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1、基基 础础 化化 学学 课课 件件 2 0 0 3 年年 9 月月 第二章：化学反应速率与化学平衡第二章：化学反应速率与化学平衡 （第一讲）（第一讲）第一节：化学反应速率第一节：化学反应速率第一节第一节 化学反应速率化学反应速率 化学反应的进行快慢是化学反应速率所要讨论的化学反应的进行快慢是化学反应速率所要讨论的问题，反应的快慢是物质本性决定的，当然也与外部问题，反应的快慢是物质本性决定的，当然也与外部环境也很大的关系。环境也很大的关系。一、化学反应速度的表示方法一、化学反应速度的表示方法: aA + bB = dD +eE VA= -CA /t VD = CD /t 浓度的单位常用浓度的单位
2、常用mol/L 时间常用单位秒时间常用单位秒(s)、分分 (min) 、小时小时(h)，所以化学反应速率的的单位常用所以化学反应速率的的单位常用 mol/(L X S) mol/(L Xmin) mol/(L X h)。例例:在某条件下在某条件下,将将2mol N2O5放入放入1升的容器中加热分升的容器中加热分解解,4秒钟后测的的浓度是秒钟后测的的浓度是1.2mol/L,求该反应的反应速求该反应的反应速度度.解解: 2N2O5 = 4NO2 + O2开始时各物质的浓度开始时各物质的浓度(mol/L) 2 0 04秒内反应的物质浓度秒内反应的物质浓度(mol/L) 1.2-2 1.6 0.4平均
3、每秒的浓度变化平均每秒的浓度变化(mol/(L*S) -0.2 0.4 0.1当用当用N2O5的浓度变化来表示反应速度的浓度变化来表示反应速度,则则:V N2O5 = -C N2O5 /t = 0.2 mol/(L*S)当用当用NO2的浓度变化来表示反应速度的浓度变化来表示反应速度,则则:V NO2 = C NO2 /t = 0.4 mol/(L*S) 该反应如果用该反应如果用VO2表示，则表示，则VO2=0.1 mol/(L*S) .则则VN2O5 : VNO2 : VO2 = 2 : 4 : 1 对于一般的反应对于一般的反应aA + bB = dD +eE VA/a = VB/b =VD/
4、d = VE/e 二、反应速度理论与活化能二、反应速度理论与活化能有效碰撞理论有效碰撞理论（2）反应分子具备一定能量反应分子具备一定能量（1）碰撞频率碰撞频率反应物分子间的相互碰撞是反应进行的先决条件反应物分子间的相互碰撞是反应进行的先决条件碰撞频率越高，反应速率越大碰撞频率越高，反应速率越大活化分子活化分子 ： 能量超出一定值，直接作用后能量超出一定值，直接作用后 能发生化学作用的分子能发生化学作用的分子活化能活化能 ： 活化分子所具有的最低能量与反活化分子所具有的最低能量与反 应物分子的平均能量的差值应物分子的平均能量的差值活化分子活化分子EE1 分子的平均能量分子的平均能量E2 活化分子
5、的最低能量活化分子的最低能量 活化能活化能Ea = E2 - E1Ea（3）、）、碰撞有效方位碰撞有效方位CO（g)+NO2(g) = CO2(g)+NO(g)总结：总结：能量较高，方位合适的分子的碰撞才是能量较高，方位合适的分子的碰撞才是有效碰撞有效碰撞。OOCOCNOOOON无效碰撞无效碰撞有效碰撞有效碰撞OCON产物产物H0反应物分子平均能量反应物分子平均能量活化分子最低能量活化分子最低能量生成物分子平均能量生成物分子平均能量Ea 能量能量反应进程反应进程fEaH=Ea Ea二、影响化学反应速度的因素：二、影响化学反应速度的因素： ( 浓度浓度温度温度压强压强催化剂催化剂) 1、浓度对化
6、学反应的影响。、浓度对化学反应的影响。 恒温下的化学反应，其速度主要取决于反应物浓恒温下的化学反应，其速度主要取决于反应物浓度，反应物浓度越大，反应速度越快。度，反应物浓度越大，反应速度越快。 对于一般的反应对于一般的反应aA + bB = dD +eE v = k CAm X CBnE2E原始浓度原始浓度 浓度增大大后浓度增大大后 压强只对有气体参加的反应有影响压强只对有气体参加的反应有影响,压强压强增大增大,单位体积内的分子数目增多单位体积内的分子数目增多,单位体积单位体积内的活化分子数目增多内的活化分子数目增多,反应速度增大反应速度增大,反之反之,减小压强减小压强,反应速度减慢反应速度减
7、慢.二、压强对化学平衡的影响二、压强对化学平衡的影响实验实验： H2+O2 H2O常温反应速度很慢常温反应速度很慢H2+O2 H2O873K时爆炸式反应时爆炸式反应近似规律：近似规律：大量实验数据大量实验数据温度每升高温度每升高10K反应速率大约增加反应速率大约增加24倍倍阿阿仑尼乌斯仑尼乌斯(Arrhenius)1889年年温度与反应速率关系：温度与反应速率关系：1、阿仑尼乌斯经验公式、阿仑尼乌斯经验公式2、温度对反应速率的影响、温度对反应速率的影响阿仑尼乌斯经验公式：阿仑尼乌斯经验公式：-RTEaAek =k反应速率常数反应速率常数A指前因子或频率因子指前因子或频率因子Ea实验活化能实验活
