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1、第二节化学反应速率无机化学多媒体电子教案第二章 化学反应的 方向、速率和限度 第二节 化学反应速率2018/7/31快: 如 爆炸反应,中和反应,离子反应慢:如 金属腐蚀, 橡胶、塑料老化,有机反应化学反应有快有慢2018/7/312-2-1 2-2-1 化学反应速率的定义2-2-1 2-2-1 化学反应速率的定义传统的定义 反应速率:通常以单位时间内某一反应物 浓度的减少或生成物浓度的增加来表示aA + bB cC + dDt=t2-t1、c=c2-c1 t1时的浓度 c(A)1 c(B)1 c(C)1 c(D)1 t2时的浓度 c(A)2 c(B)2 c(C)2 c(D)2单位: molL
2、-1S-1; molL-1min-1; molL-1h-1 则平均速率为 c(A)t(A) =-c(B)t(B) =-c(C)t(C) =c(D)t(D) =2018/7/31反应 2N2O5 4NO2 + O2 开始浓度/(molL-1) 2.10 0 0 100秒浓度/(molL-1) 1.95 0.30 0.075(N2O5)= - = - c(N2O5) (1.95-2.10)molL-1 t 100s =1.510-3molL-1s-1(NO2)= = c(NO2) (0.30-0)molL-1 t 100s =3.010-3molL-1s-1(O2) = = c(O2) (0.07
3、5-0)molL-1 t 100s =7.510-4molL-1s-1 不同物质表示的反应速率的数值是不同的例 (N2O5):(NO2):(O2)=2:4:1 即等于反应式相应物质分子式前的系数比 2018/7/31反应 2N2O5 4NO2 + O2 开始浓度/(molL-1) 2.10 0 0 100秒浓度/(molL-1) 1.95 0.30 0.075 300秒浓度/(molL-1) 1.70 0.80 0.20 700秒浓度/(molL-1) 1.31 1.58 0.395(N2O5)1= - = - c(N2O5) (1.95-2.10)molL-1 t 100s =1.510-3
4、molL-1s-1随着反应的进行,速率逐渐减小例(N2O5)2= - = - c(N2O5) (1.70-1.95)molL-1 t (300-100)s =1.2510-3molL-1s-1(N2O5)3= - = - c(N2O5) (1.31-1.70)molL-1 t (700-300)s =9.7510-4molL-1s-12018/7/31反应 2N2O5 4NO2 + O2 开始浓度/(molL-1) 2.10 0 0 100秒浓度/(molL-1) 1.95 0.30 0.075例(N2O5)= - = - c(N2O5) (1.95-2.10)molL-1 t 100s =1
5、.510-3molL-1s-1平均速率瞬时速率(N2O5) = lim = t0c(N2O5) dc(N2O5) t dt2018/7/31用反应进度定义的反应速率 定义: 单位体积内反应进度随时间的变化率aA + bB cC + dD-1d1 1 i dni 1 dni 1 dci V dt V dt i Vdt i dt= = ( )= = d1 1 dci 1dc(N2O5) 1dc(NO2) 1dc(O2) V dt idt 2 dt 4 dt 1 dt= = =- = =例 反应 2N2O5 4NO2 + O22018/7/31用反应进度定义的反应速率特点用反应进度定义的反应速率的量
6、值与表示速率物质的选择无关;但与配平系数有关，所以在表示反应速率时，必须写明相应的化学计量方程式2018/7/312-2-2 化学反应的活化能2-2-2 化学反应的活化能分子碰撞理论认为：反应物分子 (或原子、离子) 之间必须相 互碰撞，才有可能发生化学反应。但反应物分子之间并不是每一次碰撞都 能发生反应。绝大多数碰撞是无效的弹性 碰撞，不能发生反应。对一般反应来说， 只有少数或极少数能量较高的分子碰撞时 才能发生反应。碰撞要沿一定的取向2018/7/31活化分子与活化能有效碰撞能发生反应的碰撞 临界能(Ec): 发生有效碰撞的分子所必须 具备的最低能量非活化分子(或普通分子)能量低于Ec的分
