《大学化学-第2章(2)(精讲)课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学化学-第2章(2)(精讲)课件（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 化学反应速率,Chemical Reaction Rates,化学热力学 thermodynamics,化学动力学 kinetics,反应的可能性probability,热化学方向和限度direction and limitation,反应速率反应机理reaction rate and mechanism,反应的现实性realism,反应自发进行的趋势大，不一定反应速率就快。 不能用rG的大小来判断反应的快慢。,概 述：,Even though a reaction has a negative G it may occur too slowly to be observed. The
2、rmodynamics gives us the direction of a spontaneous process, it does not give us the rate of the process.,例：CO(g) + NO(g) = CO2(g) + 1/2 N2(g) rGm（298.15K）= - 344 kJ.mol-1 反应的可能性很大。 可以用此法来治理汽车尾气，但反应速率却慢，要实现它，需要提高反应的速率。,The reaction has a negative G, it occurs too slowly. It is necessary to improve t
3、he rate of the reaction.,2.1 化学反应速率及其表示方法 Chemical reaction rate and its expression,有些化学反应的速率很快 炸药的爆炸、水溶液中的酸碱反应、感光反应等瞬间即可完成。,有些化学反应的速率较慢 反应釜中乙烯的聚合过程需要数小时，室温下塑料或橡胶的老化速率按年计，而地壳内煤或石油的形成要经过几十万年的时间。,The wide range of reaction rates.,例如，对于反应 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) 有,假设在反应刚开始时,c(N2O5) = 8molm-3经2秒后，c(N2O5)
4、 = 4molm-3，则分别用N2O5、NO2和O2表示的反应速率为多少？,1化学反应速率的表示方法,Expressing the Reaction Rate,Expressing the Reaction Rate,reaction rate - changes in the concentrations of reactants or products per unit time,reactant concentrations decrease while product concentrations increase,rate of reaction = -,for,=,2N2O5(g)
5、=4NO2(g)+O2(g),2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) 幻灯片 12,The numerical value of the rate depends upon the substance that serves as the reference.,如何定义反应速率？ 使反应速率的数值的大小与选择的物质种类无关，对同 一反 应，只有一个值。,How to express the reaction rate? How to make the numerical value of the rate is independent on the substance that serv
6、es as the reference?,对于任意一个化学反应 aA + bB = dD + gG 化学计量数：对于反应物其为负，对于产物其为正。即： A = -a ， B = -b ， D = d， G = g,任意物质的变化量与其化学计量数是成正比的，其比值以 表示，称为反应进度。 = nAA = nBB= nDD = nGG,对同一反应体系，反应进度的值与物质选择无关。,1化学反应速率Chemical reaction rate 定义：是指给定条件下反应物通过化学反应转化为产物的速率,即化学反应进度随时间的变化率. expression： d/dt Unit： mol/s In gene
7、ral, for the reaction, a A + b B = g G + d D d=dnB/B d/dt = (dnB/dt)/B 瞬时速率instantaneous rate for a limited unit (nB/t)/B 平均速率average rate,reaction rate - change in the extent of reaction per unit time,若反应体系的体积为V，且不随时间而变化，则可用下式表示化学反应速率： v =(dnB/dt)/(VB) = (dCB/dt)/B 对有限量的变化 v = (CB/t )/B Unit：molm-3
8、s-1 幻灯片 8,定容体系的反应速率 Reaction rate in a system with constant V,反应速率定义的特点：,(1)数值的大小与选择的物质种类无关，对同 一反 应，只有一个值; The numerical value of the rate is independent on the substance that serves as the reference. (2)对于反应物, B 与CB 均为负值; B and CB are negative as for the reactants. (3)在实际应用中，常选浓度变化易测定那种物质来表示化学反应速率;
