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化学反应速率化学反应速率与化学动力学与化学动力学初步概念初步概念第第4章章第1页第1页上页上页下页下页目录目录返回返回1.初步理解化学反应速率、速率方程、碰撞理论、过初步理解化学反应速率、速率方程、碰撞理论、过2.渡状态理论和活化能概念；渡状态理论和活化能概念；2.理解并会用浓度、温度、催化剂诸原因解释其对化理解并会用浓度、温度、催化剂诸原因解释其对化3.学反应速率影响；学反应速率影响；3.初步掌握阿仑尼乌斯公式应用，会用其求算活化初步掌握阿仑尼乌斯公式应用，会用其求算活化4.能及某温度下反应速率；能及某温度下反应速率；4.理解反应分子数和反应级数概念，会进行基元反理解反应分子数和反应级数概念，会进行基元反5.应相关简朴计算；应相关简朴计算；5.初步掌握零级、一级和二级反应特性。初步掌握零级、一级和二级反应特性。本章教学要求本章教学要求第2页第2页上页上页下页下页目录目录返回返回第3页第3页上页上页下页下页目录目录返回返回 化化学学动动力力学学(化化学学动动力力学学)研研究究是是反反应应进进行行速速率率,并并依依据据研研究究反反应应速速率率提提供供信信息息探探讨讨反反应应机机理理，即即研研究究反反应应快快慢和反应进行路径。慢和反应进行路径。H2与与O2含含有有生生成成H2O强强烈烈趋趋势势,但但室室温温下下气气体体混混合合物物放放置置1万万年年仍仍看看不不出出生生成成H2O迹迹象象。为为了了利利用用这这个个反反应应释释放放巨巨大大能能量量,就就必必须须提提供供适适当当动动力力学学条条件件。因因此此，化化学动力学研究还在于其实用意义。学动力学研究还在于其实用意义。第4页第4页上页上页下页下页目录目录返回返回4.1.1 化学反应平均速率化学反应平均速率The average rate of chemical reaction 4.1.2 反应瞬时速率反应瞬时速率Instantaneous rate of chemical reaction 4.1 化学反应平均速率和瞬时速率 Average rate and instantaneous rate of chemical reaction第5页第5页上页上页下页下页目录目录返回返回定定 义义 反应速率反应速率(反应比率反应比率)是指给定条件下反应物通过化是指给定条件下反应物通过化学反应转化为产物速率，惯用单位时间内反应物学反应转化为产物速率，惯用单位时间内反应物浓度浓度减少或者产物浓度增长来表示。减少或者产物浓度增长来表示。浓度惯用浓度惯用mol dm3，时间惯用，时间惯用s，min，h，d，y。反。反应速率又分为平均速率（平均比率）和瞬时速率（瞬间应速率又分为平均速率（平均比率）和瞬时速率（瞬间比率）两种表示办法。比率）两种表示办法。4.1.1 化学反应平均速率化学反应平均速率以以H2O2在水溶液中分解反应为例讨论这两个概念。在水溶液中分解反应为例讨论这两个概念。第6页第6页上页上页下页下页目录目录返回返回(c(H2O2)/t)/moldm3s1c(H2O2)/moldm3t/sc(H2O2)/moldm3t/s15.010-410.510-48.010-46.310-44.810-44.810-42.810-40.600.420.320.250.190.150.112.321.721.300.980.730.540.390.2840040040040040040040004008001 2001 6002 0002 4002 800反应平均速率反应平均速率=c(H2O2)t伴随时间推移，双氧水浓度在减小！伴随时间推移，双氧水浓度在减小！第7页第7页上页上页下页下页目录目录返回返回 实际工作中怎样选择，往往取决于哪一个物质更易 经过试验监测其浓度改变。速率方程相同，但各自k不同。