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1、模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素教学目的要求：教学目的要求： 1.理解元反应及反应级数的概念； 2.掌握质量作用定律及其应用范围； 3.掌握浓度、压力、温度、催化剂等对反应速率的影响。教学重点及难点：教学重点及难点： 1.重点：浓度、压力、温度、催化剂对反应速率的影响 2.难点：影响化学反应速率的因素及其应用。 主要教学内容：主要教学内容： 1.元反应及质量作用定律；2.浓度、压力对速率的影响 3.温度对反应速率的影响；4.催化剂对反应速率的影响无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学
2、平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素一、元反应及质量作用定律一、元反应及质量作用定律 1.1.反应历程反应历程 反应物转变为生成物的反应物转变为生成物的具体步骤具体步骤(途径途径)或微观进行的过程称为反应机理或反应历程。或微观进行的过程称为反应机理或反应历程。 2.2.元元反反应应 反反应应物物活活化化分分子子在在有有效效碰碰撞撞中中一一步步直直接转化为生成物分子的反应称为元反应接转化为生成物分子的反应称为元反应。 无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响
3、化学反应速率的因素 元反应中实际参加反应的反应物的粒子元反应中实际参加反应的反应物的粒子( (分子、分子、原子或离子原子或离子) )数，称为反应级数。按反应级数可把元数，称为反应级数。按反应级数可把元反应分为一级反应、二级反应等。反应分为一级反应、二级反应等。 A A 产物产物 A + B A + B 产物产物 2 A 2 A 产物产物 如如SOSO2 2ClCl2 2的分解反应一级反应的分解反应一级反应, , NONO2 2的分解反的分解反应为二级反应，应为二级反应，H H2 22I2HI2I2HI为三级反应。三级反为三级反应。三级反应为数不多，四分子或更多分子碰撞而发生的反应为数不多，四分
4、子或更多分子碰撞而发生的反应尚未发现。应尚未发现。无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素H H2 2 (g) + I (g) + I2 2 (g) 2HI (g) (g) 2HI (g)反应分两步进行反应分两步进行 第一步第一步 I I2 2 (g) 2I (g) (g) 2I (g) 第二步第二步 H H2 2 (g) + 2I (g) 2HI (g) (g) + 2I (g) 2HI (g) 每一步均为元反应，总反应为两步反应的和。每一步均为元反应，总反应为两步反应的和。 3.3.
5、非元反应非元反应 两步或两步以上才能完成的反应两步或两步以上才能完成的反应称为非元反应。称为非元反应。无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 任一基元反应任一基元反应 a a A +A + b b B B g g G + G + d d D D 在一定温度下，其经验速率方程在一定温度下，其经验速率方程( (亦称质量作亦称质量作用定律用定律) )的数学表达式为：的数学表达式为： 4.4.元反应的速率方程元反应的速率方程质量作用定律质量作用定律 实验发现，元反应的反应速率与各反应物浓度实验
6、发现，元反应的反应速率与各反应物浓度的幂乘积成正比，其中各反应物浓度的幂指数为元的幂乘积成正比，其中各反应物浓度的幂指数为元反应方程中各反应物的化学计量数。反应方程中各反应物的化学计量数。(1)质量作用定律的内容质量作用定律的内容无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 式中式中 反应的瞬时速率；反应的瞬时速率； c c(A)(A) A A物质的瞬时浓度，物质的瞬时浓度，mol/Lmol/L； c c(B)(B) B B物质的瞬时浓度，物质的瞬时浓度，mol/Lmol/L； a a 反应
7、式中反应式中A A物质的化学计量数；物质的化学计量数； b b 反应式中反应式中B B物质的化学计量数；物质的化学计量数； k k 反应的速率常数。反应的速率常数。无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 有两个分子参与的反应，称为双分子反应。有两个分子参与的反应，称为双分子反应。如如A+BA+B产物产物或或2 A产物产物 只只有有一一个个分分子子参参与与反反应应，称称为为单单分分子子反反应应。如如 A A 产物产物无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反
