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1、第六章第六章 化学反应速率化学反应速率 热力学热力学研究的重点研究的重点：反应的方向性；反应的方向性； 反应进行的程度反应进行的程度 动力学动力学研究的重点研究的重点：化学反应速率；化学反应速率； 反应历程（反应机理）反应历程（反应机理）研究化学反应速率的目的：为日常生活和工农业生产服务研究化学反应速率的目的：为日常生活和工农业生产服务如：如：Fe 与与 O2 Fe2O3寻求寻求减慢减慢反应的方法反应的方法 药品的变质药品的变质 寻求寻求减慢减慢反应的方法反应的方法 照片感光照片感光 寻求寻求加快加快反应的方法反应的方法 合成合成NH3 寻求寻求加快加快反应的方法反应的方法16.1 6.1 化
2、学反应速率的表示方法化学反应速率的表示方法一、化学反应速率的表示法一、化学反应速率的表示法： 用用单单位位时时间间内内，反反应应物物浓浓度度的的减减少少或或生生成成物浓度的增加物浓度的增加来表示来表示。a.单位单位：浓度浓度 时间时间-1如：mol L-1 s-1 (mol L-1 min-1 或或mol L-1 h-1)b.是是正值正值c.可用任一物质浓度的变化来表示可用任一物质浓度的变化来表示2例：2N2O5 = 4NO2 + O2t1 c1 c1 c1 t2 c2 c2 c2二二、平平均均速速率率3例例：将将0.160mol N2O5放放在在1L容容器器中中，340 K 时，每隔时，每隔
3、1min测得反应物浓度如下：测得反应物浓度如下：在在t = 0和和2 min内：内：在在t = 1和和3 min内：内：4三、瞬时速率：三、瞬时速率：化学反应在某一瞬间的真实速率化学反应在某一瞬间的真实速率上上例例中中，在在t =2min时时测测得得速速率率为为 =0.028 mol L-1 min-12 N2O5 = 4 NO2 + O251、通式、通式：对任一反应：aA + bB = dD + eE，或6碰撞理论碰撞理论优点优点：a.a.直观，直观， b. b.适用于简单分子的反应（特别是气体双适用于简单分子的反应（特别是气体双分子反应）分子反应）2、活化分子、活化分子：能够发生能够发生有
4、效碰撞有效碰撞的分子的分子 反应速率反应速率正比正比于活化分子的数目；于活化分子的数目； 活化分子的平均能量活化分子的平均能量高于高于反应物分子的平均反应物分子的平均能量。能量。9二、过渡状态理论（二、过渡状态理论（Eyring）10正反应正反应活化能活化能:Ea=E*-E逆反应逆反应活化能活化能: :Ea=E*-E反应热反应热: : rH = E E = Ea Ea11Ea(逆逆)(正正)(正正)Ea(逆逆)Ea Ea00反应物反应物 反应物反应物 产物产物 产物产物 放热反应放热反应吸热反应吸热反应12 活活化化能能越越大大，活活化化络络合合物物越越难难形形成成，反反应应速速率率越越小小；
5、活活化化能能越越小小，活活化化分分子子数数目目越越多多，反反应应速速率率越越大大；因因此此，活活化化能能是是影影响响化化学学反反应速率的内因应速率的内因。 Ea 400 kJ mol 1,反应很慢。反应很慢。 温温度度增增加加使使分分子子平平均均能能量量提提高高，运运动动速速率率加加快快，使使有有效效碰碰撞撞次次数数增增加加，加加快快反反应应，但但一般一般不改变不改变活化能。活化能。13影响反应速率的因素影响反应速率的因素内因内因：即反应的本质，包括即反应的本质，包括： 反应活化能；反应活化能； 反应物的结构等反应物的结构等 外因外因： 浓浓度度（压压力力）：通通常常反反应应物物的的浓浓度度越
6、越大大，反应速率越快；反应速率越快； 温度温度：通常温度越高，反应速率越快；：通常温度越高，反应速率越快； 催化剂催化剂：正催化剂能加快反应速率。：正催化剂能加快反应速率。146.3 6.3 浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率的影响一、基元反应和非基元反应：一、基元反应和非基元反应：1、基元反应：、基元反应：一步完成的化学反应一步完成的化学反应。（简单反应简单反应）如：如：NO2 + CO = NO + CO2 2 NO2 = 2NO + O2 2、非非基基元元反反应应：由由两两个个或或两两个个以以上上的的基基元元反反应应组组成成的化学反应。的化学反应。（复杂反应复杂反应）绝大多数反应
