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1、5/21/202215/21/2022南华南华大学大学第第 七七 章章 化学反应速率化学反应速率5/21/202225/21/2022南华南华大学大学第第 七七 章章 化学反应速率化学反应速率 7.1 化学反应速率的表示方法化学反应速率的表示方法 7.3 浓度与反应速率的关系浓度与反应速率的关系 7.2 影响反应速率的内在因素影响反应速率的内在因素 7.4 温度与反应速率的关系温度与反应速率的关系 7.5 催化剂与反应速率的关系催化剂与反应速率的关系5/21/202235/21/2022南华南华大学大学第一节 化学反应速率的表示方法1.化学反应速率的传统定义化学反应速率的传统定义 反应平均速率
2、反应平均速率单位：单位：molL-1s-1、molL-1min-1、molL-1h-1等等 适用条件：均匀体系、恒容反应适用条件：均匀体系、恒容反应5/21/202245/21/2022南华南华大学大学化学反应式化学反应式 a A + e E = x X + y Y反应平均速率之间的关系：反应平均速率之间的关系：aexy=5/21/202255/21/2022南华南华大学大学平均速率例如例如N2O5在气相或在气相或CCl 4溶剂中发生分解溶剂中发生分解： 2 N2O5 = 4 NO 2 + O 2 在时间间隔在时间间隔 t = t2 t1内，该反应的平均速内，该反应的平均速率可以表示为：率可以
3、表示为： 5/21/202265/21/2022南华南华大学大学t1= 0 s c1(N2O5) = 0.200 molL-1 t2=300 s c2(N2O5) = 0.180 molL-12N2O4 (CCl4) + O2(g)例：2N2O5(CCl4)5/21/202275/21/2022南华南华大学大学反应瞬时速率（简称反应瞬时速率（简称反应速率反应速率）为导数，它的几何意义是为导数，它的几何意义是c-t曲线上某曲线上某点的斜率。例如点的斜率。例如2700s时的瞬时速率：时的瞬时速率：5/21/202285/21/2022南华南华大学大学A点的斜率=-1-15sLmol1058. 2
4、= =- -u u 5/21/202295/21/2022南华南华大学大学如果体积不变：2. 用反应进度定义的反应速率用反应进度定义的反应速率 V是反应体系的体积是反应体系的体积5/21/2022105/21/2022南华南华大学大学aA + eE xX + yY对于一般的化学反应：对于一般的化学反应：用反应进度定义的反应速率与物质的选择无关用反应进度定义的反应速率与物质的选择无关用反应进度定义的反应速率必须与反应式用反应进度定义的反应速率必须与反应式相对应相对应5/21/2022115/21/2022南华南华大学大学第二节 影响反应速率的内在因素一、一、有效碰撞理论与活化能有效碰撞理论与活化
5、能二、二、过渡状态理论与活化能过渡状态理论与活化能5/21/2022125/21/2022南华南华大学大学一、一、有效碰撞理论与活化能有效碰撞理论与活化能有效碰撞理论有效碰撞理论 基本要点：基本要点：（一）化学反应进行的先决条件是反应物分子（一）化学反应进行的先决条件是反应物分子间的相互碰撞。反应物分子间碰撞的频率越高，间的相互碰撞。反应物分子间碰撞的频率越高，反应速率越快。反应速率越快。 （二）大多数的碰撞并没有导致反应发生，能（二）大多数的碰撞并没有导致反应发生，能发生反应的碰撞只占极少数。发生反应的碰撞只占极少数。5/21/2022135/21/2022南华南华大学大学分子或离子发生有效
