无机化学第3章化学反应速率详解

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第三章 化学反应速率、方向和限度

第三章 化学反应速率、方向和限度

①逆过程G与正过程的G数值相等,符号相反。
②如果一个反应是多个反应的和,总反应的rG等 于各反应G之总和。
二、判断一个反应进行的方向时,如果:
rG<0反应自发进行
rG>0反应不自发进行
rG=0平衡状态
当rG<0时(产物的G<反应物的G)该反应就自动向生 成产物的方向进行,在反应中反应物不断减小而产物不
由上面的rG(T)=rH(298K)-TrS(298K) 公式可得下列结果:
类型 H
S
G
反应的自发性
1 2 3 4
+ +
+ +
永远是永远是+ 受温度影响 受温度影响
永远自发 永远非自发 温度低时自发 温度高时自发
例:求标准状态下CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)
的分解温度?
Kc=[CrO42-]2[H+]2/[Cr2O72-]
对于气体反应,写平衡常数关系式,除可以用平衡时的 浓度表示外,也可以用平衡时各气体的分压表示。如: N2+3H2=2NH3 可写出两个平衡常数关系式
Kc=[NH3]2/([N2][H2]3)
Kp=p2(NH3)/[p(N2)p3(H2)]
3.1
的因素以及反应的机理。
化学平衡
化学动力学 是研究化学反应的速度、影响反应速度 热力学 研究物理或化学变化中能量的相互转化和热 的影响因素(如温度)对转化的影响。特别是研究在
指定条件下一个变化自动进行的可能性(自发性),
从而确定变化的方向和范围。但热力学不能解决变化 的速度问题。 化学热力学 研究化学变化中能量的相互转化和热的 影响因素(如温度)对转化的影响。

无机化学第三章化学反应速率和化学平衡ppt课件

无机化学第三章化学反应速率和化学平衡ppt课件
生成2mol NH3
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5
反应进度 0=∑νBB B
对于化学计量方程式
dξ = dnB /νB
nB——B的物质的量 ξ的单位为mol νB——为B的化学计量数
改写为 dnB = νB dξ
开始时ξ0=0, 、 nB =0 反应进度为ξ时: nB =νBξ
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6
反应进度
nB =νBξ
基元反应:反应物一步就直接转变为产物
如:
2NO2→ 2NO + O2
NO2 + CO →NO + CO2
非基元反应:反应物经过若干步(若干个
基元反应步骤)才转变为产物。
如 又如
2NO + 2H2 → N2 + 2H2O ① 2NO + H2→N2+ H2O2 ② H2O2 + H2 → 2H2O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.3mol L1 s1
v NH3

cNH3
t


0.4 0.0mol L1 2 0s

0.2mol L1 s1
v N2 : v H2 : v NH3 1: 3 : 2
●瞬间速率:某瞬间(即t0)的反应速率
vNH3

dcB,则得:
v 1 dcB B dt
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11
对于上述 N2 3H2 2NH3 化学计量方程式 :
v 1 d 1 dcB V dt B dt
1 dcN2 1 dcH2 1 dcNH3
1 dt
3 dt 2 dt
aA + bB
反应 2W+X Y+Z 哪种速率表达式是正确的?