7、是非基元反应绝大多数反应是非基元反应。如反应：如反应：A2 + B A2B 分两个基元步骤完成：分两个基元步骤完成：第一步：第一步：A2 2A （快反应快反应）第二步：第二步：2A + B A2B （慢反应慢反应） 速控步骤速控步骤 总反应速率基本上等于最慢一步反应的速率总反应速率基本上等于最慢一步反应的速率15二二、质质量量作作用用定定律律：一一定定温温度度下下，基基元元反反应应的的反反应速率与各反应物浓度系数次方的乘积成正比应速率与各反应物浓度系数次方的乘积成正比。1、速率方程式、速率方程式：aA + bB = dD + eE ( (基元反应基元反应) = k cAa cBb2、反应速率常
8、数、反应速率常数：k （浓度（浓度1(a+b) 时间时间-1)a. 物理意义：单位浓度时的反应速率；物理意义：单位浓度时的反应速率；b. k的的大大小小与与反反应应的的本本性性有有关关，在在其其它它条条件件相相同同的情况下，的情况下，k越大，反应越快越大，反应越快；c. k与浓度无关；与浓度无关；k与温度有关与温度有关。16三、复杂反应（非基元反应）三、复杂反应（非基元反应）aA + bB = dD + eE = k cAm cBn例：2H2 + 2NO = 2H2O + N2，不不同同温温度度下下对对其其反应速率进行了测定，所得实验数据如下反应速率进行了测定，所得实验数据如下： c(H2)
9、c2(NO)17从实验从实验1、2、3看，看，NO浓度不变，浓度不变， c (H2)从实验从实验4、5、6看，看，H2浓度不变浓度不变， c2(NO) = k c(H2) c2(NO) k c2(H2) c2(NO) 注意：注意：（1）m、n通通过过实实验验测测得得。复复杂杂反反应应的的速速率率方方程程必必须须根根据据实实验验结结果果获获得得，而而不不能能直直接接从从反反应应方程式得到方程式得到。（2） ，利用实验数据可求利用实验数据可求k。18四、反应级数四、反应级数：反应速率方程式中各：反应速率方程式中各反应物浓反应物浓度项的方次之和度项的方次之和。如上例如上例：2H2 + 2NO = 2
10、H2O + N2 = k c(H2) c2(NO) 三级反应三级反应即：反应物即：反应物H2 的级数为的级数为1，NO的级数为的级数为2 CO(g)+NO2(g)= CO2(g)+ NO(g) = k c(CO) c (NO2) 二级反应二级反应H2 + Cl2 = 2HCl = k c(H2) c1/2(Cl2) 1.5级反应级反应说明：说明：（1）反应级数不能从化学方程式中直接看出，）反应级数不能从化学方程式中直接看出，必须由必须由速率方程式速率方程式决定。决定。19（2）反应级数不一定是）反应级数不一定是正整数正整数，也可为零、负也可为零、负数或分数。数或分数。如速率方程式为如速率方程式
11、为 = k ，零级反应，零级反应（3）由实验求得的反应速率方程式与根据质量由实验求得的反应速率方程式与根据质量作用定律直接写出的一致时，该反应不一定作用定律直接写出的一致时，该反应不一定是基元反应。是基元反应。如：H2 (g)(g) + I2 (g)(g) = 2HI(g) (g) = k c(H2) c(I2) 非基元反应非基元反应，第一步快反应；第二步慢反应，第一步快反应；第二步慢反应。20五、具有简单级数反应的特征五、具有简单级数反应的特征1、一级反应、一级反应c0为为 t =0时反应物的起始浓度时反应物的起始浓度一级反应的特征一级反应的特征：（1）lnc对对t 作图得一直线，斜率为作图
