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1、第五章第五章 化学动力学初步化学动力学初步学习要求1)了解浓度/温度与反应速率的定量关系2)了解反应级数，阿仑尼乌斯公式的计算3）活化能、浓度、温度以及催化剂对化学 反应速率的影响主要内容5.1 5.1 化学反应速率的定义化学反应速率的定义 5.2 5.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 5.3 5.3 化学反应速率的基本理论化学反应速率的基本理论 5.4 5.4 催化作用与催化剂催化作用与催化剂 5.5 5.5 复合反应动力学复合反应动力学化学热力学中，已回答了有关化学反应能否自发进行化学热力学中，已回答了有关化学反应能否自发进行-反反应的方向性以及某种反应物可能达到的最大转换
2、率问题。本章应的方向性以及某种反应物可能达到的最大转换率问题。本章将讨论实现化学反应需要多少时间即反应速率的问题，属于化将讨论实现化学反应需要多少时间即反应速率的问题，属于化学动力学范畴，而化学平衡属于化学热力学范畴。学动力学范畴，而化学平衡属于化学热力学范畴。概概 述述可能性可能性现实性现实性热力学热力学动力学动力学在现实中，可能的不一定要发生，特别是不一定以显著的在现实中，可能的不一定要发生，特别是不一定以显著的速度速度( (我们能够观察到的速度我们能够观察到的速度) )发生。发生。不同的化学反应，其反应速率往往有很大的差别。火药的不同的化学反应，其反应速率往往有很大的差别。火药的爆炸瞬间
3、完成，离子反应可以秒计，一些有机物的聚合要长达爆炸瞬间完成，离子反应可以秒计，一些有机物的聚合要长达数小时，橡胶的老化需数年之久。一般说来，在常见的化学反数小时，橡胶的老化需数年之久。一般说来，在常见的化学反应中，无机的离子反应都快，而大多数有机反应都比较慢。应中，无机的离子反应都快，而大多数有机反应都比较慢。ZnZn( (s s) +) + Cu Cu2+2+( (aqaq) =) = Zn Zn2+2+( (aqaq) +) + Cu Cu( (s s) )HH2 2( (g g)+1/2)+1/2O O2 2( (g g)=)=HH2 2O O( (l l) )， r rG G mm(2
4、98.15(298.15K K) = -237.18) = -237.18 kJmol kJmol-1-1 r rG G mm(298.15(298.15K K) ) = -212.55 = -212.55 kJkJ molmol-1-1反应能自发进行，而且以显著的速度进行，原电池可以获反应能自发进行，而且以显著的速度进行，原电池可以获得足够的电流点亮小灯泡。得足够的电流点亮小灯泡。反应能自发进行，但实际上不能以显著的速度进行，在室反应能自发进行，但实际上不能以显著的速度进行，在室温下即使等一万年，也难以观察到水生成。温下即使等一万年，也难以观察到水生成。C C( (s s) +) + 2 2
5、O O2 2( (g g) ) = CO = CO2 2( (g g) )， r rG G mm(298.15(298.15K K) ) = = -394.36-394.36 kJ kJ molmol-1-1反应能自发进行，但实际上不能以显著的速度进行，在室反应能自发进行，但实际上不能以显著的速度进行，在室温下碳可以在空气中稳定地存放。温下碳可以在空气中稳定地存放。速度是一个十分重要的问题，没有速度，一切可能性都失速度是一个十分重要的问题，没有速度，一切可能性都失去了意义去了意义! !化学反应速率的快慢，跟人类的生活和生产紧密相关。我化学反应速率的快慢，跟人类的生活和生产紧密相关。我们总希望那
6、些对人类有益的化学反应，如钢铁的冶炼、橡胶的们总希望那些对人类有益的化学反应，如钢铁的冶炼、橡胶的合成等。进行得快些，以利于提高合成等。进行得快些，以利于提高生产效率；而希望那些对人生产效率；而希望那些对人类不利的化学反应，如金属的腐蚀、橡胶的老化、食物的腐烂类不利的化学反应，如金属的腐蚀、橡胶的老化、食物的腐烂等进行得慢些，以减少损失。因此，研究反应速率并掌握它的等进行得慢些，以减少损失。因此，研究反应速率并掌握它的规律，是一个至关重要的问题。规律，是一个至关重要的问题。5.1 5.1 化学反应速率化学反应速率 For the general reactionFor the general
7、reaction：aA + bB = cCaA + bB = cC化学反应速率：化学反应速率：一定条件下反应物转变成生成物的速率。一定条件下反应物转变成生成物的速率。表示法：单位时间内反应物浓度的降低，或单位时间内生表示法：单位时间内反应物浓度的降低，或单位时间内生成物浓度的增加，单位成物浓度的增加，单位 moldmmoldm-3-3s s-1-1( (minmin- -1 1, , h h-1-1) )。- -dcdcA Adtdtdtdtdtdt- -dcdcB BdcdcC Cthe rate isthe rate is：- or - or - or - or -由于反应式中生成物和反应
8、物的计量数往往不同，所以用由于反应式中生成物和反应物的计量数往往不同，所以用不同物质浓度的变化来表示转化速率时，数值不一致，所以用不同物质浓度的变化来表示转化速率时，数值不一致，所以用反应进度随时间的变化来衡量表示反应速率。反应进度随时间的变化来衡量表示反应速率。v = - = - = -v = - = - = - -dcdcA Aa a dtdtb b dtdtc c dtdt- -dcdcB BdcdcC C作作c t c t 曲线图，通过求某一时刻曲线的斜率即可得该时刻曲线图，通过求某一时刻曲线的斜率即可得该时刻化学反应的瞬时速率化学反应的瞬时速率v v。2 2N N2 2O O5 5(
