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1、1预习提纲：预习提纲：1. 影响反应速率的内因是什么？影响反应速率的内因是什么？2. 影响反应速率的外因是什么？影响反应速率的外因是什么？3. 浓度、温度及催化剂是如何影响浓度、温度及催化剂是如何影响 反应速率的？反应速率的？第七章第七章 化学反应速率化学反应速率2 主要内容：主要内容：n化学反应速率和反应机制化学反应速率和反应机制n化学反应速率理论简介（难点）化学反应速率理论简介（难点）n浓度对化学反应速率的影响（重点）浓度对化学反应速率的影响（重点）n温度对化学反应速率的影响（重点）温度对化学反应速率的影响（重点）n催化剂对化学反应速率的影响催化剂对化学反应速率的影响3第一节第一节 化学反
2、应速率和反应机理化学反应速率和反应机理一、速率表示法一、速率表示法平均速率平均速率瞬时速率瞬时速率 B = C（反应物（反应物B） t B = dC（反应物（反应物B）dt42ICl(g)+H2(g)I2(g)+2HCl(g)初始初始0.20.11min0.10.05000.050.1问：问：1. （ H2 ）= C（ H2 ） t= 0.05（molL-1min-1)？用不同物质表示的速率是不同的用不同物质表示的速率是不同的2. C（ H2 ） t= C（ICl） t25化学反应速率化学反应速率单位体积内单位体积内反应进反应进度度随时间的变化率随时间的变化率对于不同的物质，用反应对于不同的物
3、质，用反应进度表示的速率是相同的进度表示的速率是相同的6ABC(A)C(B)t(A)t(B)C(H2)tC(H2)=f(t) =dC（ H2 ）dt切线的斜率切线的斜率 何时最大？何时最大？7二、二、Reaction mechanism1. CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)一步完成一步完成2.H2(g)+I2(g)2HI(g) 第一步：第一步：I2(g)2I (g) 第二步：第二步：H2(g)+2I(g)2HI(g)快快慢慢8元反应元反应一步一步就完成的反应。就完成的反应。复合反应复合反应由若干元反应组成由若干元反应组成反应机制反应机制反应进行的实际步骤反应进行的实际步骤速率控
4、制步骤速率控制步骤速率最小速率最小的那个元反应的那个元反应复合反应的总速率取决于限速步骤复合反应的总速率取决于限速步骤9 第二节第二节 速率理论速率理论(元反应元反应)一、碰撞理论与活化能一、碰撞理论与活化能P.131 . 图图7-3CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)P.1301011有效碰撞有效碰撞发生反应的碰撞发生反应的碰撞弹性碰撞弹性碰撞不不发生反应的碰撞发生反应的碰撞活化分子活化分子具有具有较大的动能较大的动能并能够发生并能够发生有效碰撞的分子。有效碰撞的分子。发生有效碰撞必须具备的条件：发生有效碰撞必须具备的条件：1. 需要足够的能量（需要足够的能量（动能动能）2. 有
5、合适的方向有合适的方向12动能动能EE EN E N矩形面积矩形面积?气体分子的能量分布曲线气体分子的能量分布曲线13 EN E N矩形面积：矩形面积： E N E N=N N分子分数分子分数曲线下的面积：曲线下的面积：114动能动能EEN E N活化分子的最低能量活化分子的最低能量Ea活化分子分数活化分子分数EaE E15EaE E活化分子具有的最低能量与活化分子具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差。反应物分子的平均能量之差。活化能活化能 activation energy16动能动能EEEa活化分子分数活化分子分数N E NEa是化学反应之阻力是化学反应之阻力， Ea ，阴影面积阴影面