8、应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 (2)(2)速率常数速率常数k k 物理意义物理意义 在给定温度下，反应物浓度皆为在给定温度下，反应物浓度皆为1mol1molL L-1-1（单位浓度）时的反应速率。（单位浓度）时的反应速率。 对于不同反应，对于不同反应，k k值一般不同值一般不同。 在相同的浓度条件下，可用速率常数的大小在相同的浓度条件下，可用速率常数的大小来比较化学反应的反应速率来比较化学反应的反应速率。 对于指定反应，对于指定反应，k k值随温度、溶剂值随温度、溶剂、催化剂等催化剂等变化而变化。变化而变化。 k k值与值与浓度浓度（或分压）无关
9、或分压）无关。无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 质质量量作作用用定定律律只只适适用用于于元元反反应应，不不适适用用于于非非元元反反应应。对对于于非非元元反反应应，其其速速率率方方程程是是由由实实验验确确定定的，往往与反应式中的化学计量数不同。的，往往与反应式中的化学计量数不同。 对于指定反应，速率常数对于指定反应，速率常数k与温度、催化剂等与温度、催化剂等有关，而与浓度无关，因此实验测得的速率常数要注有关，而与浓度无关，因此实验测得的速率常数要注明测定时的温度。明测定时的温度。
10、(3)(3)使用质量作用定律的注意事项使用质量作用定律的注意事项无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 固态的反应物，其浓度不写入速率方程。固态的反应物，其浓度不写入速率方程。如元反应：如元反应：C(sC(s)+ O)+ O2 2(g)= CO(g)= CO2 2(g)(g)，= =kckc(O(O2 2) ) 对对于于气气体体反反应应，当当体体积积恒恒定定时时，各各组组分分气气体的分压与浓度成正比，故体的分压与浓度成正比，故=kp(A)ap(B)b无机及分析化学无机及分析化学模块模块
11、2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素二、浓度对化学反应速率的影响二、浓度对化学反应速率的影响 一般一般反应速率随反应物的浓度增大而增大反应速率随反应物的浓度增大而增大。据。据反应速率理论，对于一确定的化学反应，一定温度反应速率理论，对于一确定的化学反应，一定温度下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的，因下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的，因此单位体积内的活化分子的数目与反应分子的总数此单位体积内的活化分子的数目与反应分子的总数成正比，成正比，也就是与反应物的浓度成正比。也就是与反应物的浓度成正比。当反应物当反应
12、物浓度增大时，单位体积内分子总数增加，活化分子浓度增大时，单位体积内分子总数增加，活化分子的数目相应也增多，单位体积、单位时间内的分子的数目相应也增多，单位体积、单位时间内的分子有效碰撞的总数也就增多，因而反应速率加快。有效碰撞的总数也就增多，因而反应速率加快。 无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 对对于于有有气气态态物物质质参参加加的的反反应应，压压力力影影响响反反应应的的反反应应速速率率。在在一一定定温温度度时时，增增大大压压力力，气气态态反反应应物物质质的的浓浓度度增增大大，
13、反反应应速速率率增增大大；相相反反，降降低低压压力力，气态反应物浓度减少，反应速率减小。气态反应物浓度减少，反应速率减小。 对对于于没没有有气气体体参参加加的的反反应应，由由于于压压力力对对反反应应物物的的浓浓度度影影响响很很小小，所所以以压压力力改改变变，其其他他条条件件不不变变时时，对反应速率影响不大。对反应速率影响不大。三、压力对化学反应速率的影响三、压力对化学反应速率的影响无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 温温度度对对化化学学反反应应速速率率的的影影响响特特别别显显著著。
14、一一般般情情况况下下，大大多多数数化化学学反反应应随随着着温温度度的的升升高高而而加加快快；随随着温度的降低而减慢。着温度的降低而减慢。 四、温度对化学反应速率的影响四、温度对化学反应速率的影响 分子的运动速度加快，单位时间内的碰撞频分子的运动速度加快，单位时间内的碰撞频率增加率增加 系统的平均能量增加，分子的能量分布曲线系统的平均能量增加，分子的能量分布曲线明显右移明显右移, , 增加了活化分子百分数。增加了活化分子百分数。原因是：原因是：无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 18