大学无机化学课件03化学反应速率

大学无机化学课件03化学反应速率
应速率越大。 ③活化配合物分解成反应物的速率:速率越小,
反应速率越大。
26
反应进程势能图
1.ΔH = E正 – E逆
2. 微观可逆性原理
27
实验活化能
❖ 反应物分子须经过一个活化中间状态才能 转化为产物,该中间状态即活化分子。
❖ 由普通反应物分子转变为活化分子需吸收 的能量即活化能Ea。
❖ 根据活化能的大小,和反应能量变化曲线, 可以知道反应是吸热的还是放热的,以及 反应速率的相对快慢。
30
3.3 浓度对反应速率的影响
一、基元反应、简单反应与复合反应
➢ 基元反应(elementary reaction) :反应物分子一步 作用直接转化成产物的反应。由一个基元反应构 成的化学反应称为简单反应。 例:N2O4 = 2NO2 是基元反应,也是简单反应。
➢ 非基元反应:由两个或两个以上基元反应组成的 化学反应,又称复合反应(complex reaction) 、 总反应(overall reaction)。
2. 当具有足够能量的分子以适当的空间取向靠近 时,要进行化学键重排,能量重新分配,形成 一个过渡状态的活化配合物。
3. 过渡状态的活化配合物是一种不稳定状态。 可形成生成物,也可回到反应物。
23
3.2 反应速率理论简介
二、过渡态理论
如: A+ B-C [A…B…C] = A-B +C 反应物 活化配合物 产物
化学反应涉及两个基本问题: ①反应的方向和限度: 反应热力学
反应是否自发,自发的方向和程度 ②反应的速率和具体步骤: 反应动力学
研究途径和速率问题
3
研究反应速率的意义
反应速率
快 ,如爆炸反应,中和反应。 慢,金属的锈蚀,食品的腐烂,

化学反应速率(无机化学核心教程)

化学反应速率(无机化学核心教程)
化学反应速率
Rate of chemical reaction
作业:PP55 1,3,4,9,13
CO(g) + NO(g) == CO2(g) + 1/2 N2(g) Kθp=1.9×1060 >> 500 (298K)
常温下,此反应基本上不能进行,为什么?
CO(g) + NO(g)
3 2 1
时间变化
反应物浓 度减少
生成物浓 度增加
想一想:化学反应速度与普通物体的移动速度 有些什么相同的地方?
全程平均速度 某一点的瞬时速度
二、化学反应的平均速率和瞬时速度
平均速率 瞬时速率
△c(反应物) =- △t
dc(反应物) = -
dt
IH2O2(aq) === H2O(l) + 1/2O2(g)
E
E1 A+B+C
(1)
(2) [AC]+B
C A+B AB
[AB]+C
练习题
√1、如果催化剂能使正增加三倍,
那么必然也能使逆增加三倍。
×2、加入催化剂能使平衡常数增大。
×3、催化剂能使非自发反应变成自发反应。
三、生物催化剂——酶

底物
产物(脂肪、淀粉)
特点
选择性特别高 须适当的pH、T 催化效率特别高
2.50
0
0
1.00min 2.50-2x 4x
x
c0= 2.50/5.00 = 0.500(mol/L)
lnc = - kt + lnc0
0.5mol/L
1.68x10-2s-1 60 s
N2O5的剩余浓度:c = 0.182(mol/L) ∴ N2O5的剩余量 = 0.182×5.00 = 0.910(mol) ∵ 2.50 - 2x = 0.910 ∴ x = 0.795 (mol)

北理无机化学第3章-化学动力学基础

北理无机化学第3章-化学动力学基础
例:
基元反应
§3.2 浓度对反应速率的影响
NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)
v=kc(NO2)c(CO)
反应级数 n = 2
基元反应 2NO(g)+O2(g)2NO2(g)
v=kc(NO)2c(O2)
反应级数 n = 3
第三章 化学动力学基础
3.注意
§3.2 浓度对反应速率的影响

lg{k}
Ea 2.303RT
lg{k0}
k: 反应速率常数,由反应的性质和温度决定;
Ea:实验活化能,单位为kJ·mol-1,是表示反应特性 的常数;
k0:指数前因子,频率因子,对指定反应为一常数。
第三章 化学动力学基础
§3.3 温度对反应速率的影响
3.3.2 Arrhenius 方程式的应用
vB ΔcB Δt
vC
ΔcC
t
vD ΔcD Δt
浓度的单位:mol·L-1 时间的单位:s(h、min)
第三章 化学动力学基础
例:
起始浓度/(mol·L-1)
§3.1 反应速率的意义
N2 + 3H2 → 2NH3
13
0
2秒后浓度/(mol·L-1)
0.8 2.4 0.4
同一反应,可用不同物质的浓度的变化表示反应速率,其 值可能不同。
vN2
-
(0.8-1) 2
0.1mol
L-1
S-1
vH2
-
(2.4- 3) 2
0.3 mol
L-1
S-1
vNH3
(0.42
0)
0.2 mol
L-1
S-1
第三章 化学动力学基础