aA +bB yY +zZ对于普通化学反应：对于普通化学反应：第8页第8页上页上页下页下页目录目录返回返回 瞬时速率只能用作瞬时速率只能用作图办法得到，比如对于图办法得到，比如对于反应（反应（45 ）：）：2N2O5 4NO2+O24.1.2 反应瞬时速率反应瞬时速率c(N2O5)/moldm-3 v/mol dm-3 s-1 0.90 5.410-4 0.45 2.710-4第9页第9页上页上页下页下页目录目录返回返回反应反应 2W+X Y+Z哪种速率表示式是正确？哪种速率表示式是正确？（同窗们自己回答）（同窗们自己回答）Question 1Question 1第10页第10页上页上页下页下页目录目录返回返回4.2 反应速率理论简介反应速率理论简介 Brief introductory to reaction rate theory4.2.1 碰撞理论碰撞理论 Collision theory4.2.2 过渡状态理论过渡状态理论 Transition state theory 4.2.3 活化能活化能 Ea Activation energy 第11页第11页上页上页下页下页目录目录返回返回 19 Lewis以气体分子运动论为基础提出。发生有效碰撞两个基本前提发生有效碰撞两个基本前提:碰撞粒子动能必须足够大碰撞粒子动能必须足够大 对有些物种而言对有些物种而言,碰撞几何方位要适当碰撞几何方位要适当对于反应对于反应4.2.1 碰撞理论碰撞理论第12页第12页上页上页下页下页目录目录返回返回对于反应对于反应第13页第13页上页上页下页下页目录目录返回返回 对对 HCl 和和 NH3 气相反应，显然气相反应，显然 HCl H 端端只能通过狭窄只能通过狭窄“窗口窗口”靠近孤对电子，发生有靠近孤对电子，发生有效碰撞机会自然小多了。效碰撞机会自然小多了。第14页第14页上页上页下页下页目录目录返回返回 相相应应2HI H2+I2，若若每每次次碰碰撞撞都都反反应应，T=500，c(HI)=1.0103moldm-1,d(HI)=4.01010m。则则理理论论碰碰撞撞次次数数和和实实际际碰碰撞撞次数各为多少？次数各为多少？实际反应速率仅为实际反应速率仅为1.210-8moldm-1 s-1，两者相差，两者相差1012倍。倍。则则Question 2Question 2以碰撞频率公式计算：以碰撞频率公式计算：这里，这里，Z 碰撞总数碰撞总数 P P 取向因子取向因子 f f 能量因子能量因子Solution第15页第15页上页上页下页下页目录目录返回返回4.2.2 过渡状态理论过渡状态理论 过渡状态又叫活化络合物过渡状态又叫活化络合物（有活性复杂）（有活性复杂）A+B-CA B C*A-B+C反应物反应物(始态始态)活化络合物活化络合物(过渡态过渡态)产物产物(终态终态)第16页第16页上页上页下页下页目录目录返回返回 所表示反应图上哪一点代表反应所表示反应图上哪一点代表反应中间产物？哪一点代表活化络合物？中间产物？哪一点代表活化络合物？1234势势 能能反应过程反应过程Question Question 第17页第17页上页上页下页下页目录目录返回返回定义定义:各种教材给予活化能定义不同，本课程使用以下定义，即活化分子平均动能与分子平均动能之差.4.2.3 活化能活化能 Ea第18页第18页上页上页下页下页目录目录返回返回 反应物能量必反应物能量必 须爬过一个能垒须爬过一个能垒 才干转化为产物才干转化为产物 即使是放热反应即使是放热反应 (rH为负值为负值)，外界仍必须提供外界仍必须提供 最低程度能量，最低程度能量，这个能量就是这个能量就是 反应活化能反应活化能 第19页第19页上页上页下页下页目录目录返回返回 离子反应和沉淀反应离子反应和沉淀反应Ea都很小都很小 普通认为普通认为Ea小于小于63 kJmol-1为快速反应为快速反应 小于小于40 kJmol-1和不小于和不小于400 kJmol-1都很难测定出都很难测定出 一些反应一些反应Ea 每一反应活化能数值各异每一反应活化能数值各异,能够通过试验和计算得能够通过试验和计算得 到到。