6.2-6.3基元反应、反应速率方程
化学反应的速率方程与反应级数
化学反应的速率方程与反应级数化学反应是物质发生变化的过程，其中反应速率是描述反应进行快慢的重要参数。
而化学反应的速率方程与反应级数是定量描述反应速率的数学表达式。
本文将详细介绍化学反应的速率方程与反应级数的概念、推导以及实际应用。
一、速率方程的概念速率方程是描述化学反应速率与反应物浓度之间的关系的数学表达式。
它可以根据实验数据推导得出，是一种反应机理的数学描述。
速率方程通常以以下形式表示：v = k[A]^m[B]^n其中，v表示反应速率，k表示速率常数，[A]和[B]分别表示反应物A和B的浓度，m和n分别表示反应物A和B的反应级数。
二、反应级数的概念反应级数是指反应物浓度对于速率方程中的各个反应物的指数。
它可以是整数、分数或负数。
反应级数的数值关系决定了反应速率随反应物浓度变化的趋势。
根据速率方程的形式，我们可以定性地推断反应级数。
当一个反应物的浓度变化对于反应速率的影响不大时，我们称其反应级数为零级。
当一个反应物的浓度变化与反应速率成正比时，我们称其反应级数为一级。
当一个反应物的浓度变化与反应速率成正比的平方时，我们称其反应级数为二级。
三、速率方程与反应机理速率方程反映了反应物浓度与反应速率之间的关系，而反应机理则是描述反应过程中各个步骤的详细步骤。
速率方程可以通过实验数据推导，但是反应机理需要进一步的研究和分析。
反应机理通常由多个元素反应步骤组成，每个反应步骤都有自己的反应速率。
在实际推导速率方程时，可以利用速率控制步骤的速率方程来推导整个反应的速率方程。
四、实际应用速率方程与反应级数在化学工程、药学、环境科学等领域具有重要的应用价值。
通过研究化学反应的速率方程和反应级数，我们能够更好地理解和控制化学反应的过程。
在化学工程中，通过掌握反应物浓度和温度对反应速率的影响规律，可以优化反应条件，提高反应效率。
药学领域中，研究反应速率方程和反应级数有助于合理设计药物剂型和控制药物释放速率。
在环境科学研究中，我们可以通过研究反应速率方程来评估和改善污染物的降解效率。
化学反应的速率方程
1 N2O5 N2O4 + O2 → 2
r = k[N2O5 ]
一级反应的微分速率方程
---differential rate equation of first order reaction）
反应：
t =0
t =t
微分式
A P → cA,0 0
cA
c A,0 − c A
二级反应的积分速率方程
定积分式：
t dC A ∫ C A ,0 C A 2 = − ∫ 0 2 k 2 d t 1 1 − = 2 k 2t C A C A ,0 C
A
将CA＝1/2 CA,0代入上式可得半衰期方程
t1/2
• 一般的：令 一般的：
y = c
A ,0
1 = 2k2C A,0
A
− c
A ,0
dx 2 = k2 (a − x) dt
dx = ∫ k2 dt 不定积分式： ∫ 2 (a − x)
定积分式：
x
1 = k2t + 常数 a−x
t dx ∫0 (a − x)2 = ∫0 k2 dt 1 1 x − = k2t = k2t a-x a a(a - x)
二级反应速率方程 dx (2)a ≠ b = k2 (a − x)(b − x) dt
与t 呈线性关系
练习： 练习：推导纯三级反应的积分速率方程及半衰期关系
零级反应(Zeroth order reaction) 零级反应
反应速率方程中，反应物浓度项不出现， 反应速率方程中，反应物浓度项不出现，即 反应速率与反应物浓度无关， 反应速率与反应物浓度无关，这种反应称为零级 反应。常见的零级反应有表面催化反应和酶催化 反应。常见的零级反应有表面催化反应和酶催化 反应，这时反应物总是过量的，反应速率决定于 反应，这时反应物总是过量的， 固体催化剂的有效表面活性位或酶的浓度。 固体催化剂的有效表面活性位或酶的浓度。