化学反应速率与平衡常数

化学反应速率与平衡常数

化学反应速率与平衡常数化学反应速率是指在化学反应中,反应物转变成产物的速度。

了解反应速率及其影响因素对于研究和控制化学反应具有重要意义。

平衡常数是反应达到平衡时,反应物和产物浓度的比值的稳定值。

本文将分别探讨化学反应速率和平衡常数的概念、影响因素以及相关计算方法。

一、化学反应速率1.1 定义和表示方式化学反应速率是指在一定时间内反应物消失的量(质量或浓度)或产物生成的量(质量或浓度)。

通常情况下,反应速率用化学反应物质的浓度变化率表示。

以一个典型的化学反应为例,记作:aA + bB → cC + dD其中,A和B是反应物,C和D是产物,a、b、c、d分别是它们的系数。

化学反应速率可表示为:v = -1/a(d[A]/dt) = -1/b(d[B]/dt) = 1/c(d[C]/dt) = 1/d(d[D]/dt)其中,[A]、[B]、[C]、[D]分别是反应物和产物的浓度,t是时间,负号表示反应物浓度下降,正号表示产物浓度增加。

1.2 影响因素化学反应速率受多个因素影响,主要包括温度、物质浓度、物质状态、催化剂和反应物粒子密度等。

1.2.1 温度:温度是影响化学反应速率最重要的因素之一。

根据理论,随着温度的升高,反应物分子的能量也增加,使得分子之间发生碰撞的概率增加,碰撞的能量也增大,从而增加反应速率。

1.2.2 物质浓度:反应速率与反应物的浓度成正比关系。

当反应物浓度增加时,反应物分子之间发生碰撞的概率增大,从而增加反应速率。

1.2.3 物质状态:固态物质的反应速率较慢,液态物质的反应速率适中,而气态物质的反应速率较快。

1.2.4 催化剂:催化剂能够提供新的反应路径,降低反应的能量峰值,从而降低了反应速率所需的能量,加速了反应速率。

1.2.5 反应物粒子密度:反应物粒子密度越大,分子之间的碰撞概率越高,从而反应速率越快。

1.3 实验测定方法为了测定反应速率,可通过观察反应物浓度或产物浓度随时间的变化来获取。

大专无机化学-化学反应速率与化学平衡

大专无机化学-化学反应速率与化学平衡
1 1 SO 2 (g)+ O 2 ( g ) + NO 2 ( g ) SO3 ( g ) + NO( g ) + O 2 ( g ) 2 2
相减
1 H 2 (g)+ S2 ( g ) H 2S(g) 2 3H 2 (g)+SO 2 ( g ) H 2S(g)+2H 2 O(g)
1 H 2S(g) H 2 (g)+ S2 ( g ) 2
化学平衡与反应速率
aA (g ) +
V
V正 V正 V逆
bB( )
g
V正 V逆
cC (g ) + dD (g )
V
V逆 V逆 V正
V逆
0
V正 t1
t
0
t1
t
生成物浓度为零开始反应直到平衡
反应物浓度为零开始反应直到平衡
标准平衡常数
也称为热力学平衡常数,以符号Kθ表示 Kθ是被定义的 Kθ的值与特定的反应方程式相对应,与反 应方程式的化学计量数有关,而与起始时 的物质浓度(或分压)无关 不再区分压力平衡常数和浓度平衡常数
温度对反应速率的影响
温度升高加速反应进行,温度降低减慢反 应进行
夏天食物易变质, 夏天食物易变质,高压锅煮饭易熟等等
温度对反应速率的影响见课本表格 温度是实际生产中比较容易控制的因素
催化剂与反应速率
催化剂:能显著影响化学反应速率而本身的组成、 质量和化学性质在反应前后不变的物质
正催化: 正催化:加速反应速率 负催化: 负催化:减慢反应速率 催化剂具有选择性,往往只对某些特定的反应有催化作用
例题
对于合成氨反应N2 + 3H2 ─→ 2NH3,在三个时刻 测得的瞬时反应速率分别为:

