第八章化学反应速率和反应机理资料
化学反应速率与反应机理
化学反应速率与反应机理在我们的日常生活和工业生产中，化学反应无处不在。
从食物的消化到金属的腐蚀，从药物的合成到塑料的生产，化学反应都在起着关键的作用。
而在研究化学反应时，有两个重要的概念——化学反应速率和反应机理，它们对于理解和控制化学反应过程至关重要。
化学反应速率，简单来说，就是衡量化学反应进行快慢的物理量。
它可以用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
比如，我们把氢气和氧气混合在一起，如果它们能迅速生成水，那就说明这个反应的速率快；如果要等很久才能看到水的生成，那反应速率就慢。
那么，化学反应速率到底受哪些因素的影响呢？首先是反应物的浓度。
一般来说，反应物浓度越高，反应速率就越快。
这就好比在一个操场上跑步，如果操场上人很多，相互碰撞的机会就大，反应就容易发生；而如果操场上人很少，碰撞的机会就少，反应也就不容易发生。
其次是温度。
温度升高，分子的运动速度加快，分子间的碰撞更加频繁且有力，从而使反应速率加快。
想象一下，在寒冷的冬天，人们的行动都比较迟缓；而在炎热的夏天，大家都充满活力，反应也更敏捷。
压力对于有气体参与的反应也有影响。
增大压力，气体分子间的距离缩小，碰撞的机会增多，反应速率也就提高了。
此外，催化剂也是影响反应速率的重要因素。
催化剂能够改变反应的途径，降低反应的活化能，从而加快反应速率。
但要注意的是，催化剂在反应前后自身的质量和化学性质是不变的。
了解了化学反应速率，接下来我们再谈谈反应机理。
反应机理是指化学反应所经历的具体步骤和过程。
它描述了反应物分子是如何转化为生成物分子的。
比如氢气和氧气反应生成水，这个看似简单的反应，实际上是通过一系列复杂的步骤来完成的。
对于大多数化学反应来说，它们并不是一步就完成的，而是由多个基元反应组成。
基元反应是指能够一步完成的反应。
通过研究这些基元反应，我们可以更深入地理解整个化学反应的过程。
反应机理的研究对于控制化学反应具有重要意义。
知道了反应的具体步骤，我们就可以有针对性地采取措施来加快或者减慢反应速率。
反应速率理论和反应机理简介
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复合反应：由两个或两个以上的基元反应组合
而成的总反应。在复合反应中,可用实验检测到中间产 物的存在,但它被后面的一步或几步反应消耗掉,因而 不出现在总反应方程式中。
如：NO2 g COgT500KNOg CO2 g
为由下列两步组成的复合反应
①NO 2 NO 2 NO3 NO (慢) ②NO3 CO NO 2 CO 2 (快)
中间产物NO3可被光谱检测到，但是没有从混合物中分离 出来。
控制步骤的速率方程式： k[c(NO 2 )]2
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反应机理的研究是一个十分复杂而艰难 的任务。
意义：若清楚反应是如何进行的，则可 以有效控制反应的快慢，以获得期望产物。
一般的过程是：采用分子光谱等研究手 段检测反应过程中的中间产物，据此推断反 应历程，再以实验获得的速率方程验证。
Ea = E1 – E平均 N 表示具有能量E ~ E E范围内
NE 单位能量区间的分子数N与分子 总数N的比值（分子分数）
E1右边阴影面积和整个分布曲线下 总面积表示活化分子分数
E平均
E1
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气体分子的能量分布和活化能
结论： 活化能越低的化学反应，活化分子分数越高，
有效碰撞次数越多，其反应速率越高。 能垒
k1 k1
cNO2 cH2
kcNO2 cH2