化学反应速率公式是什么
化学反应速率公式是什么化学反应速率是指表示化学反应进行的快慢。
通常以单位时间内反应物或生成物浓度的变化值（减少值或增加值）来表示，反应速度与反应物的性质和浓度、温度、压力、催化剂等都有关，如果反应在溶液中进行，也与溶剂的性质和用量有关。
其中压力关系较小(气体反应除外），催化剂影响较大。
扩展资料定义：v=dζ/dt，v=dc/dt,v=△c/△t单位：mol/(L·s)【(L·min）(L·h)】计算公式：对于没有达到化学平衡状态的可逆反应：v（正）≠v（逆）还可以用：v(A) / m=v(B) /n=v(C) /p=v(D) /q不同物质表示的同一化学反应的速率之比等于化学计量数之比。
本式用于确定化学计量数，比较反应的快慢，非常实用。
同一化学反应的速率，用不同物质浓度的变化来表示，数值不同，故在表示化学反应速率时必须指明物质。
某物质X的化学反应速率注意①化学反应速率的.单位是由浓度的单位和时间的单位决定的,在计算时要注意保持时间单位的一致性.②对于某一具体的化学反应,可以用每一种反应物和每一种生成物的浓度变化来表示该反应的化学反应速率,虽然得到的数值大小可能不同,但用各物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比.如对于下列反应：mA + nB = pC + qD③化学反应速率不取负值而只取正值.④在整个反应过程中,反应不是以同样的速率进行的,因此,化学反应速率是平均速率而不是瞬时速率.表达式：△v(A)=△c(A)/△t对于可逆反应：mA(g) + nB(g) = pC(g) + qD(g)(1)用各物质表示的反应速率之比等于化学方程式中相应物质化学式前的化学计量数之比.即：有v(A):v(B):v(C):v(D)=m:n:p:q(2)各物质的变化量之比=化学方程式中相应的化学计量数之比(3)反应物的平衡量=起始量-消耗量生成物的平衡量=起始量+增加量阿伏加德罗定律及推论：①恒温、恒容时：Bp任何时刻时反应混合气体的总压强与其总物质的量成正比;②恒温、恒压时：即任何时刻时反应混合气体的总体积与其总的物质的量成正比;③恒温、恒容时：即任何时刻时反应混合气体的密度与其反应混合气体的平均相对分子质量成正比。
反应速率方程表达式
反应速率方程表达式反应速率是化学反应过程中物质变化速率的度量。
它表示在单位时间内反应物质的消耗量或生成量与反应物质的初始浓度之比。
通常用反应速率常数来表示反应的速率。
反应速率受到许多因素的影响，包括反应物的浓度、温度、压强、催化剂的存在和活性等。
在绝大多数情况下，反应速率随着反应物浓度的升高而升高，这种现象称为浓度效应。
在催化反应中，催化剂可以使反应速率提高数十或数百倍。
温度对反应速率也有影响，通常情况下，随着温度升高，反应速率也会升高。
但是，有些反应温度升高时反应速率下降，这种现象称为反温度效应。
反应速率常数可以用Arrhenius方程来表示，即：k = A * e^(-Ea/RT)其中，k是反应速率常数，A是常数，Ea是活化能，R是常数，T是温度。
Arrhenius方程表明，在一定的温度范围内，反应速率与温度成正比。
活化能是反应所需的最小能量，因此，当温度升高时，分子能量也会增加，更多的分子能够达到活化能，从而使反应速率增加。
反应速率还可以用反应动力学方程来表示。
反应动力学方程描述了反应物浓度随时间变化的情况。
常用的反应动力学方程有第一种阶段反应方程和第二种阶段反应方程。
第一种阶段反应方程是指反应物浓度随时间变化呈一次函数的反应。
常见的第一种阶段反应方程有简单的反应速率方程和自由基反应速率方程。
简单的反应速率方程：-d[A]/dt = k[A]m[B]n其中，[A]和[B]分别表示反应物A和B的浓度，k是反应速率常数，m和n是常数，表示反应物A和B在反应中的次数。
