无机化学化学反应速率.ppt

第4章
化学反应速率
2020/11/18
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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，
塑料的老化等。
研究的目的：控制反应速率，使其按我们希 望的速率进行。
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4.1 基 本 概 念
1.化学反应速率的概念 • 化学反应速率是指在一定条件下，反应物
转变为生成物的速率。所以具有“浓度•时 间-1”的量纲。浓度常用物质的量浓度 （mol/L）表示。时间单位视反应中反应快 慢用秒(s)、分(min)、小时（h）表示。
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vB —物质B的反应系数；
n
(
B ) —反应进度为时反应物中物质B的物质的量
（mol）;
n0 ( B) —反应进度为0时反应物中物质B的物质的量
（mol）。
反应进度随时间的变化率称为转化率，即转化速 率，单位mol•s－1：
d
dt
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• 按IUPAC的推荐，用v 作为反应速率的另一种表示
➢ 活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子 平均能量之差， 称为该反应的活化能,符号Ea。 单位：kJ·mol-1 （本书将活化分子具有的最低能量称为临界能Ec）
➢ 相同条件下，Ea越大，活化分子百分数(f）越小， 反应越慢。反之，Ea越小，f 越大，反应越快。
➢ Ea的大小与反应本性(物质的分子结构、化学键)有 关。Ea只能由实验来确定。
方法，其定义是：
v
V
1
V
•
d dt
dnB
1
VB
•
V dt
1 d[B ] VB • dt
• 式中V为反应体系的体积， 的单位（mol•L-1）。
按上述定义，反应速率的量值意义物质B无关。对
附反应物来说（前面加“－”），它是反应物的消
耗速率；对生产物来说，它是生产物的生成速率。
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v反应速率 的量纲为浓度•时间-1，如 mol·L-1·s-1。 ➢平均速率 ➢瞬时速率
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平均速率
反应物A
产物B
vA/B
tc2 2
c1 t1
tc
c
时间：秒(s)、分(min)、 时(h)。
浓度：mol / L
产物
反应物
t
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整个反应的平均速率
对一般的化学反应： a A + bB = cC + dD
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4.2 反应速率理论简介
• 1、碰撞理论 • 2、过渡态理论
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1、碰撞理论
有效碰撞理论
①反应是通过反应物分子彼此碰撞而发生的，其中 能发生反应的碰撞称为有效碰撞。
②发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化分子的 百分数越大，有效碰撞数越多，反应速率也越大。
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有效碰撞理论中的活化能
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活化能与反应速率的关系
• 反应速率的大小主要取决于有效碰撞的 次数。
• 活化能是决定反应速率的内在因素。
• 一定温度下，反应的活化能越大，反应中 活化分子百分数越小，单位时间内有效碰 撞越少，反应速率就越慢，反之，反应速 率就越快。
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发生有效碰撞的条件
①反应物分子必须具有足够大的能量。 只有能量足够大的分子在碰撞时，才能以足够大
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化学反应速率（rate of a chemical reaction）是衡量 化学反应过程进行的快慢，即反应系统中各物质 的数量随时间的变化率。
应注意的是：
• ①公式前要加“±”号，随时间量增加用“＋”, 随时间量减小，用“－”。
• ②在同一化学反应中用不同的物质的浓度变化来 表示反应速率时，其数值是不同的。在表示化学 反应速率时，一定要注明是哪一种物质.
的动能去克服上述的电性排斥力，而导致原有化学 键的断裂和新化学键的形成。 ②反应物分子要以适当的空间取向而发生碰撞。
如： NO+O3= NO2+O2 NO和O3分子要发生定向碰撞，即O3中的O原子与 NO中的N原子相碰才能发生反应。
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NO(g) + O3 = NO2(g) +O2(g)
与 间 的 碰 撞
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用浓度对时间作图，所得的曲线称作动力学曲线 。可形象显示反应的快慢及与浓度的关系。
如：H2O2(aq) → H2O(l)+ 1/2O2(g)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 t/min
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2、平均速率和瞬时速率
在恒容条件下，通常是以单位时间内反 应物浓度减少的量或生成物浓度增加的量来 表示。
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碰撞理论的优、缺点
优点：直观、明了，易于接受; 缺点：模型过于简单。把分子简单地看成没 有内部结构的刚性球体，要么碰撞发生反应 ，要么发生弹性碰撞。“活化分子”本身的 物理图像模糊。
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2、过渡状态理论
1. 由反应物分子变为产物分子的化学反应并不完 全是简单的几何碰撞，而是旧键的破坏与新键 的生成的连续过程。
• 将时间间隔无限缩小(Δt →0) ，平均速率的极限 值即反应在时刻t的瞬时速率。
v lt i0m ctA ddAct
（A为反应物）
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瞬时速率与时间的关系
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整个反应的瞬时速率
对一般的化学反应： a A + bB = cC + dD
va 1ddActb 1ddBctc 1ddCctd1ddDct
整个反应的平均速率：
v a 1 c tA b 1 c tB c 1 c t C d 1 c tD
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【例】
初始 t1 2秒后 t 2
N2 + 3H2 = 2NH3
1.0 3.0
0.0 mol·L-1
0.8 2.4
0.4 mol·L-1
s v N2 0 . 82 1 . 00 . 1 mo L - 1 l 1
s v H2 2 . 4 23 . 00 . 3 mo L - 1 l 1
s v N3 H0 . 4 2 00 . 2 mo L - l 1 1
s v N3 H1 N2 3 H2 2 N3 H0 . 1 mo L - 1 l 1 9
瞬时速率
反应物A
产物B
• 反应速率为一变量，需以微分形式表达。
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有效碰撞理论总结
只有能量足够，方位合适的分子的碰撞才 是有效碰撞。
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分子能量分布曲线22Fra bibliotek碰撞理论要点
• ①化学反应发生的首要条件是反应物分子间 必须相互碰撞。
• ②只有活化分子间的碰撞才能发生化学反应。 • ③只有当活化分子采取合适的取向进行碰撞
时，化学反应才能发生。
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