6、积Ea171. 正值正值。Ea特征：特征：3. 活化分子活化分子%， 有关有关无关无关2. Ea仅与反应物本性、途径仅与反应物本性、途径， 与与C、T。小结：小结：1. E E，（，（ Ea ， ）2. 合适的方向（分子愈简单，合适的方向（分子愈简单， ）18二、过渡态理论二、过渡态理论 要点：要点： 具有足够能量的反应物分子相具有足够能量的反应物分子相互碰撞，形成一个高能量的互碰撞，形成一个高能量的过渡状过渡状态态活化络合物活化络合物，此络合物极不稳，此络合物极不稳定，既可恢复成反应物，又可转化定，既可恢复成反应物，又可转化为产物。为产物。19反应物反应物生成物生成物活化络合物活化络合物势势
7、能能反应进程反应进程EaEa rHm20活化能：活化能：反应的能垒。反应的能垒。 Ea, rHm= Ea- Ea练习题练习题小结：影响小结：影响 的的内因内因：足够的能量：克服足够的能量：克服Ea合适的方向：分子结构合适的方向：分子结构21第三节第三节 浓度对速率的影响浓度对速率的影响n判断：判断：1. 浓度浓度，活化分子，活化分子 ，故，故 。2. 浓度浓度，活化分子总数，活化分子总数 ，故，故 。 p.12522一、质量作用定律与速率方程式一、质量作用定律与速率方程式1. 质量作用定律质量作用定律 温度一定时，温度一定时，元反应元反应的反应的反应速率与各反应物浓度以计量系数速率与各反应物浓
8、度以计量系数为指数的幂的乘积成正比。为指数的幂的乘积成正比。元元反应：反应：aA+bBdD+eE =kCAaCBb质量作用定律只适用于元反应质量作用定律只适用于元反应232. 速率方程式速率方程式由由质量作用质量作用. 元反应元反应的速率方程式的速率方程式定律定律直接写出。直接写出。表示反应物浓度与反应速率表示反应物浓度与反应速率之间定量关系的数学式。之间定量关系的数学式。 =kCAaCBbk速率常数，与反应物本性、速率常数，与反应物本性、T、催化剂有关，与催化剂有关，与C无关。无关。24例：例：元反应：元反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) =kC(CO)C(H2O) 复合
9、反应：复合反应： H2(g)+I2(g)2HI(g) =由实验确定由实验确定由由实验确定实验确定. 复合复合反应反应的速率方程式的速率方程式25 有一反应：有一反应：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)实验证明：实验证明： =kC(N2O5)是复合反应吗？是复合反应吗？反应机制：反应机制：NO3NO+O2快快（B）（C） NO+ NO3快快2NO2N2O5NO3+NO2慢慢（A）26练习题练习题1. 反应分子数反应分子数元反应元反应中反应物中反应物系数之和系数之和CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)2. 反应级数反应级数反应速率方程式反应速率方程式中各反应物浓度中各反应物浓度
10、方次之和方次之和。双分子反应双分子反应二、反应分子数与反应级数二、反应分子数与反应级数27反应级数反映了浓度对反应速率的影响程度反应级数反映了浓度对反应速率的影响程度例：例：A+BD实验实验CACB 11112 4 22 =kCACB2对对A为一级为一级对对B为二级为二级共三级共三级28例：例：2H2O22H2O+O2 =kC(H2O2)反应级数为反应级数为1 CO+Cl2COCl2 =kC(CO)C(Cl2)3/2反应级数为反应级数为2.5 NH3Fe12N2+32H2 =kC(NH3)0=k反应级数为反应级数为029小结：小结：2. 通过研究反应机制才可判断是否通过研究反应机制才可判断是否