9、 (g g) = 4) = 4NONO2 2( (g g) + ) + O O2 2( (g g) )t t: : minminc c( (N N2 2O O5 5): ): molmol L L-1-10 01.001.001 10.700.702 20.500.503 30.350.354 40.250.255 50.170.171.01.00.80.80.60.60.40.40.20.20.00.00 01 12 23 34 45 5c/ mol/Lc/ mol/Lt/mint/mint t = 1.2 = 1.2minmin，v v = 2.1 = 2.1molmol L L-1-1
10、minmin-1-15.2 5.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素反应速率主要受浓度反应速率主要受浓度( (或压力或压力) )、温度和有无催化剂的影响。、温度和有无催化剂的影响。1. 1.浓度的影响浓度的影响1)1)Elementary reaction and non-elementary reactionElementary reaction and non-elementary reaction如果反应物分子在碰撞中一步直接转变为生成物分子，这如果反应物分子在碰撞中一步直接转变为生成物分子，这种反应即是基元反应；若不是一步转化，而要经过中间产物的种反应即是基元反应；若不是一
11、步转化，而要经过中间产物的形成与转化，则是非基元反应。形成与转化，则是非基元反应。2 2NONO + 2 + 2HH2 2= = N N2 2+ 2 + 2HH2 2O O2 2NONO = = N N2 2O O2 2 ( (fastfast) )N N2 2OO2 2+ + HH2 2= = N N2 2O O + + HH2 2O O ( (slowslow) )N N2 2O O + + HH2 2= = N N2 2+ + HH2 2O O ( (fastfast) )A reaction is only as fast as its slowest step(rate determ
12、ining step).A reaction is only as fast as its slowest step(rate determining step). 化学反应的过程有的简单，有的则比较复杂。化学反应的过程有的简单，有的则比较复杂。 反应物只经一步反应就变为生成物的称（基）反应物只经一步反应就变为生成物的称（基） 元反应，也叫简单反应。元反应，也叫简单反应。 其它经过多步过程的反应称非基元反应，也叫其它经过多步过程的反应称非基元反应，也叫 复杂反应。复杂反应。 对基元反应来说，对基元反应来说，18671867年科学家就从实验中总年科学家就从实验中总 结出一条规律，即化学反应速率跟
13、反应物的浓结出一条规律，即化学反应速率跟反应物的浓 度的乘积成正比，这就是最早提出的质量作用度的乘积成正比，这就是最早提出的质量作用 定律。定律。2)2)The rate of elementary reactionThe rate of elementary reaction基元反应基元反应- -the the l law of aw of mmass ass a actionction质量作用定律质量作用定律基元反应的反应速率与反应物浓度与方程式中化学计量系基元反应的反应速率与反应物浓度与方程式中化学计量系数的绝对值的乘幂的乘积成正比。数的绝对值的乘幂的乘积成正比。The The l la
14、w of aw of mmass ass a actionction：TheThe rate of any elementary reaction rate of any elementary reactionis proportional to the product of the massesis proportional to the product of the masses ofof the the reacreact tion sub-ion sub-s stancestances, , each raised to each raised to a certain power.T
15、hea certain power.The magnitude magnitude of theof theexponent of eachexponent of each mass is equal mass is equal t to o the corthe corresponding number responding number ofof molecules takingmolecules taking part inpart in the reaction.the reaction.The rate equationThe rate equation：v = kv = k( (c cA A) )a a ( (c cB B) )b bFor a general elementary reactionFor a general elementary reaction：aA + bB = gG + dDaA + bB = gG + dD k k：reaction rate const = f(Tr