无机化学-影响化学反应速率的主要因素

无机化学-影响化学反应速率的主要因素

非基元反应的速率方程 由两个或多个基元反应步骤完成的反应:
如, H2(g) + I2(g) =2HI(g)
实际是两步完成 I2(g) = I(g) + I(g) H2(g) + I (g) + I(g) = HI(g) + HI(g)
通过实验可以找出决速步骤(Rate determining step)
A2+B → A2B
A2→ 2A Slow reaction 2A+B→A2B Fast reaction
所以 v= k c(A2)
复杂反应的速率方程只能通过实验获得!
注意:
k 为速率常数 (比率常数):
▲ 与T 有关
▲ 浓度均为单位浓度时,则称为比速率,k大v就大 ▲ n= a+ b + ‥·(反应级数) ▲ 用不同物种的浓度表示v时,k值也不同
区值增加较少;
● 对不同反应, 升高相同温度, Ea大的反应 k 增大的倍 数多(即具有较大的温度系数)。
c.催化剂对反应速率的影响
1、 催化剂与催化作用 催化剂: 能改变化学反应速率,而本身的组成、质量和化学性质在反应
前后保持不变的物质(正催化剂,负催化剂)。
催化作用的特点 :
● 反应前后催化剂的组成、 性阿仑尼乌斯) 公式
k A eEa / RT
A:反应的频率因子 E a:反应活化能; R: 8.314 J·mol-1·K-1 T: 热力学温度
ln k Ea ln A RT
lg k Ea lg A 2.303RT
2、阿仑尼乌斯公式的应用
—— 求出任一温度下该反应的Ea 值
CO2(g)
反应速率 = k’ p(O2)(显然k’不是k)
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试计算反应开始100秒内的平均速率。
NO
2 5
cN 2O5 t
1.95 2.1 1.5 103 m ol L1 s 1 100
1 1
同理:vNO2 3.0 10 mol L s
2 5 2
3
vO2 7.5 104 mol l 1 s 1
3.2.3 反应分子数
反应分子……参加基元反应的分数目称为反应分子数。
注:1、此处的分子应理解为分子、离子、自由原子总称。 2、仅适用于基元反应,它是通过实验确定的。 3、已知的反应分子数只有1、2 和 3 。
3.2.3 反应分子数
SO2Cl2 = SO2+Cl2 NO2+CO = NO+CO2
单分子反应 双分子反应
2I + H2 = 2HI
三分子反应
Example : 对臭氧转变成氧的反应:
其历程为:
2O3 (g)
3O2 (g)
O3
O2 +O(快)
O3 +O
适合此历程的速率方程是什么?
a. kc(O3)2
2O3(慢)
c. kc(O3)2c(O2)

b. kc(O3)c(O)
d. kc(O3)2c(O2)-1
第3章 化学反应速率
9.11世贸大楼
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CO(g)+NO(g)=1/2N2(g) + CO2(g) ΔrGm = -228.4 kJ· mol–1
本章教学要求
1、熟悉化学反应速率的表示方法。 2、掌握影响化学反应速率的因素。 3、理解化学反应机理:碰撞理论和过渡态理论。 4、初步掌握通过实验测化学反应的级数的方法。
3.2.4 反应级数和速率常数
1、反应级数的概念
质量作用定律仅实用于基元反应,故非基元反应的复杂反应的速率方
程都由实验确定。
例如: aA+ bB + cC +‥‥ = P 其反应速率方程具有反应物浓度幂乘积的形式:
v kC C A B CC
n=α+β+γ+…
3.2.4 反应级数和速率常数
2、反应级数的概念
在速率方程中,各反应物浓度的指数,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(n)。
a b v kC A CB
对于基元反应:aA + bB = gG + hH,
该反应对于A来说,属a级反应,对于B来说,属b级反应,该反应的总
级数 n = a+b。
3.2.4 反应级数和速率常数 反应级数可以为零,也可以为分数。例如反应:
5、熟悉催化剂的催化机理和在实际工作中的运用。
3.1 化学反应速率和速率方程