该反应对NO是二级反应，对H2是一级反应。 13
一定时, 浓度增大, 分子总数增加，活化分子数随 之增多,反应速率增大。
温度影响：
当浓度一定，温 度升高，活化分 子分数增多, 反 应速率增大。
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反应机理与基元反应
反应机理：化学反应过程中经历的真实反应 步骤的集合。
基元反应：由反应物一步生成生成物的反应， 没有可用宏观实验方法检测到的中间产物。
化学反应速率和反应机理
化学反应速率和反应机理化学反应速率是指单位时间内反应物浓度变化的快慢程度，反应机理则是描述反应过程中发生的分子层面的详细步骤和反应物之间的相互作用。
两者都是化学反应中非常重要的概念。
本文将分别探讨化学反应速率和反应机理的相关知识。
一、化学反应速率化学反应速率可以描述为反应物浓度随时间的变化率。
通常用反应物消失或生成的速率来表示。
化学反应速率与反应物浓度之间存在一定的关系，可以通过实验观测得到。
以下是一些影响化学反应速率的因素：1. 浓度：反应物浓度越高，反应速率越快，因为这样可以增加反应物分子之间的碰撞频率。
2. 温度：提高反应温度可以增加反应物分子的平均动能，使分子之间的碰撞更加频繁更具能量，从而增加反应速率。
3. 催化剂：催化剂可以降低反应活化能，提供新的反应路径，从而加速反应速率。
4. 反应物的物理状态：气体反应速率大于液体，液体反应速率大于固体。
这是因为气体分子之间的碰撞更为频繁。
二、反应机理反应机理是描述化学反应过程中分子层面的细节步骤和反应物之间的相互作用。
化学反应机理可以通过实验、理论计算以及其他化学手段来研究，有助于我们更好地理解和掌握化学反应的规律。
一般来说，化学反应机理包括以下几个步骤：1. 反应物的吸附：反应物吸附到反应体表面，这是反应发生的第一步。
2. 反应：在吸附到反应体表面后，反应物之间发生化学变化，生成新的物质。
3. 反应物的解离：反应生成物从反应体表面解离，使得反应物可以再次吸附并继续反应。
4. 反应物的脱附：反应生成物从反应体表面脱附，使得反应过程可以继续进行。
反应机理不仅可以帮助我们理解化学反应的发生过程，还有助于优化反应条件，提高反应速率和产物选择性。
三、应用和意义化学反应速率和反应机理在化学工业、环境保护和生命科学等领域具有广泛的应用和意义。
1. 化学工业：通过研究反应速率和反应机理，可以优化反应条件、改进工艺，提高化学反应的效率和产物质量。
2. 环境保护：了解反应速率和反应机理有助于评估和预测化学反应对环境的影响，指导环境保护和治理工作。
化学反应速率与反应机理
化学反应速率与反应机理化学反应是物质发生变化最基本的形式，反应速率和反应机理是理解化学反应本质的重要概念。
反应速率指的是反应物发生化学反应的速率，而反应机理则是描述化学反应的分子层次过程，本文将分析化学反应速率和反应机理的原理和应用。
一、反应速率化学反应速率指的是单位时间内在反应体系中反应物消耗或产物生成的量。
反应速率与反应物的浓度、温度、催化剂等因素密切相关。
一般来说，反应速率与反应物浓度的关系是反比例的，即反应速率随着浓度的增加而减小，反之亦然。
这种关系可以用速率定律表示，例如二级反应的速率定律为r = k[A][B]，其中k 为速率常数、A和B为反应物浓度。
此外，温度和催化剂也会影响反应速率。
温度升高会增加反应物分子的热运动，从而增加反应速率。
催化剂也可以降低反应能垒，加速反应速率。
二、反应机理反应机理是描述化学反应的分子层次过程。
一般来说，一个化学反应包括两个步骤：反应物之间的碰撞和从碰撞产生的中间物到最终产物的转化。
这两个步骤都是分子层次的过程，包括原子、离子、分子之间的相互作用。
反应机理的研究可以通过分析反应速率随时间变化的曲线来进行。