7、子活化分子能量等于或超过Ec的分子活化能活化分子具有的平均能量(E* ) 与反应物分子的平均能量(E)之差 Ea = E* - E2018/7/31活化能 反应活化能活化分子具有的平均能 量(E* )与反应物分子的平均能量(E)之差 Ea = E* - E 例 N2O5 2NO2 + O2 1 2Ea=E*-E=(106.13-4.03)kJmol-1=102.10kJmol-1325K时 E*=106.13kJmol-1, E=4.03kJmol-1大部分分子的能量接近E值，能量大于E 分子只占少数 非活化分子要吸收足够的能量才能转变 为活化分子2018/7/31大多数反应的活化能在6025
8、0kJmol-1之间Ea420kJmol-1的反应, 反应速率很小 如 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Ea=250.8kJmol-1, 反应速率较小2018/7/31过渡状态理论 化学反应不是通过反应物分子之间简单 碰撞就能完成的，在碰撞后先要经过一 个中间的过渡状态，即首先形成一种活 性集团(活化配合物)，然后再分解为产物+ + 反应物 活化配合物 生成物 (始态) (过渡状态) (终态)如 NO2+ CO ONOCONO + CO2 2018/7/31Eb:过渡状态理论 Ea:碰撞理论活化能Eb 和Ea相差很小可逆反应rHm= Eb,正-Eb,逆 正反应：吸热 rHm0,
9、 Eb,正 Eb, 逆放热 rHm0, Eb,正 Eb, 逆Eb,正 Eb,逆rHm势 能123 反应进程如 NO2+ CO ONOCONO + CO2 1 2 3 2018/7/312-2-3 影响反应速率的因素2-2-3 影响反应速率的因素反应物浓度(或分压)对反应速率的影响 演示:KIO3+NaHSO3 次 序A溶液/mlB溶液/ml反应 快慢4%KIO3+H2SO4H2ONaHSO3淀粉H2O 右914158100 中614458100 左514558100快 较快 慢 4IO3+10HSO3 2I2+10SO4 + 6H+ + 2H2O 在淀粉中显蓝色演示实验录像反应物浓度越大, 反
10、应速率越大-2-2018/7/31基元反应：反应物一步就直接转变为产物 如： 2NO2 2NO + O2 NO2 + CO NO + CO2 非基元反应：反应物经过若干步(若干个 基元反应步骤)才转变为产物 如 2NO + 2H2 N2 + 2H2O 2NO + H2N2+ H2O2 H2O2 + H2 2H2O 又如 H2 + I2(g) 2HI I2(g) 2I(g) H2 + 2I(g) 2HI(g) 2018/7/31质量作用定律 对基元反应，在一定温度下，其反应速 率与各反应物浓度幂的乘积成正比。 如：基元反应 aA+bBcC+dD c(A)ac(B)b =kcc(A)ac(B)b
11、(1)为瞬时速率 (2)kc为速率常数,反应物为单位浓度时的反应速率,kc越大，给定条件下的反应速率越大 同一反应，kc与反应物浓度、分压无关，与反 应的性质、温度，催化剂等有关 (3)式中各浓度项的幂次之和(a+b)为反应级数质量作用定律只适用基元反应。2018/7/31反应速率方程为什么？实际上反应分三步进行: C2H4Br2+KIC2H4+KBr+I+Br (慢反应) KI+BrI+KBr KI+2IKI3反应速率决定了整个反应的速率反应：C2H4Br2+3KIC2H4+2KBr+KI3 测得 =kcc(C2H4Br2)c(KI) 而不是 =kcc(C2H4Br2)c(KI)32018/
12、7/31反应速率方程书写反应速率方程式应注意:(1) 稀溶液反应, 速率方程不列出溶剂浓度(2) 固体或纯液体不列人速率方程中 如 C(s) + O2(g) CO2(g)=kcc(O2)如 C12H22O11 + H2O C6H12O6 +C6H12O6 =kcc(C12H22O11)c(H2O)= kcc(C12H22O11)葡萄糖 果糖2018/7/31反应级数aA + bB cC + dD=kcc(A)c(B)、 分别表示物质A、B的反应级数 + 表示反应的总级数 反应式速率方程反应 级数 2HI(g)H2(g)+I2(g)=k0 SO2Cl2(g)SO2(g)+Cl2(g) =kc(SO2Cl2)1 CH3CHO(g)CH4(g)+CO(g)=kc(CH3CHO)3/23/2 NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g) =kc(NO2)c(CO)1+1注意:不一定 =a、=b 2018/7/31气体分压的影响pi= RT = ci RTni V 如 CO(g) + Cl2(g) COCl2(g)=kcc(CO)c(Cl2)3/2c(CO)= =
