenius)经验公式经验公式 A：反应的特征常数，称为指前因子：反应的特征常数，称为指前因子e：自然对数的底数，：自然对数的底数，2.718R：气体常数，为气体常数，为 8.314 Jmol-1K-1T：热力学温度热力学温度(K)Ea：活化能：活化能(kJ mol-1)第三十三页，讲稿共五十八页哦活化分子百分数活化分子
19、百分数 温度升温度升高，活化分高，活化分子的百分数子的百分数(f)增大增大是反是反应速率应速率加快加快的主要原因。的主要原因。第三十四页，讲稿共五十八页哦上式两边对对数：上式两边对对数：lnk第三十五页，讲稿共五十八页哦已知已知T1k1，T2k2，则有：，则有：第三十六页，讲稿共五十八页哦 (1)不同的反应，不同的反应，Ea 越大，越大，T 对对 k 影响越大。影响越大。例：例：两反应的温度都从两反应的温度都从300K 升为升为400K，Ea大的，大的，k 增加得更多。增加得更多。(2)同一反应，低温时温度对反应速率同一反应，低温时温度对反应速率的影响较高温时大。的影响较高温时大。例：例：从从
20、300K升为升为400K与从与从1000K升为升为1100K，前者，前者k增大得多增大得多.分析此式可知：分析此式可知：第三十七页，讲稿共五十八页哦【例例】已知某反应的已知某反应的Ea=70kJmol-1,300K时的时的k=0.1。试计算。试计算(1)400K时反应速时反应速率为原来的多少倍？率为原来的多少倍？(2)温度由温度由1000K升到升到1100K时，反应速率为时，反应速率为1000K时的多少倍时的多少倍？解解：(1)第三十八页，讲稿共五十八页哦(2)第三十九页，讲稿共五十八页哦【例】【例】反应反应 S2O82-+2I-=2SO42-+I2，已，已273K时的速率常数为时的速率常数为
21、8.210-4，293K时速时速率常数率常数4.110-3，计算该反应的活化能。，计算该反应的活化能。解：解：根据根据Ea =53.5(kJmol-1)第四十页，讲稿共五十八页哦催化剂和催化作用催化剂和催化作用 催化剂：催化剂：加入少量就能加快反应而本身的加入少量就能加快反应而本身的化学性质和质量不变的物质。化学性质和质量不变的物质。催化作用的特点催化作用的特点 1.1.高效性高效性，可以大大地加快反应速率。，可以大大地加快反应速率。3.同等程度地加快正、逆反应的速率。同等程度地加快正、逆反应的速率。4.不能改变反应的可能性和平衡常数不能改变反应的可能性和平衡常数.2.选择性，反应不同，催化剂
22、不同。选择性，反应不同，催化剂不同。3.3.3 催化剂对反应速率的影响催化剂对反应速率的影响正催化剂和负催化剂正催化剂和负催化剂第四十一页，讲稿共五十八页哦C2H5OH (乙醇乙醇)CH3CHO(乙醛乙醛)+H2Ag55C2H4(乙烯乙烯)+H2O Al2O3355(C2H5)2O(乙醚乙醚)+H2O 浓浓H2SO4140若活化能降低若活化能降低80kJ，反应速率可增大，反应速率可增大107倍倍.第四十二页，讲稿共五十八页哦 催化原理：催化原理：1.改变反应历程，降低反应的活化能。改变反应历程，降低反应的活化能。2.催化剂参加反应，生成不稳定的中间产催化剂参加反应，生成不稳定的中间产物，中间产
23、物再反应生成产物和原来的催化剂。物，中间产物再反应生成产物和原来的催化剂。A+B=AB加催化剂加催化剂 K后：后：A+K=AKAK+B=AB+KEaE2E1A+BAK+BAB+KE反应过程反应过程第四十三页，讲稿共五十八页哦活化能降低使活化分子数增加活化能降低使活化分子数增加第四十四页，讲稿共五十八页哦【例】【例】已知乙醛的催化分解与非催化分解已知乙醛的催化分解与非催化分解反应分别为反应分别为:CH3CHO=CH4+CO Ea催催=36 kJmol-1 CH3CHO=CH4+CO Ea=190 kJmol-1若反应若反应与与的指前因子的指前因子A近似相等，试求近似相等，试求在在300K时，反应