通常情况下，反应速率随着时间的推移逐渐减小，直至反应结束。
这种反应速率随时间变化的曲线被称为反应速率曲线。
通过分析反应速率曲线可以确定反应物质之间的反应机理。
例如，在单一反应物A分解为产物B和C的过程中，反应速率随着时间的推移呈指数下降，表明反应物分解是一个一级反应。
如果反应速率随着时间增加而增加，这种反应是一个二级反应。
三、应用化学反应速率和反应机理对理解化学反应的本质和应用在许多领域具有重要意义。
在化学工业中，理解反应速率和反应机理可以帮助提高工艺的效率和稳定性，从而减少成本和减少废物的产生。
在生物学研究中，理解反应速率和反应机理可以帮助研究代谢通路和酶催化反应等生命活动的本质。
总的来说，反应速率和反应机理是理解化学反应本质的重要概念，对于化学工业、生物学研究等领域都具有重要意义。
化学化学反应速率与反应机理
化学化学反应速率与反应机理化学反应速率与反应机理化学反应速率与反应机理是化学研究中的重要课题之一，它们关系着化学反应的进行和理解。
本文将探讨化学反应速率的定义、影响因素以及反应机理的基本原理。
一、化学反应速率的定义化学反应速率是指化学反应中参与反应的物质在单位时间内消失或生成的量。
它通常用反应物浓度的变化率来表示，即反应速率=△C/△t，其中△C为反应物浓度的变化量，△t为反应时间的变化量。
反应速率越大，表示反应进行得越快。
二、影响化学反应速率的因素化学反应速率受多种因素的影响，其中最主要的因素有以下几个方面。
1. 温度温度是影响反应速率的重要因素之一。
一般情况下，温度升高，分子间的活动加剧，反应物分子的平均动能增加，从而使得反应发生的概率增大，反应速率也会随之增加。
2. 浓度反应物浓度对反应速率也有显著影响。
当反应物浓度较高时，反应物分子之间的碰撞频率增加，反应速率加快；反之，如果反应物浓度较低，反应速率则相对较慢。
3. 催化剂催化剂是一种能够增加反应速率的物质。
它通过提供一个新的反应路径，降低了反应物转化为产物的能量阈值，从而加速了反应速率。
催化剂在反应过程中不发生永久性变化，因此，一小量的催化剂可以在反应中起到显著的促进作用。
三、反应机理的基本原理反应机理是指反应中涉及的各个步骤及其之间的转化关系。
它描述了反应物转化为产物的详细过程和影响反应速率的因素。
1. 反应物的初级步骤反应机理中的初级步骤是指反应物的分子之间的碰撞和相互作用，这些步骤一般比较快速。
例如，氧气分子和氢气分子碰撞形成的氢氧自由基是反应过程中的一个重要中间体。
2. 过渡状态理论过渡状态理论认为，在反应物转化为产物过程中，存在一个过渡态，即反应物与产物之间的临界状态。
这个过渡状态具有相对较高的能量和较短的存在时间。
过渡态的形成和消失是决定反应速率的重要因素之一。
3. 反应物分子的取向和能量反应物分子的取向和能量对反应速率也有影响。
化学反应速率与反应机理
化学反应速率与反应机理化学反应速率是指单位时间内反应物浓度或产物浓度的变化量。
反应速率的大小与反应机理密切相关，反应机理是描述反应过程中各个步骤及它们之间的关系。
一、反应速率的定义及计算公式反应速率表示为反应物浓度或产物浓度随时间变化的速率。
一般来说，反应速率可以通过下式计算：速率= (ΔC) / (Δt)其中，ΔC表示反应物浓度或产物浓度的变化量，Δt表示反应物浓度或产物浓度的变化所花费的时间。
二、影响反应速率的因素1. 温度温度的升高可以增加反应物分子的平均动能，从而提高反应物分子的碰撞频率和有效碰撞的机会。
根据阿伦尼乌斯方程可知，每10℃的温度升高，反应速率将增加2-3倍。
2. 浓度反应物浓度的增加会导致反应物分子的碰撞频率增加，从而增加有效碰撞的机会，进而加快反应速率。
3. 催化剂催化剂可以通过改变反应物的反应路径，降低反应的活化能，提高反应速率。
催化剂本身在反应过程中没有被消耗，可以反复参与反应。