自由基反应速率方程：-d[A]/dt = k[A]m[B]n[C]^p其中，[A]、[B]和[C]分别表示反应物A、B和自由基C的浓度，k是反应速率常数，m、n和p是常数，表示反应物A、B和自由基C在反应中的次数。
第二种阶段反应方程是指反应物浓度随时间变化呈幂函数的反应。
常见的第二种阶段反应方程有指数反应速率方程和半衰期反应速率方程。
化学反应动力学知识点总结
6 化学反应动力学6.1本章重点与难点热力学只能预言在给定的条件下，反应发生的可能性，即在给定的条件下，反应能不能发生，发生到什么的程度。
而要把可能性变成现实性，就需要化学动力学的知识，化学动力学的基本任务：一是研究反应的速率以及各种因素（如分子结构、温度、压力、浓度、介质、催化剂等）对反应速率的影响，从而给人们提供选择反应条件，使化学反应按我们所希望的速率进行。
化学动力学的基本任务之二是研究反应历程一即反应物究竟按什么途径，经过哪些步骤，才转化为最终产物。
6.2学习中应掌握以下主要内容：掌握等容反应速率的表示法以及基元反应、复杂反应、反应分子数、反应级数、反应速率方程式等基本概念；简单级数反应（零级、一级、二级反应）的速率公式和它的特征，并能由实验数据确定简单反应的级数。
对三种复杂反应（对峙反应、平行反应和连续反应）要掌控其各自的特点并能对比较简单的反应能写出反应速率与浓度关系的微分式；明确温度、活化能对反应速率的影响、理解，阿化尼乌斯经验式中各项的含意，计算Ea 。
掌握链反应的特点，会应用稳态近似、平衡假设等近处理方法。
6.3基本内容化学动力学的研究内容化学动力学是研究化学反应过程的速率，化学反应过程中诸内因（结构、性质等）和外因（浓度、温度、催化剂、辐射等）对反应速率（包括方向变化）的影响以及探讨能够解释这种反应速率规律的可能机理，为最优化提供理论根据，以满足生产和科学技术的要求。
化学动力学的发展经历了从现象的观察到理论的分析，从宏观的测量到微观的探索。
化学动力学与化学热力学化学动力学和化学热力学都是物理化学两大重要分支学科，它们各有不同的研究内容。
化学热力学的任务是讨论化学过程中能量转化的衡算以及解决在一定条件下进行某一化学反应的方向和限度问题。
它讨论体系的平衡性质，不考虑时间因素和过程细节。
而化学动力学研究完成化学反应过程所需时间、影响条件以及实现这一过程的具体步骤（机理）。
化学热力学只回答化学反应的可能性问题；而化学动力学才回答化学反应的现实性问题。
62具有简单级数反应的速率公式化学动力学
第六章化学动力学6.1 化学反应速率方程6.1-1 化学反应速率表示法6.1-2 化学反应的速率方程①基元反应和总（包）反应②反应级数和反应速率常数6.2 具有简单级数反应的速率公式6.2-1 一级反应6.2-2 二级反应6.2-3 三级反应6.2-4 零级反应6.2-5 反应级数的测定6.3 几种典型的复杂反应6.3-1 对峙反应（可逆反应）6.3-2 平行反应6.3-3 连续反应6.3-4 稳态假定和决速步骤6.4 反应速率与温度的关系6.4-1 Arrenius公式6.4-2 活化能的概念及从实验求活化能6.5 基元反应速率理论6.5-1 碰撞理论6.5-2 过渡态理论6.6 溶液中的反应6.6-1 扩散控制反应6.6-2 溶剂对反应速率的影响6.6-3 离子强度的影响6.7 催化反应6.7-1 催化作用及其特征6.7-2 酸碱催化6.8 光化学6.8-1 光化学基本定律6.8-2 光合作用6.8-3 空气的光化学定义：研究化学反应速率的学科基本任务：1）研究浓度、温度、介质和催化剂等反应条件对反应速率的影响2）阐明化学反应的机理和研究物质结构和它们反应性能之间的关系6.1化学反应速率方程6.1-1化学反应速率表示法常以反应物或产物浓度随时间变化率来表示。