11、 元反应。元反应。练习题练习题1. 速率方程式速率方程式元元反应反应由质量作用定律直接写出由质量作用定律直接写出复合复合反应反应由实验确定由实验确定= 复合反应复合反应不能确定是元反应不能确定是元反应303. =kCA CB 与本性、与本性、T有关，与有关，与C无关无关4. 反应级数：反应级数：反应分子数：反应分子数： + 整数、分数整数、分数速率方程式速率方程式与与元反应元反应有关，整数有关，整数常数常数T一定，一定，k为为，C， 31三、一级反应及其特点三、一级反应及其特点( =kC)COC=ktlnC= kt+ lnCOt时的浓度时的浓度初始浓度初始浓度讨论：讨论： lnCt作图，是一条
12、作图，是一条线。线。直直32 k与与C的单位是否无关？的单位是否无关？COC=tk1单位：单位：1时间时间 半衰期半衰期t1/2C=21CO时的时的tt1/2=k2=k0.693与与CO无关无关332N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) =kC(N2O5)例：反应例：反应服从速率方程式服从速率方程式设某温度时设某温度时k=1.68x10-2s-1,如在一个如在一个5.00L的容器中放入的容器中放入2.50mol N2O5,在在该温度下反应进行该温度下反应进行1.00min, 问问N2O5的的剩余量及剩余量及O2的生成量各为多少？的生成量各为多少？是否元反应是否元反应？是几级反应是几级反应？
13、34解：解：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)初始初始1.00min2.5000X4X2.502X设设O2的生成量为的生成量为X molCO=2.505.00= 0.500(mol/L)35N2O5的剩余浓度：的剩余浓度：C= 0.182(mol/L) N2O5的剩余量：的剩余量： 0.182x5.00= 0.910(mol) 2.502X=0.910 X=0.795 (mol)练习题练习题lnC= kt+ lnCO36第四节第四节 温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响 n判断：判断：1. 浓度不变，温度浓度不变，温度，活化分子，活化分子 ， 故故 。37动能动能EEEa活
14、化分子分数活化分子分数T1T2T2T1N E N浓度不变浓度不变38一、阿累尼乌斯方程式一、阿累尼乌斯方程式 =kCA CB lnk=RTEa+ lnA讨论：讨论： 对某一反应，对某一反应，Ea，T ，k， .一定一定k=A eEa/RT指前因子指前因子39 A接近，同温度下，接近，同温度下，Ea大的反应大的反应k，. k2k1=EaR(T2T1T1T2)例：丙酮二酸在水中的分解反应例：丙酮二酸在水中的分解反应10时时k10=1.08x10-4s-1，60 时时k60=5.48x10-2s-1，求，求 20/ 10。40解：解：k60k10=EaR(T60T10T10T60)k20k10=Ea
15、R(T20T10T10T20)得：得： 20 10=k20k10=4.12练习题练习题小结：小结：k与与T、 Ea有关。有关。41第五节第五节 催化剂对化学反应速率的影响催化剂对化学反应速率的影响蔗糖蔗糖+H2O转化酶，转化酶，37 无催化剂，无催化剂，8367产物产物一、一、catalyst and catalysis特点：特点：1. 反应前后，质量和组成不变反应前后，质量和组成不变422. 用量少，作用大。用量少，作用大。3. 同时加速正、逆反应，提早达同时加速正、逆反应，提早达 平衡；平衡；但不改变但不改变K、 rGm4. 选择性高。选择性高。二、催化作用原理二、催化作用原理均相催化理论
16、均相催化理论中间产物学说中间产物学说43例：乙醛的分解例：乙醛的分解 催化剂：催化剂：I2无无I2存在：存在：Ea=190.4 kJ/molCH3CHOCH4+CO有有I2存在：存在：Ea=136 kJ/mol中间产物中间产物CH3CHO+I2CH3I+HI+COCH3I+ HICH4+ I244kk=Aexp(Ea /RT)Aexp(Ea /RT)=3905中间产物学说：中间产物学说： 由于形成中间产物而改变由于形成中间产物而改变了反应途径，了反应途径，降低了降低了Ea.4546EaEaEaEa练习题练习题有催化剂有催化剂47二、生物催化剂二、生物催化剂酶酶底物底物产物产物酶酶（脂肪、淀粉）