4. 表面积固体反应物的颗粒大小和表面积的增加会提高反应速率。
较大的表面积可以提供更多的反应位置，增加反应物分子的接触面积，从而增加反应速率。
5. 压力对于气相反应，增加反应的总压力可以增加气体分子的平均碰撞频率，从而提高反应速率。
三、反应机理与反应速率反应机理是指揭示反应过程中发生的分子间碰撞和结合的详细步骤。
反应机理可以通过实验数据和理论计算来推断和确定。
在许多反应中，反应机理可以分为多个步骤，并且每个步骤都有自己的速率常数。
总的反应速率常数等于各个步骤速率常数的乘积。
通常，反应速率最慢的步骤决定了整个反应的速率，这被称为反应的速控步骤。
了解反应机理对于理解和控制化学反应过程非常重要。
通过调节反应条件和反应物性质，可以改变反应机理，从而改变反应速率。
四、反应速率与动力学反应速率与反应物浓度或产物浓度的关系可以通过动力学方程来描述。
常见的动力学方程有零级反应、一级反应和二级反应。
1. 零级反应在零级反应中，反应速率与反应物浓度无关。
化学反应速率与反应机理的关系
化学反应速率与反应机理的关系化学反应速率是指单位时间内反应物消失量或产物生成量的变化速率。
理解和研究化学反应速率的变化及其背后的反应机理对于探索和解释化学反应过程及其应用具有重要意义。
本文将探讨化学反应速率与反应机理之间的关系，并通过实例来进一步说明这种联系。
一、化学反应速率的定义和影响因素化学反应速率可以用不同的形式来表示，例如反应物消耗的速率、产物生成的速率以及物质浓度随时间的变化速率等。
反应速率一般与起始反应物浓度、温度、压力、催化剂等因素有关。
较高的起始浓度、温度和压力，以及合适的催化剂都会增加反应速率。
二、反应速率与反应机理的关联化学反应速率与反应机理之间存在密切的关联。
反应机理是指化学反应中各个反应步骤的排列和速率常数。
在反应机理中，包括了反应的中间态、过渡态和最终生成物等信息。
反应速率可以通过了解反应机理来解释和预测。
三、快速反应和缓慢反应的反应机理快速反应和缓慢反应的反应机理存在差异。
在快速反应中，可能会出现高能的中间态或过渡态，反应机理可能包含多个步骤、产物之间的竞争反应等。
而缓慢反应可能会有较稳定的中间态，反应机理相对较为简单。
通过研究反应速率常数的变化，可以了解反应过程中各个反应步骤的相对速率和反应机理。
四、催化剂与反应速率的关系催化剂是一种能够加速反应速率但并不参与反应的物质。
催化剂通过降低反应的活化能，提高反应的速率常数，从而加速反应过程。
催化剂与反应物之间的相互作用可以通过表面吸附、键的活化和转移等方式来实现。
五、实例分析：酶催化反应酶是一种生物催化剂，能够在生物体内加速化学反应。
酶能够通过特定的反应机理，将反应物转化为产物。
例如，酶催化的消化反应中，酶与反应物结合形成酶底物复合物，通过降低反应的活化能，加速了反应速率。
酶催化反应在生物体内发挥着重要的作用，提供了生命活动所需的能量和物质转化过程。
六、结论化学反应速率与反应机理之间存在密切的关系。
通过研究和理解反应机理，可以解释和预测反应速率的变化。
化学反应速率与反应机理
化学反应速率与反应机理化学反应是物质之间发生变化的过程，而反应速率则是衡量反应进行快慢的指标。
了解反应速率及其背后的反应机理对于我们理解化学反应的本质和控制反应过程具有重要意义。
一、反应速率的定义和影响因素反应速率指的是单位时间内反应物消耗或产物生成的量。
在化学反应中，反应速率的大小取决于多个因素，包括反应物浓度、温度、催化剂、表面积等。
1. 反应物浓度：反应物浓度越高，反应分子之间的碰撞频率就越高，反应速率也就越快。
这是因为反应物浓度的增加会增加反应物分子之间的碰撞次数，从而增加反应发生的可能性。
2. 温度：温度对反应速率的影响是由于温度改变了反应物分子的平均动能。