化学反应涉及两个基本问题:
1、在指定条件下反应进行的方向和限度……化学热力学。 2、反应进行速率和具体步骤(反应机理)……化学动力学。
研究化学反应速率与化学反应的机理,是化学动力学的任务。
3.1.1 反应速率的定义 反应速率一般以在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。
3.2 浓度对反应速率的影响
大量的实验证明:在一定温度下, 增大反应物的浓度,大都使反应速 率加快。
白磷在纯氧气中燃烧
白磷在含20%的氧气中燃烧
3.2.1 质量作用定律
1、质量作用定律
反应速率与各反应组分的浓度密切相关,人们总结出其影响规律: 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,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。
对于反应:aA + bB = gG + hH
等效不等值
v a : vb : v g : v h a : b : g : h
等效等值
1 dCA 1 dCB 1 dCG 1 dC v a dt b dt g dt h dt
▲实际工作中如何选择,往往取决于哪一种物质更易通过试验监测其浓度变化.
由两个或两个以上的基元反应组成的化学反应,叫总反应。
如何描述一个化学反应的反应机理呢?
例如:氢气与碘蒸气生成碘化氢的反应:
H2 (g) + I2(g)= 2HI (g)
其反应机理是:
速控步 骤
第一步:I2 (g) = 2I (g)
(快反应)
第二步:H2 (g) +2I (g) = 2HI (g) (慢反应)
2 Na (s) + 2 H2O = 2 NaOH (aq) + H2 (g)
其速率方程为 v=k 零级反应的反应速率与反应物浓度无关。 有的反应速率方程较复杂,不属于 v= k c(A) x c(B) y 形式,对 于这样的反应则不好谈反应级数。 如 H2 (g) + Br2 (g) = 2 HBr (g)的速率方程为:
N O: NO : O 2: 4: 1
2
3.1.2 平均速率和瞬时速率 2、瞬时速率 苯胺 瞬时速率是缩短时间间隔,令△t趋近于零时的速率。
dC反应物 C v lim dt t 0 t
C dC生成物 v lim dt t 0 t
瞬时速率只能用作图的方法得到,例如对于反应(45 ℃ ): 2N2O5 → 4NO2 + O2
对于基元反应:aA + bB = gG + hH:
v kC C
a A
b B
速率方程
3.2.2 基元反应与非基元反应
反应机理(反应历程):一个化学反应所经历的途径或具体步骤。
※ 基元反应:由反应物微粒
(分子、原子、离子或自由基)
一步直接生成产物的反应称为 基元反应。
NO2+CO = NO + CO2 2NO2 = 2NO + O2
化学反应速率的单位可为mol· L-1· s-1、mol· L-1· min-1、mol· L-1· h-1…。 3.1.2 平均速率和瞬时速率 1、平均速率
ci i t
反应物取“-”, 产物取“+”
例:在298K下,将2.1 mol· L-1的N2O5充入一密闭容器中,分解反应中各物质浓 度变化如下: 起始浓度/ mol·L-1 100秒末浓度/ mol·L-1 2 N 2 O5 ( g ) 2.1 1.95 → 4NO2(g) 0 0.30 + O2(g) 0 0.075
k cH2 c v= cHBr 1 k' cBr2
1/2 Br2
例如:某反应 A + B → C + D,通过实验测得反应物的起始浓度和对应的反 应速率,如下表所示。
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