17、（脂肪、淀粉）特点特点选择性特别高选择性特别高须适当的须适当的pH、T催化效率特别高催化效率特别高48小结：小结：催化剂：催化剂：形成中间产物，降低形成中间产物，降低Ea ， 49总结：总结：一、基本概念：一、基本概念：Ea 、反应级数、元反应等、反应级数、元反应等二、影响二、影响 的因素：的因素： =kCA CB =Aexp(Ea /RT) CA CB 1. 浓度：（浓度：（T定，定，Ea定）定）CA，CB， 502. 温度：温度： （C定，定，Ea定）定）T，k， .3. 催化剂：催化剂： （C定，定，T定）定）加入催化剂，加入催化剂， Ea， .K、 rGm不变。不变。51三、一级反应：
18、三、一级反应：COC=ktt1/2=k0.69352练习题练习题可逆反应可逆反应 AB+C，正向反应的，正向反应的活化能为活化能为Ea1，逆向反应的活化能为，逆向反应的活化能为Ea2若正反应是吸热的，则若正反应是吸热的，则Ea1Ea253练习题练习题对反应对反应A+B产物，有以下的实验产物，有以下的实验结果：结果：C（A）C（B） 反应进行到反应进行到 某一某一程度所需时间程度所需时间t0.050.050.100.050.100.0544442254与上面实验结果相符合的速率方程式是与上面实验结果相符合的速率方程式是A、 =kC(B)B、 =kC(B)1/2C、 =kC(B)2D、 =k C(
19、A) C(B)55练习题练习题1. 实验测得实验测得2ICl(g)+H2(g)I2(g)+2HCl(g)的的 CIClCH2, 由由此可知此反应是此可知此反应是A、三分子反应，二级反应、三分子反应，二级反应B、二级反应、二级反应C、双分子反应，二级反应、双分子反应，二级反应D、一级反应、一级反应562. 当反应当反应A2+B22AB的的 =kCA2CB2,可以得出此反应可以得出此反应A、一定是基元反应、一定是基元反应B、对、对A2是一级反应是一级反应C、一定是非基元反应、一定是非基元反应D、以上说法都不对、以上说法都不对 复合反应：复合反应： H2(g)+I2(g)2HI(g) =kC(H2)
20、C(I2)57练习题练习题1. 某反应某反应A(g)2B(g)为一级为一级反应，当反应，当A的起始分压为的起始分压为101.3kPa时，反应掉时，反应掉30需需60s.当当A的起始的起始分压为分压为202.6kPa时，反应掉时，反应掉30需要的时间为需要的时间为A、25sB、30sC、60sD、120s582. 某药物在体内的分解反应为一级反某药物在体内的分解反应为一级反应，已知给药后药物在血浆中的初始应，已知给药后药物在血浆中的初始质量浓度为质量浓度为8.2mg/L,经经4小时后，测小时后，测得药物的质量浓度为得药物的质量浓度为5.5 mg/L，求该，求该药物的半衰期。药物的半衰期。解：解：
21、COC=tk15.5=418.2=0.10(h-1)t1/2=k0.693=0.10.693=6.93(h)重重点点59练习题练习题1. 一般情况下，不管是放热反应还一般情况下，不管是放热反应还是吸热反应，温度升高，是吸热反应，温度升高， 都加快。都加快。2. 对于一个化学反应来说，下列叙对于一个化学反应来说，下列叙述中正确的是述中正确的是A、 rHm愈负，愈负， 。 B、 rGm愈小，愈小， C、k愈小，愈小， 。D、 Ea愈小，愈小， 。60练习题练习题1. 如果催化剂能使如果催化剂能使 正正增加三倍，增加三倍， 那么必然也能使那么必然也能使 逆逆增加三倍。增加三倍。2. 加入催化剂能使平衡常数增大。加入催化剂能使平衡常数增大。X3. 催化剂能使非自发反应变成自发催化剂能使非自发反应变成自发 反应。反应。X