由于在一般的反应式中反应物与生成物的计量系数常不相同，故[reagent][resultant]d ddt dt≠于是引入：反应进度ξ对于aA bB gG hH +→+反应速率11111G A B Hdc dc dc dc d r V dt a dt b dt g dt h dtξ==−=−==V:反应系统的体积r:整个反应速率量纲：浓度.时间-1(mol.dm -3.s -1)反应速率的实验测定：通过测定反应物（生成物）浓度随时间变化z 化学法：化学分析方法测定浓度，采取骤冷、稀释、移去催化剂，加入阻化剂等使反应停止或减慢特点：直接，但费时较多，操作不便z 物理法：物理性质随时间变化来衡量速率（压力、体积、颜色、电导等）特点：迅速，不必中断反应，非直接，找出浓度变化⇔物理性质6.1-2化学反应的速率方程z 在一定温度下，表示反应速率与浓度的函数关系（微分形式）或表示浓度与时间关系的方程（积分形式）成为化学反应的速率方程（动力学方程）。
化学动力学-反应速率方程PPT课件
Br2 H2 2HBr
v 1 d[HBr] k[Br2]1/2[H2] 2 dt 1 k[HBr] / [Br2]
反应速率方程
Reaction Rate Equations
反应速率方程 （动力学方程） ——在其它因素固定不变的条件下，定量描
述各种物质的浓度对反应速率影响的数学方程。
v f (cA ,cB , )
反应速率方程由反应本性决定，与反应器的型式 和大小无关。 严格的反应速率方程难以获得，一般用经验半经 验方法得到近似的速率方程。
(mol m3 )1n s1
k kA kP
A P
非幂函数型速率方程
(non-power function type)
v
1
kcAa cBb kcAa cBb
反应机理决定速率方程形式。
I2 H2 2HI Cl2 H2 2HCl
v
1 2
d[HI] dt
k[I2
][H2
]
v
1 2
d[HCl] dt
基元反应
反应分子数
AP
单分子反应
AB P
双分子反应
2A B P
三分子反应
基元反应(elementary reactions) ：
基元反应的反应速率正比于该反应的反应物 浓度之积——质量作用定律(mass action law)
单分子反应 A P
v kcA
双分子反应 2A P
AB P
v kcA2 v kcAcB
复合反应(complex reactions)：
幂函数型速率方程
(power function type)
化学反应速率及速率方程
化学反应速率及速率方程此次讲解化学动力学中反应速率、速率方程等知识，出题率较低，在物化中涉及较多，若出现在计算题中，仅是根据实验数据计算反应级数或计算半衰期之类。
1、反应速率：raA(aq)+bB(aq)=yY(aq)+zZ(aq)定义式：（负号是为了使反应速率保持正值）单位：mol/L 时间（s、min.）2、速率方程aA(aq)+bB(aq)=yY(aq)+zZ(aq)r =k*c(A)α*c(B)β（1）反应级数①α、β为反应级数，α≠a、β≠b②反应级数可0、可正、可负；可整数、可分数③α=1，对于A是一级反应；β=2，对于B是二级反应；总反应级数n=α+βα、β通常可通过实验测得的，在考研中，某些简单的题会给你相关实验数据，通过推算和比较可得出反应级数。
（2）反应速率系数①速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将不同;②K单位：浓度(1-n)时间(-1);③不同的速率常数之比等于各物质的计量数之比。
（3）基元反应①a A + b B —— g G + h H②质量作用定律：基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为幂指数的连乘积成正比。
3、反应物浓度与时间的关系在无机中主要考查零级反应和一级反应，因此对于其他反应不在讲解。
（1）零级反应：①C（A）＝ c（A o）－k t其中 c(A) 为t时刻的浓度， c（A o）为初始浓度；②零级反应速率与反应物浓度无关；③当C（A）＝1/2 c（A o），零级反应半衰期与速率常数k和初始浓度c0有关。