9、可用光谱、色谱仪测定反应物或生成 物浓度随时间的变化率。,Spectroscopic or chromatographic monitoring of a reaction,2.2 反应速率理论Reaction rate Theory 2.2.1 碰撞理论(Collision Theory),理论的基本要点： 对气相双分子反应 A + B P (1)气体分子A 和B 均视为无相互作用（独立子）、无内部结构、完全弹性的硬球。 (2)气体分子A 和B必须经过碰撞才能发生反应。,大多数碰撞不能引起反应，只有极少数碰撞能导致 反应发生，这种碰撞称为有效碰撞。 发生有效碰撞的两个基本前提:, 碰撞粒子的
10、能量应该足够大, 对有些物种而言,碰撞的几何方位要适当,临界能或阀能Ec(threshold energy)： 分子发生有效碰撞所必需具有的最低能量。 活化分子(activated molecule)：具有等于或大于临界能的分子。 反应的活化能Ea (activation energy)： 活化分子的平均能量与反应物分子的平均能量之差。,The effect of temperature on the distribution of collision energies,Z: 单位时间单位体积中发生碰撞的总次数 q: 有效碰撞次数在总碰撞次数中所占的百分数,Ea, Ec,活化分子的百分数, 有
11、效碰撞,反应速率,Example,对于反应 NO2 + CO NO + CO2,The importance of molecular orientation to an effective collision.,碰撞理论 优点： 直观、形象、物理意义明确 缺点： 把反应分子看成没有内部结构的刚性球体,2.2.2过渡状态理论(Transition State Theory),考虑了反应物分子内部结构，认为化学反应不是只通过分子之间的简单碰撞就能完成的，而是碰撞后要经过一个中间的过渡状态。, 定义： 两种（或多种）反应物分子逐渐接近并落入对方的影响范围之内而形成的处于反应物与产物之间的一种结合状
12、态.,例如， A+B-CA B C* A-B+C,反应物 (始态),过渡状态又叫活化配合物（activated complex）。 过渡态的能量比反应物和产物的能量都高。,活化配合物 (过渡态),产物 (终态),Nature of the transition state in the reaction,化学反应是反应物分子吸收足够能量以克服能峰的过程。 能峰越高，反应阻力越大，反应速率就越慢。,Reaction energy diagram and transition state.,反应rUm= Ea1-Ea2,Drawing Reaction Energy Diagram and Tra
13、nsition State,The forward reaction is exothermic because the reactants have more energy than the products.,2.2.3 化学的反应机理,基元反应(elementary reaction):) 反应物分子直接碰撞而发生的化学反应称为基元反应，它是一步完成的反应，故又称简单反应。如 O2 + H(g) HO(g) + O(g),1基元反应与非基元反应 (复合反应) Elementary reaction and nonelementary reaction (complex reaction)
14、,Reaction Mechanism,由两个或两个以上的基元反应构成的化学反应，称为复合反应。如反应 2NO + O2 2NO2 有人认为它是由下列两个基元反应构成的，因此是复合反应 2NO + O2 N2O2 （快） N2O2 + O2 2NO2 （慢） 反应机理(reaction mechanism): 又称反应历程，是指反应物分子变为产物分子的具体步骤。,非基元反应( nonelementary reaction)， 即复杂反应(complex reaction),反应历程,2.3 影响化学反应速率的因素 (Factors That Influence Reaction Rates),
15、内因：反应物的组成、结构 化学反应 的快慢 外因：反应物浓度、温度、压力、催化 剂等,Factors That Influence Reaction Rate,Under a specific set of conditions, every reaction has its own characteristic rate, which depends upon the chemical nature of the reactants.,Four factors can be controlled during the reaction: Concentration - molecules m
16、ust collide to react; Physical state - molecules must mix to collide; Temperature - molecules must collide with enough energy to react; The use of a catalyst.,2.3.1 浓度与化学反应速率的关系,反应速率碰撞 次数反应物浓度,白磷在纯氧气中燃烧,白磷在含20%的氧气中燃烧,The dependence of possible collisions on the product of reactant concentrations.,4 collisions