温度升高会增加反应物分子的动能，使其碰撞更加剧烈，从而增加反应速率。
3. 催化剂：催化剂是一种能够改变反应速率的物质，它通过提供新的反应路径或降低反应活化能来加速反应。
催化剂本身在反应中不发生永久性变化，因此可以反复使用。
4. 表面积：固体反应中，反应物的表面积越大，反应速率越快。
这是因为反应物分子需要在固体表面发生反应，而表面积的增加会增加反应物分子与固体表面接触的面积，从而增加反应速率。
二、反应速率与反应机理的关系反应机理是指化学反应中反应物转化为产物的详细步骤和反应路径。
了解反应机理对于理解反应速率的确定和控制反应过程至关重要。
1. 反应速率方程：反应速率方程描述了反应速率与反应物浓度之间的关系。
通过实验测定反应速率与反应物浓度之间的关系，可以得到反应速率方程。
反应速率方程中的指数称为反应级数，反应级数可以反映反应物在反应中的参与程度。
2. 反应中间体：反应机理中的反应中间体是指在反应过程中生成但又立即消耗的物质。
反应中间体的存在对于确定反应机理和理解反应速率的变化具有重要意义。
3. 反应速率决速步骤：在复杂的反应机理中，反应速率决速步骤是指决定整个反应速率的最慢步骤。
通过确定反应速率决速步骤，可以进一步研究和控制反应速率。
三、实际应用与展望对于化学反应速率和反应机理的研究不仅有助于我们理解自然界中的化学变化，还在许多实际应用中发挥着重要作用。
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2、温度对反应速度的影响
温度对反应速率的影响，主要体现在对 速率常数k的影响上。
范特霍夫规则：在室温附近，温度每升 高10oC，一般化学反应的速率常数约增 大到原来的2-4倍。 如：假设某一反应的温度系数为2，则 100oC时的反应速率约为0oC时的1024倍 =210
阿仑尼乌斯公式：
k=Ae（-Ea/RT）
一定温度下是常数，当温度和浓度一定时，k 值愈大，反应愈快。
与体系的本性有关 与物质的浓度无关 与温度、催化剂有关 一般随温度升高增大
CCl4 中N2O5分解反应
t 0 300 900 1200 4200 V=kc
v/c (*10-4 s-1) 3.65 3.59 3.62 3.61 3.61 k为常数
= (1/d) d[D]/ dt = (1/e) d[E]/ dt = 1 d
V dt
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化学反应速率方程
eE+ fF = gG + rR
化学反应速率方程：v=kcaE.cF
对气相反应和气固催化反应，可用气体 分压代替浓度。
v=k’paE. pF
反应速度常数 k：量纲与反应级数有
关 L(n-1).mol(1-n).s-1
1,浓度对反应速度的影响
对一级反应：
当初始浓度提高一倍，反应速率及产量 都提高一倍。
反应转化率与初始浓度无关。 反应物达到一定转化率所需时间与初始 浓度无关。若某反应物转化掉3/4所用的 时间是转化掉1/2所用时间的两倍，则该 反应就是一级反应。
对二级反应，当反应物浓度提高一倍时， 反应速率是原来的四倍= 1 Fra bibliotekV dt
dnB=vBd
v= 1 dnB
vB Vdt
CB=nB/V
v=
1 dcB vB dt
化学反应速率的表示方法
单位时间内反应物浓度减少或生成物浓 度的增加。
反应： eE + fF = gG + rR νE= - dcE/ dt νG= dcG/ dt
v= 1 dcB vB dt
v=-dcA/dt=kAcA
dt CA
CAO
dcA cA
kA
t 0
ln CAo =kAt CA
kA= 1 ln CAo = 1ln CAo =1 ln 1 t CA t CAo aCAO t 1 a
k= 1 ln 1 t 1a