6、碰撞必须具备的条件：分子或离子发生有效碰撞必须具备的条件： 要具有足够的能量要具有足够的能量 碰撞时要取合适的方向碰撞时要取合适的方向活化分子活化分子：具有较高能量、能发生有效：具有较高能量、能发生有效碰撞的分子。碰撞的分子。有效碰撞：有效碰撞：能发生反应的碰撞能发生反应的碰撞5/21/2022145/21/2022南华南华大学大学在一定温度下，活化能越小，活化分子分数越大，在一定温度下，活化能越小，活化分子分数越大，单位时间内有效碰撞次数越多，反应越快。单位时间内有效碰撞次数越多，反应越快。 活化能活化能：活化分子具有的最低能量：活化分子具有的最低能量 E 与与反应物分子的平均能量反应物分子
7、的平均能量 E 之差称为反应的之差称为反应的活化能活化能，用符号用符号 E Ea a 表示。表示。 Ea = E - E单位单位 kJmol-1 大多数反应活化能范围大多数反应活化能范围60250 kJmol-1 Ea 40kJmol-1 反应瞬间完成反应瞬间完成 Ea 400kJmol-1 反应速率很小反应速率很小 5/21/2022155/21/2022南华南华大学大学气体分子的能量分布和活化能气体分子的能量分布和活化能EkEcE5/21/2022165/21/2022南华南华大学大学5/21/2022175/21/2022南华南华大学大学对于反应NO2 + CO NO + CO25/21
8、/2022185/21/2022南华南华大学大学对对HCl 和和NH3 的气相反应，显然的气相反应，显然HCl 的的H 端只能通过狭窄的端只能通过狭窄的“窗口窗口”接近孤对电接近孤对电子，发生有效碰撞的机会自然小多了子，发生有效碰撞的机会自然小多了.5/21/2022195/21/2022南华南华大学大学二、二、过渡态理论与活化能过渡态理论与活化能过渡态理论过渡态理论基本要点：基本要点：化学反应不是通过简单碰撞一步完成的，反化学反应不是通过简单碰撞一步完成的，反应物在转化为生成物的过程中，要经过一个应物在转化为生成物的过程中，要经过一个中间过渡状态。中间过渡状态。 例例如如反反应应：CO (g
9、) + NO2 (g) CO2 (g) + NO (g) 当当NO2与与CO分子互相以适当的取向充分靠分子互相以适当的取向充分靠近时，原有的近时，原有的NO键部分破裂，而新的键部分破裂，而新的CO键键部分形成，由此形成了一种部分形成，由此形成了一种活化配合物活化配合物5/21/2022205/21/2022南华南华大学大学 NO 2和和CO的反应过程示意图的反应过程示意图NOO+ CONOOCONO+ COO活化配合物活化配合物（过渡状态）（过渡状态）5/21/2022215/21/2022南华南华大学大学活化过程：活化过程：由稳定的反应分子过渡到活化配由稳定的反应分子过渡到活化配合物的过程合
10、物的过程活化能：活化能： 活化过程所吸收的能量活化过程所吸收的能量 活化配合物中的价键处在旧键已被削弱、活化配合物中的价键处在旧键已被削弱、新键正在形成的不稳定状态。活化配合物一旦新键正在形成的不稳定状态。活化配合物一旦形成，会很快分解为生成物或反应物分子。形成，会很快分解为生成物或反应物分子。 活化配合物处于比反应物、生成物都高的活化配合物处于比反应物、生成物都高的能量状态能量状态( (形成形成能垒能垒) )。反应物只有吸收。反应物只有吸收足够的足够的能量能量，才能越过，才能越过能垒能垒转化为生成物。转化为生成物。 5/21/2022225/21/2022南华南华大学大学势势能能反应过程过程
11、中势能变化示意图反应过程过程中势能变化示意图 Ea, 正正 H HABCNO2 +CONO+CO2ONOCOEa, 逆逆5/21/2022235/21/2022南华南华大学大学反应过程过程中势能变化示意图反应过程过程中势能变化示意图5/21/2022245/21/2022南华南华大学大学化学反应过程中势能变化示意图化学反应过程中势能变化示意图Ea(逆)(正)(正)Ea(逆)EacEacrHm= Ea(正正) - - Ea(逆逆) Ea(正正) Ea(逆逆)放热反应放热反应Ea(正正) Ea(逆逆)吸热反应吸热反应5/21/2022255/21/2022南华南华大学大学第三节 浓度与化学反应速率