（2）一级反应：①微分方程：②一级反应的半衰期与初始浓度无关思考【例题】蔗糖的水解反应C12H22O11 + H2O → C6H12O6（葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）是典型的一级反应，某温度下起始浓度 c0＝0.5mol/L的蔗糖溶液在稀盐酸催化下发生水解，已知速率常数 k＝5.32* 10-3min-1，求:①300 min 时，溶液中蔗糖的浓度；②蔗糖水解一半所需的时间。
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二. 反应速率常数和反应级数
速率方程中, 各反应物浓度幂中的指数, 速率方程中 各反应物浓度幂中的指数 称为该反应物的 级数; 所有反应物的级数之和, 称为该反应的总级数 总级数或 级数 所有反应物的级数之和 称为该反应的总级数或反应级 数(order of reaction)。 。 aA+dD +eE +……→ →G → 其反应速率方程具有反应物浓度幂乘积的形式: 其反应速率方程具有反应物浓度幂乘积的形式 dc A δ ε rA = − = k A c α c D cE LL A dt
一. 基元反应的速率方程质量作用定律 基元反应的速率方程
质量作用定律：在恒温下, 质量作用定律：在恒温下 基元反应的速率正比于各反应物浓 度幂的乘积, 度幂的乘积 各浓度幂中的指数等于基元反应方程中各相应反 应物的系数。 应物的系数。 注意：对于总包反应 只有分解为若干个基元反应后, 注意：对于总包反应, 只有分解为若干个基元反应后 才能逐个 运用质量作用定律。 运用质量作速率快, 能迅速达到平衡，则: 实验表明, 反应 的速率快, 能迅速达到平衡， 的速率快
k1 cI 2 = k2
反应(2)的速率慢, 总反应速率主要取决于反应(2)的速率 反应 的速率慢, 总反应速率主要取决于反应 的速率 的速率慢
r总 ≈ r3 = k c c
2 3 I⋅ H 2
三. 反应分子数
参加基元反应的分子数目称为反应分子数。 参加基元反应的分子数目称为反应分子数。此处的分 反应分子数 子应理解为分子、离子、自由原子或自由基的总称。已知 子应理解为分子、离子、自由原子或自由基的总称。 的反应分子数只有1、 和 。 的反应分子数只有 、2和3。
第三节 反应速率方程
第三节 反应速率方程
二. 基元反应与总包反应
基元反应(elementary reaction)：由反应物微粒 分子、原子、 分子、 基元反应 ：由反应物微粒(分子 原子、 离子或自由基等)一步直接生成产物的反应 一步直接生成产物的反应。 离子或自由基等 一步直接生成产物的反应。 总包反应(overall reaction)：由多个基元反应组成的反应，又 总包反应 ：由多个基元反应组成的反应， 称为复杂反应(complex reaction)。 称为复杂反应 。 例如H 的气相反应: 例如 2和I2的气相反应 H2+I2 2HI 这是一个总包反应, 由以下基元反应组成: 这是一个总包反应 由以下基元反应组成 (1) (2) I2+M(高能 高能) 高能 H2+2I⋅ ⋅ 2HI 2I⋅+M(低能 ⋅ 低能) 低能
一. 基元反应的速率方程质量作用定律 基元反应的速率方程
对某基元反应A+2D→ G, 由质量作用定律可得 → 由质量作用定律可得: 对某基元反应
2 r = kc A c D
k: 反应速率常数 H2+I2→ 2HI
对总包反应, 例如: 对总包反应 例如 可分解为两步基元反应: 可分解为两步基元反应 (1) (2) I2+M(高能 高能) 高能 H2+2I⋅ ⋅