12、得一直线，斜率为-k。（2）k的单位是的单位是时间时间-1。（3）半衰期半衰期是指反应物浓度消耗一半所需的时间。是指反应物浓度消耗一半所需的时间。定温下，定温下，t 是常数，是常数，与与c0无关。无关。212、二级反应、二级反应二级反应的特征二级反应的特征：（1）1/c对对t 作图得一直线，斜率为作图得一直线，斜率为k。（2）k的单位是的单位是浓度浓度-1 时间时间-1 ，即，即k的单位与浓度所的单位与浓度所取单位有关。取单位有关。（3）半衰期）半衰期t 与与c0成反比成反比。3、零级反应、零级反应零级反应的特征零级反应的特征：（1）c对对t 作图得一直线，斜率为作图得一直线，斜率为-k。（2
13、）k的单位是的单位是浓度浓度 时间时间-1 。（3）半衰期）半衰期t 与与c0成正比，与成正比，与k成反比成反比。226.4 6.4 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响一一、Vant Hoff规规则则：温温度度每每升升高高10，化化学学反反应应速速率率一一般般增增加加24倍倍。（增增加加了了活活化化分分子百分数，有效碰撞次数增加）子百分数，有效碰撞次数增加）二、二、Arrhenius方程式方程式： A：指前（频率）因子：指前（频率）因子23三、Arrhenius方程式的应用：方程式的应用：（1）测得反应在不同温度下的速率常数）测得反应在不同温度下的速率常数k，用，用lnk对对1/T作图得
14、作图得一直线一直线，则可由，则可由斜率斜率求出活化求出活化能能Ea。直线斜率直线斜率Ea /R（2）活化能）活化能Ea由两个不同温度下的由两个不同温度下的k求。求。(1)（2）24例、例、273K和和318K时，反应时，反应AB的的k分别为分别为1.06 10-5s-1和和2.92 10-3s-1，计算该反应的，计算该反应的Ea及及298K时的时的k。解：256.56.5 催化剂对反应速率的影响催化剂对反应速率的影响一一、催催化化剂剂：能能改改变变反反应应速速率率而而它它本本身身的的组组成成、质质量和化学性质量和化学性质在反应前后在反应前后保持不变保持不变的物质。的物质。催催化化作作用用：催催
15、化化剂剂改改变变化化学学反反应应速速率率的的作作用用。在在催催化作用下进行的反应叫做化作用下进行的反应叫做催化反应催化反应。说明：说明：a.加加快快反反应应速速率率的的叫叫正正催催化化剂剂；减减慢慢反反应应速速率率的叫的叫负催化剂负催化剂；b.催催化化剂剂通通过过改改变变反反应应历历程程，从从而而改改变变反反应应的的活化能活化能，来影响反应的速率。，来影响反应的速率。26例：A + B AB Ea加催化剂加催化剂K后后：A + K AK E1 AK + B AB + K E2由于由于E1、E2 Ea，所以反应速率比没有催化剂时快。，所以反应速率比没有催化剂时快。27二、催化剂的特点：二、催化剂
16、的特点：a. 通过改变反应的活化能而显著地改变反应速率；通过改变反应的活化能而显著地改变反应速率；b.同同等等地地改改变变正正逆逆反反应应的的速速率率；改改变变达达到到化化学学平平衡衡所所需时间；需时间；不改变反应方向不改变反应方向。 例：例： H2 + O2 能反应，可用能反应，可用Pt、Pd等作催化剂等作催化剂 He + O2 不反应，不反应，c. 有特殊的有特殊的选择性选择性：(只能催化某一类型的化学反应）只能催化某一类型的化学反应）例：28催化活性催化活性：催化剂对化学反应的催化能力：催化剂对化学反应的催化能力。催化剂中毒催化剂中毒：催化剂在活性稳定期间，因接触少量催化剂在活性稳定期间，因接触少量杂质而使杂质而使催化活性降低或丧失催化活性降低或丧失。三、酶催化三、酶催化：酶在生物体内的催化作用：酶在生物体内的催化作用（1)本质本质：酶是一种蛋白质酶是一种蛋白质（2）特点：）特点：a. 催化作用有高度的专一性。催化作用有高度的专一性。b. 酶有高度的催化活性。酶有高度的催化活性。c. 温度对酶的催化活性有明显影响。温度对酶的催化活性有明显影响。 （酶作用的（酶作用的最适温度最适温度，即，即 最大时温度最大时温度 ）d. pH值对酶的催化活性有显著影响。值对酶的催化活性有显著影响。 （酶（酶最适最适pH ，即酶催化活性，即酶催化活性最大时的最大时的pH范围范围 ）29