半衰期，即反应物浓度降低到一半所需 时间
t1/2=ln2/k
化学反应速率和反应机理
----动力学
目录
化学反应速率 化学反应速率方程 一级反应 浓度对反应速度的影响 温度对反应速度的影响 催化剂对化学反应速度 的影响
简单碰撞理论 过渡状态理论 基元反应 非基元反应 链反应
化学反应速率
衡量化学反应快慢程度的物理量，单位 molL-1s-1
表示单位体积的反应系统中，反应进度 随时间的变化率。
将阿仑尼乌斯公式改为对数形式
lnk= -Ea/RT+ lnA= -Ea/RT+C 若以lnk对1/T作图应得直线，直线的斜率为Ea/R，截距为lnA
改为以10为底的形式： lgk= -Ea/2.303RT+ lgA
例7
设反应在温度T1，T2时速率常
数分别为k2，k1 ， Ea不变
lnk1= -Ea/RT1+C
半衰期与初始浓度成反比
T 1/2=1/（KACAO）
反应速率方程式和反应级数
反应 反应速率 积分速率方程式 半衰期 级数 方程式
0 V=k
CA= -kt+CAO
T1/2=CAo/2k
1 V=kCA lnCA= -kt+lnCAO T1/2=ln2/k =0.693/k
2 V=kCA2 1/CA=kt+1/CAo T1/2=1/kCAo
反应级数 (n = + +…)
n称反应总级数，n的大小,表示浓度对反 应速度的影响程度.n越大,浓度对反应速 度的影响越大. n可以是整数、分数或小数，也可以是 零。
,的取值与反应的机理有关，由实验 获得，一般不能根据反应方程式的计量 系数直接写出。
表8-1
目录
一级反应 A B+C
（1）
lnk2= -Ea/RT2+C
（2）
（2）-（1）式得
ln（k2/k1）= （Ea/R）（T2-T1）/T2.T1 因为 Ea为活化能>0,
所以，当T2>T1： k2>k1 即v2>v1
温度对速度常数和平衡常数的 影响比较
温度对平衡常数的影响
In K2/K1 = （ΔH / R）（T2-T1 ）/ T2T1 T2 > T1 ： 当ΔH0 > 0, K2 > K1 当ΔH0 < 0, K2 < K1
温度对速度常数的影响
In k2/k1 = （Ea / R）（T2-T1 ）/ T2T1 T2 > T1 ：因为Ea > 0, k2 >k 1
目录
催化剂
在现代工业中，使用催化剂的反应约占85%， 只催化热力学可能的反应
或 lnk= lnA +（-Ea/RT） e----自然对数的底； A----指前因子或频率因子，单位与速率常
数一致； Ea----反应的活化能，单位kJ.mol-1 反应的温度愈高，活化能愈小，K值愈大 温度或活化能的微小变化，将引起K值显
著的变化
结论
k=Ae（-Ea/RT） Ea值越大，速度常数k越小。 温度越高，速度常数k越大，即反应速度 越大。 升高温度对活化能大的反应的影响更为 显著。
lncA=-kt+lncAO
lncA对 t作图应得直线，直线斜率的负值即为速 率常数k
目录
影响化学反应的因素
反应的本性 反应物的浓度 反应的温度 催化剂 其他(溶剂等)
1,浓度对反应速度的影响
速率方程式定量表达了浓度对反应速率的影响 但有些反应反应物浓度与反应速率无关，如： 零级反应 有的反应中某物质有负值的分级数，这表明增 加它的浓度反而使速率下降。 实际上不能简单地采用增加浓度的方法来提高 反应速率 浓度对反应速率的影响包括浓度的高低及级数 的大小和正负
以不同物质表示的反应速度间 的关系
N2 + 3H2 = 2NH3 ν N2 = - d[N2]/ dt ； νH2= - d[H2]/ dt νNH3 = d[NH3 ]/ dt
ν N2 =(1/3)νH2 =(1/2)νNH3
aA + bB = dD + eE - (1/a) d[A]/ dt = - (1/b) d[B]/ dt