微分速率方程：恒温下以微分形式表达的反应速率 与各反应 微分速率方程：恒温下以微分形式表达的反应速率r与各反应 组分浓度的函数关系式, 又称为反应的速率方程 速率方程(rate equation): 组分浓度的函数关系式 又称为反应的速率方程 r = f(c) 速率方程也可用积分形式表达为反应组分浓度与时间的 函数关系式, 称为反应的积分速率方程 动力学方程(kinetic 积分速率方程或 函数关系式 , 称为反应的 积分速率方程 或 动力学方程 equation): : c = f(t)
二. 反应速率常数和反应级数
(4) 同一化学反应在不同的反应条件下可表现出不同的反应级 数。 例如在含有维生素A、 例如在含有维生素 、 B1 、 B2 、 B6 、 B12 、 C、 叶酸 、 、 叶酸、 烟酰胺等的复合维生素制剂中, 叶酸的热降解反应在323 K 烟酰胺等的复合维生素制剂中 叶酸的热降解反应在 以下为零级反应, 以上为一级反应。 以下为零级反应 在323 K以上为一级反应。 以上为一级反应
α、δ、ε……: 实验测得的各反应物的级数。 实验测得的各反应物的级数。
反应的总级数: 反应的总级数: n=α+δ+ε+…… 注意：各反应物的级数与其计量系数 、 、 无关。 注意：各反应物的级数与其计量系数a、d、e……无关。 无关
二. 反应速率常数和反应级数
说明： 说明： (1) 反应级数可以是整数 也可以是分数 可以是正数 也可以 反应级数可以是整数, 也可以是分数; 可以是正数, 是负数或零; 有些反应也可能无级数可言; 是负数或零 有些反应也可能无级数可言 (2) 反应级数与反应分子数不同 反应级数与反应分子数不同; (3) 由于其他与反应速率有关的反应物浓度保持恒定(或近似恒 由于其他与反应速率有关的反应物浓度保持恒定 或近似恒 定), 而使反应速率只与某一反应物的浓度成正比的一级反 应 , 又 称 为 假 一 级 反 应 或 准 一 级 反 应 (pseudo first-order reaction); 例如蔗糖水解反应即可视为准一级反应： 例如蔗糖水解反应即可视为准一级反应： r = kc蔗糖
k1k3 = cI2 cH2 = k总cI2 cH 2 k2
k1、k2、k3: 各基元反应的速率常数 各基元反应的速率常数; k 总:为总包反应的速率常数。 为总包反应的速率常数。 为总包反应的速率常数
二. 反应速率常数和反应级数
总包反应的速率方程应由实验确定, 其形式各不相同。 总包反应的速率方程应由实验确定 其形式各不相同。例 如: (1) H2+I2→ →2HI H2+Br2→ →2HBr H2+Cl2→ →2HCl
第二节 基元反应
一. 计量方程与机理方程
计量方程: 只表示反应前后的物料平衡关系。例如: 计量方程 只表示反应前后的物料平衡关系。例如 2O3→ 2 →3O 机理方程: 表示实际反应过程(反应历程 的方程。 反应历程)的方程 机理方程 表示实际反应过程 反应历程 的方程。 例如上述反应经历了两个步骤: 例如上述反应经历了两个步骤 (1) (2) O3 O+O3 O2+O 2O2
r = kc H 2 c I 2
(2)
r=
kc H 2 c Br2 k' c HBr 1+ c Br2
(3)
r = kcH 2 cCl 2
反应(1)和 的速率方程的比例常数 称为反应速率常数 的速率方程的比例常数k称为 反应 和(3)的速率方程的比例常数 称为反应速率常数 (reaction-rate constant)或比反应速率 或比反应速率(specific reaction rate), , 简称速率常数 比速率。 速率常数或 简称速率常数或比速率。
k
3
k1 k2
2I⋅+M(低能 ⋅ 低能) 低能 2HI r1 = k1cI2cM r2 = k2cI⋅⋅2cM
快
反应(1)中正反应速率为 反应 中正反应速率为: 中正反应速率为 逆反应速率为: 逆反应速率为
一. 基元反应的速率方程质量作用定律 基元反应的速率方程
反应(2)的速率为: 反应 的速率为: 的速率为 r3 = k3cI⋅⋅2cH2 k1cI2cM = k2cI⋅⋅2cM 整理得: 整理得