24、时，反应 的反应速度是反应的反应速度是反应的多少倍。的多少倍。催催第四十五页，讲稿共五十八页哦解：解：第四十六页，讲稿共五十八页哦均相催化和多相催化均相催化和多相催化 均相催化：均相催化：反应物与催化剂处于同一相反应物与催化剂处于同一相。例例：2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)NO作催化剂作催化剂 S2O82-+2I-=2SO42-+I2 Cu2+作催化剂作催化剂多相催化：多相催化：催化剂与反应物处于不同的相中，催化剂与反应物处于不同的相中，反应在催化剂表面进行。反应在催化剂表面进行。例例:C2H4+H2 =C2H6 Ni 作催化剂作催化剂 N2+3H2 =2NH3 Fe 作催化剂作催
25、化剂第四十七页，讲稿共五十八页哦 多相催化原理多相催化原理：反应物被吸附在催化：反应物被吸附在催化剂的表面，使反应物部分化学键被削弱，从剂的表面，使反应物部分化学键被削弱，从而较易进行反应生成产物，反应后产物从催而较易进行反应生成产物，反应后产物从催化剂表面解吸。化剂表面解吸。催化剂表面的吸附示意图催化剂表面的吸附示意图 多相催化作多相催化作用仅仅发生在催用仅仅发生在催化剂表面化剂表面,所以所以催化作用催化作用能力的大小能力的大小与与催化剂的催化剂的表面表面积大小积大小密切相关。密切相关。第四十八页，讲稿共五十八页哦 酶催化酶催化 生物体内存在着的一类具有催化能力的蛋白质称为生物体内存在着的一
26、类具有催化能力的蛋白质称为酶酶。酶催化的特点：酶催化的特点：高效性，比普通催化剂高得多。高效性，比普通催化剂高得多。选择性更强。选择性更强。温度过高、酸碱度过大会使酶失去活性。温度过高、酸碱度过大会使酶失去活性。k催催k=108 1020=第四十九页，讲稿共五十八页哦第五十页，讲稿共五十八页哦第五十一页，讲稿共五十八页哦3.3.4 3.3.4 影响反应速率的其他因素影响反应速率的其他因素接触面积大小接触面积大小扩散速率扩散速率接触机会接触机会超声波、紫外线、激光和高能超声波、紫外线、激光和高能射线等等影响因素射线等等影响因素第五十二页，讲稿共五十八页哦自测题：自测题：1.对给定的化学反应，下列
27、说法是否正确？对给定的化学反应，下列说法是否正确？活化能活化能Ea越小，反应速度越快。越小，反应速度越快。第五十三页，讲稿共五十八页哦 2.下列说法下列说法不不正确的是正确的是 A.相同条件下，反应的活化能越大其相同条件下，反应的活化能越大其反应速率越慢。反应速率越慢。B.某反应速率方程为某反应速率方程为 ,该该反应的反应级数为反应的反应级数为2.5。C.升高温度，吸热反应的速率增大而升高温度，吸热反应的速率增大而放热反应的速率减小。放热反应的速率减小。D.复杂反应至少含有两个基元反应。复杂反应至少含有两个基元反应。选选C第五十四页，讲稿共五十八页哦 3.复杂反应复杂反应 S2O82-+2I-
28、=2SO42-+I2 是由下列两个基元是由下列两个基元 反应所组成：反应所组成：S2O82-+I-=SO42-+SO4I-(慢慢)SO4I-+I-=SO42-+I2 (快快)则该反应的速率方程则该反应的速率方程()。第五十五页，讲稿共五十八页哦 4.对对于基元反于基元反应应：2NO+O2=2NO2，若若O2的的浓浓度增大到原来的度增大到原来的2倍，倍，则则正反正反应应的速度的速度为为原来的：原来的：A.2倍倍 B.4倍倍 C.6倍倍 D.8倍倍 A，因为，因为第五十六页，讲稿共五十八页哦 5.若下列反应若下列反应 2A+2B=C 的速度方的速度方程式是程式是 ，此反应的反应级数是，此反应的反应级数是 A.一级一级 B.二级二级 C.三级三级 D.四级四级C.三级反应三级反应第五十七页，讲稿共五十八页哦感感谢谢大大家家观观看看26.09.2022第五十八页，讲稿共五十八页哦