12、的关系一、一、反应速率方程式反应速率方程式二、二、浓度与时间关系浓度与时间关系5/21/2022265/21/2022南华南华大学大学一、一、反应速率方程式反应速率方程式元反应元反应（基元反应）（基元反应） 一步完成的反应一步完成的反应，又称为又称为简单反应简单反应。 例如：例如： CO(g) + NO2(g) CO2(g) + NO(g) 2 NO2(g) 2NO(g) + O2(g)5/21/2022275/21/2022南华南华大学大学 由两个或两个以上的元反应构成的反应，由两个或两个以上的元反应构成的反应，亦即由两个或两个以上的步骤才完成的反应，亦即由两个或两个以上的步骤才完成的反应，
13、又称为又称为复合反应复合反应（非基元反应）（非基元反应）。 复杂反应复杂反应例如碘蒸气与氢气化合生成碘化氢的反应：例如碘蒸气与氢气化合生成碘化氢的反应：I2(g) + H2(g) 2HI(g)是由两个元反应构成的：是由两个元反应构成的：第一步：第一步： I2(g) 2I (g) （快反应快反应）第二步：第二步： H2(g) + 2I(g) 2HI(g) （慢反应慢反应） 复杂反应的反应速率主要取决于组成该复杂反应的反应速率主要取决于组成该反应的各元反应中速率最慢的一步反应的各元反应中速率最慢的一步-速率速率控制步骤控制步骤 5/21/2022285/21/2022南华南华大学大学反应速率方程式
14、反应速率方程式表示反应速率与反应物浓表示反应速率与反应物浓度之间定量关系的数学式度之间定量关系的数学式反应式反应式：a A + b B = x X + y Y最常见的反应速率方程式最常见的反应速率方程式在在不同的反应中，反应物浓度对反应速率不同的反应中，反应物浓度对反应速率的影响不一样。的影响不一样。5/21/2022295/21/2022南华南华大学大学k 速率常数速率常数，影响影响k的因素：的因素：1.反应本性反应本性2.温度温度3.催化剂催化剂 n=+ 反应级数反应级数 A的级数的级数 B的级数的级数与与a， 与与b之间没有必然联系，不一定相等，之间没有必然联系，不一定相等，反应速率方程
15、式必须通过实验确定。反应速率方程式必须通过实验确定。反应式反应式：a A + b B = x X + y YbauBAckc=5/21/2022305/21/2022南华南华大学大学例例 实验表明，实验表明，N2O5的分解反应的分解反应其速率方程式为：其速率方程式为：2 N2O5 4 NO2 + O2 H2 + Cl2 2HCl 实验表明，反应实验表明，反应= k c (Cl2) 0.5 c(H2 )其速率方程式为：其速率方程式为：2H2 + 2NO 2H2O + N2 实验表明，反应实验表明，反应其速率方程式为：其速率方程式为： = k c(H2 ) c (NO) 25/21/2022315
16、/21/2022南华南华大学大学书写反应速率方程式时注意：书写反应速率方程式时注意： 1如果反应物是如果反应物是气体气体时，可用气体浓度或分时，可用气体浓度或分压代入速率方程式来表示反应速率。压代入速率方程式来表示反应速率。 例如反应：例如反应：2NO2 (g) 2 NO (g) + O2 (g) 用浓度表示其反应速率为：用浓度表示其反应速率为： )NO(ckdt)NO(dc22c2=-=u5/21/2022325/21/2022南华南华大学大学书写反应速率方程式时注意：书写反应速率方程式时注意： 1如果反应物是如果反应物是气体气体时，可用气体浓度或分时，可用气体浓度或分压代入速率方程式来表示反应速率。压代入速率方程式来表示反应速率。 例如反应：例如反应：2NO2 (g) 2 NO (g) + O2 (g) 用分压表示其反应速率为：用分压表示其反应速率为： )NO(pkdt)NO(dp22p2=-=u5/21/2022335/21/2022南华南华大学大学2如果反应物中有如果反应物中有固体固体或或纯液体纯液体参加，在书写参加，在书写反应速率方程式时，可不写出固体或液体的浓反应速率方程式