15、841884年年，荷荷兰兰人人范范特特霍霍夫夫( (J.H.VantHoffJ.H.VantHoff) )研研究究了了各各种种反反应应的的反反应应速速率率与与温温度度的的关关系系，提提出出了了一一个个近近似似的的经经验验规规律律：一一般般化化学学反反应应，在在一一定定的的温温度度范范围围内内，温温度度每每升升高高1010，反反应应速速率率增增加加到到原原来来的的2 24 4倍。倍。 1.1.范特霍夫规则范特霍夫规则无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素或或 或或 称为阿仑尼乌斯经验公式
16、称为阿仑尼乌斯经验公式 。其中其中k k为反应速率为反应速率常数；常数；A A为常数，为常数，Ea为活化能为活化能( (kJ/ /mol),mol),R为气体常为气体常数（数（R=8 314J/ K mol），），T为开氏温度。为开氏温度。 2.2.阿仑尼乌斯公式阿仑尼乌斯公式无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 【例例】某某一一反反应应的的活活化化能能为为117.15kJ/mol，当当温温度度从从398K升升高高到到408K时时，该该反反应应的的速速率率增增大大多多少少倍倍？ 解：
17、由解：由 即反应速率增大到原来的即反应速率增大到原来的2 38倍。倍。 无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素温度对温度对H2O2与与HI反应速率的影响反应速率的影响t/01020304050相对反相对反应速率应速率1.002.084.328.3816.1939.95无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 催催化化剂剂是是一一种种能能显显著著改改变变化化学学反反应应速速率率，而
18、而本本身身在在反反应应前前后后的的组组成成、质质量量和和化化学学性性质质都都保保持持不不变变的物质。的物质。 催催化化剂剂按按其其作作用用可可分分为为两两大大类类：凡凡能能加加快快反反应应速速率率的的物物质质称称正正催催化化剂剂，例例如如接接触触法法生生产产硫硫酸酸中中的的催催化化剂剂五五氧氧化化二二钒钒；凡凡能能减减慢慢反反应应速速率率的的物物质质称称负负催催化化剂剂，例例如如减减缓缓橡橡胶胶老老化化加加入入的的防防老老剂剂。通通常常，若无特殊说明催化剂均指正催化剂。若无特殊说明催化剂均指正催化剂。 五、催化剂对化学反应速率的影响五、催化剂对化学反应速率的影响无机及分析化学无机及分析化学模块
19、模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 改变了反应的途径，与无催化反应的途径相比改变了反应的途径，与无催化反应的途径相比较，所需的活化能显著地降低较，所需的活化能显著地降低, , 从而使活化分子百从而使活化分子百分数和有效碰撞次数增多，导致反应速率加快。分数和有效碰撞次数增多，导致反应速率加快。 催化剂改变速率的原因催化剂改变速率的原因对可逆反应，催化剂既能对可逆反应，催化剂既能加快正反应速率也能加快加快正反应速率也能加快逆反应速率，因此催化剂逆反应速率，因此催化剂能缩短反应完成的时间。能缩短反应完成的时间。无机及分
20、析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 在在采采用用催催化化剂剂的的反反应应中中，微微量量杂杂质质也也可可能能使使催催化化剂剂的的催催化化活活性性突突然然降降低低甚甚至至丧丧失失，这这种种现现象象称称为为催催化化剂剂的的中中毒毒。因因此此，在在使使用用催催化化剂剂的的反反应应中中，必必须须使原料保持纯净。使原料保持纯净。 催催化化剂剂的的催催化化作作用用具具有有严严格格的的选选择择性性。一一种种催催化化剂剂往往往往只只对对特特定定的的反反应应有有催催化化作作用用，相相同同的的反反应应物物若采用
21、不同的催化剂，可能会得到不同的产物。若采用不同的催化剂，可能会得到不同的产物。无机及分析化学无机及分析化学模块模块2 2 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡2.2 2.2 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 化化学学反反应应速速率率除除了了受受浓浓度度、压压力力、温温度度和和催催化化剂剂的的影影响响外外，还还有有一一些些其其他他因因素素也也会会影影响响化化学学反应的速率。反应的速率。 对对于于多多相相反反应应来来说说，由由于于反反应应物物处处于于不不同同的的相相，反反应应是是在在两两相相交交界界面面上上进进行行的的，因因而而反反应应速速率率与与界界面面的的接接触触面面大大小小有有关关，其其他他如如超超声声波波、紫紫外外光光、X X射射线线和和激激光光等等也也可可能能影影响响化化学学反反应应的的反反应应速率。速率。无机及分析化学无机及分析化学