8、化能T热力学温度热力学温度R气体常数（气体常数（8.341JK -1 mol-1)E-ARTkalnln+=阿仑尼乌斯公式推论：阿仑尼乌斯公式推论：（1）反应速率与温度的关系：）反应速率与温度的关系： 在一定温度范围内，对同一个反应，活化能在一定温度范围内，对同一个反应，活化能Ea和频率和频率因子因子A是常数，指数因子是常数，指数因子e-Ea/RT随随T升高而增大，升高而增大，k增大增大。温度上升，反应速率增加温度上升，反应速率增加（2）反应速率）反应速率k与活化能与活化能Ea关系关系对不同反应，当温度一定时，活化能对不同反应，当温度一定时，活化能Ea越大，越大，lnk越小。越小。反应活化能越
9、大，反应速率越小反应活化能越大，反应速率越小E-ARTkalnln+=活化活化分子分子EE1 分子的平均能量分子的平均能量E2 活化分子的最低能量活化分子的最低能量 初始状态初始状态 温度升高后温度升高后EaE1Ea活化活化分子分子获取外界能量获取外界能量后，活化分子后，活化分子数量增加数量增加温度与反应速率的关系温度与反应速率的关系温度提高温度提高单位时间内，单位时间内，分子间有效碰分子间有效碰撞频率增加撞频率增加反应速率增加反应速率增加A A、催化剂及催化作用催化剂及催化作用 催化剂分类催化剂分类 正催化剂正催化剂 加快化学反应速率加快化学反应速率 负催化剂负催化剂 减慢化学反应速率减慢化
10、学反应速率 （1 1）定义）定义 ：在化学反应中能显著改变化学反应速率而本在化学反应中能显著改变化学反应速率而本身在反应前后其组成、质量和化学性质保持不变的物质。身在反应前后其组成、质量和化学性质保持不变的物质。H2 + O2 = H2O 铂粉铂粉 （2）基本特征基本特征 i、催化剂的作用是化学作用，化学性质不变，物催化剂的作用是化学作用，化学性质不变，物理性质可能变化理性质可能变化 ii、催化剂只改变反应速率催化剂只改变反应速率,不改变反应的可能性，不改变反应的可能性，不能使非自发反应变成自发反应不能使非自发反应变成自发反应 iiii、催化剂只能缩短可逆反应达到平衡时间催化剂只能缩短可逆反应
11、达到平衡时间,不能不能改变平衡状态改变平衡状态 3 、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iv、催化剂有高度选择性催化剂有高度选择性 a a、某种催化剂只对某一反应或某一类型的反应有催某种催化剂只对某一反应或某一类型的反应有催化作用化作用 b b、对同一种反应物用不同的催化剂对同一种反应物用不同的催化剂,得到不同产物得到不同产物 Cu C2H5OH CH3CHO +H2 473k523k Al2O3 C2H5OH CH2CH2 +H2O 623Kv、许多催化剂对杂质敏感许多催化剂对杂质敏感 助催化剂助催化剂 催化毒物催化毒物 B、催化作用理论催化作用理论 催化剂加快反应速率的原
12、因：催化剂加快反应速率的原因：改变原来的反应历程改变原来的反应历程,降低反应的活化能降低反应的活化能 反应物反应物有有催化催化无无催化催化EaEacEac生成物生成物BBEa反应历程反应历程能量能量例如例如 N2 + H2 = 2 NH3 没有催化剂没有催化剂 Ea=326KJ/mol N2 + H2 = 2 NH3 有催化剂有催化剂 Ea=175.5KJ/mol C、催化反应的种类催化反应的种类 均相催化反应均相催化反应 催化剂和反应物同处一相催化剂和反应物同处一相 多相催化反应多相催化反应 催化剂和反应物不同相催化剂和反应物不同相 （1）均相催化反应均相催化反应 例例 CH3CHO CH4
13、 + CO (慢慢) Ea=190.37 KJ/mol加催化剂加催化剂I2 CH3CHO +I2 CH3I + HI +CO (较快较快) Ea1=136 KJ/mol Ea CH3I + HI CH4 +I2 (快快) Ea2 Ea H2O2 + H2SO4 + KMnO4 Mn2+ + O2 +H2O +K2SO4 酸碱催化反应酸碱催化反应 酯的水解酯的水解 CH3COOCH3 +H2O CH3COOH +CH3OH H+H2O2的分解的分解 H2O2 H2O + O2 OH-（2）多相催化反应多相催化反应 多相催化反应五步骤多相催化反应五步骤 1 1）反应物分子扩散到催化剂表面）反应物分
14、子扩散到催化剂表面 2）反应物分子吸附在催化剂表面上反应物分子吸附在催化剂表面上 3）反应物分子在催化剂表面上进行反应，生成产物反应物分子在催化剂表面上进行反应，生成产物 4）产物从催化剂表面解吸产物从催化剂表面解吸 5）产物通过扩散，离开表面产物通过扩散，离开表面 自动催化作用自动催化作用 例如例如 合成氨的反应中，用铁作催化剂合成氨的反应中，用铁作催化剂 N2 + H2 NH3 FeN2 + 2 Fe 2N Fe 2N Fe + 3H2 2NH3 + 2Fehttp:/ 温度、浓度、催化剂对反应速度的影响温度、浓度、催化剂对反应速度的影响因素因素 单位体积内反单位体积内反应物分子数应物分子数 活化能活化能Ea 活化分子活化分子百分数百分数 活化分活化分子总数子总数 反应速度反应速度v 速度常数速度常数k 增大增大反应反应物浓物浓度度 升高升高温度温度 加催加催化剂化剂