活化能越小活化能越小,反应速率越快。反应速率越快。Ea是动力学参数。是动力学参数。N2(g)+3H2(g)=2NH3(g),Ea=175.5 kJmol-1HCl+NaOH NaCl+H2O,Ea20 kJmol-12SO2(g)+O2(g)=2SO3(g),Ea=251 kJmol-1第20页第20页上页上页下页下页目录目录返回返回 化学反应会不会因活化分子消化学反应会不会因活化分子消耗而停止？耗而停止？含含有有各各动动能能值值分分子子分分布布情情况况是是由由温温度度决决定定。温温度度一一定，分布情况就一定。定，分布情况就一定。（1）反反应应是是放放热热，伴伴随随反反应应进进行行体体系系温温度度也也许许升升高高，活化分子所占百分数不但不减小反而增长了。活化分子所占百分数不但不减小反而增长了。（2）反反应应是是放放热热，假假如如维维持持体体系系温温度度不不变变，则则活活化化分分子子所所占占百百分分数数也也不不变变；假假如如环环境境不不能能供供应应热热量量，体体系系温温度度则则减减少少，活活化化分分子子所所占占百百分分数数将将随随之之减减小小。即即便便这这样样，体体系系总总还还存存在在一一个个动动能能分分布布，总总有有一一定定数数量量活活化化分分子。子。SolutionQuestion 5Question 5第21页第21页上页上页下页下页目录目录返回返回4.3 影响化学反应速率原因影响化学反应速率原因 Influential factors on chemical reaction rate4.3.1 浓度对化学反应速率影响浓度对化学反应速率影响:元元 反应速率方程反应速率方程 Effect of concentration on the rate of chemical reaction:rate equation of elemental reaction第22页第22页上页上页下页下页目录目录返回返回4.3.2 温度对化学反应速率影响温度对化学反应速率影响 Effect of temperature on the rate of chemical reaction4.3.3 反应物之间接触情况对反应速反应物之间接触情况对反应速 率影响率影响 Effect of the contact surface of the reactants on the rate of the chemical reaction4.3.4 催化剂对反应速率影响催化剂对反应速率影响 Effect of catalyst on the rate of chemical reaction第23页第23页上页上页下页下页目录目录返回返回4.3.1 浓度对化学反应速率影响浓度对化学反应速率影响:元元 反应速率方程反应速率方程反应速率反应速率碰撞次数碰撞次数反应物浓度反应物浓度 在温度恒定情况下在温度恒定情况下,增长反增长反应物浓度能够增大反应速率。应物浓度能够增大反应速率。用来表示反应速率与反应物浓度之间定量关系式叫用来表示反应速率与反应物浓度之间定量关系式叫速率方程速率方程(比率相等比率相等)又叫速率定律又叫速率定律(比率定律比率定律)。白磷在纯氧气中和在空气中燃烧白磷在纯氧气中和在空气中燃烧第24页第24页上页上页下页下页目录目录返回返回 反应物分子在有效碰撞中一步直接转化为产物反反应物分子在有效碰撞中一步直接转化为产物反应称为元反应（初步反应）。应称为元反应（初步反应）。对元反应对元反应 A+B产物产物v c(A)v c(B)v c(A)c(B)即即 v =k c(A)c(B)或或 v=k c 2(A)(A=B)对普通元反应，则对普通元反应，则 v=k ca(A)c b(B)(质量作用定律）质量作用定律）k 为速率常数为速率常数(比率常数比率常数)：与T相关，与c无关 浓度均为单位浓度时，则称为比速率，k大v就大 n=a+b+(反应级数)用不同物种浓度表示v时，k值也不同(1)元反应速率方程元