《无机化学》第3版 宋天佑 第3章 反应速率课件.pptx
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《《无机化学》第3版 宋天佑 第3章 反应速率课件.pptx》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无机化学 无机化学第3版 宋天佑 第3章 反应速率课件 天佑 反应 速率 课件
- 资源描述:
-
1、第第 3 章章 化学反应速率化学反应速率 研究化学反应进行方向和进研究化学反应进行方向和进行程度的化学热力学,不涉及反行程度的化学热力学,不涉及反应时间问题。应时间问题。因此,它不能表示化学反应因此,它不能表示化学反应进行的快慢,即化学反应速率的进行的快慢,即化学反应速率的大小。大小。这个反应自发趋势很大,平衡这个反应自发趋势很大,平衡转化率极高。转化率极高。但因其反应速率太小,将反应但因其反应速率太小,将反应物放在一起。常温下长时间看不到物放在一起。常温下长时间看不到产物生成。产物生成。H2(g)+O2(g)H2O(l)=237.1 kJ mol1 rG m21 化学反应速率属于反应的现实化
2、学反应速率属于反应的现实性问题,而研究反应现实性的分支性问题,而研究反应现实性的分支科学为化学动力学。科学为化学动力学。3.1 反应速率的定义反应速率的定义 化学反应速率是指在一定化学反应速率是指在一定条件下反应物转变为生成物的条件下反应物转变为生成物的速率。速率。化学反应速率经常用单位时化学反应速率经常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。浓度的增加来表示。浓度一般用浓度一般用 mol dm3 表示,表示,时间用时间用 s,min,h 为单位来表示。为单位来表示。因而,常见的反应速率因而,常见的反应速率的的单位有单位有mol dm3 s1,mol
3、dm3 min1,mol dm3 h1 3.1.1 平均速率平均速率 CH3COOC2H5+OH CH3COO+C2H5 OH 对于下面反应,测得不同时刻对于下面反应,测得不同时刻的浓度数据的浓度数据 t 1 c OH 1 ()t 2 c OH 2 ()CH3COOC2H5+OH CH3COO+C2H5 OH t 3 c OH 3 ()以以 OH 浓度浓度变化表示,则在变化表示,则在 t1 到到 t2 这段时间里的平均速率为:这段时间里的平均速率为:c OH 2 c OH 1 t 2 t1 =OH()()c OH t=()一般来说一般来说,不同时间间隔,不同时间间隔内的平均速率并不内的平均速率
4、并不相等。相等。式中的负号是为了使反应式中的负号是为了使反应速率保持正值。速率保持正值。用单位时间内反应物用单位时间内反应物 N2O5 浓度浓度的减少来表示平均反应速率:的减少来表示平均反应速率:2 N2O5 4 NO2 +O2 =N2O5 c N2O5 t()在同一时间间隔内,其反应速率在同一时间间隔内,其反应速率也可以用产物也可以用产物 NO2 或或 O2 的浓度的改的浓度的改变来表示。变来表示。2 N2O5 4 NO2 +O22 N2O5 4 NO2 +O2 =NO2 c NO2 t()=O2 c O2 t()在同在同一时间间隔内,一时间间隔内,=N2O5 c N2O5 t()=NO2
5、c NO2 t()=O2 c O2 t()其数值是不一样的。其数值是不一样的。这种关系可从反应方程式这种关系可从反应方程式化学化学计量数计量数关系中找到关系中找到。但它们但它们反映的问题反映的问题的实质的实质是是同同一一的的,因此它们必定有内因此它们必定有内在的联系在的联系。有有 2 个个 N2O5 分子消耗掉,分子消耗掉,必有必有 4 个个NO2 分子和分子和 1 个个O2 分分子生成子生成。2 N2O5 4 NO2 +O22 N2O5 4 NO2 +O2=c NO2 t()c O2 t()c N2O5 t()12 14=11 12 =N2O514 =NO211 O2a A+b B g G+
6、h H 对于一般的化学反应对于一般的化学反应 c G t()c H t()=c A t()1a 1g=1h c B t()1b=1a =A1b =B1g G=1hH 3.1.2 瞬时速率瞬时速率 以上涉及的反应速率都是某以上涉及的反应速率都是某一一时间间隔内的平均反应速率。时间间隔内的平均反应速率。时间间隔越小,越能反映出时间间隔越小,越能反映出某某一时刻的反应速率。一时刻的反应速率。某一时刻的化学反应速率称某一时刻的化学反应速率称为瞬时反应速率。为瞬时反应速率。对于反应对于反应CH3COOC2H5 OH CH3COO CH3CH2OH 作出作出 对于时间对于时间 t 的曲线。的曲线。c OH
7、 ()对于对于时间时间 t 的曲线。的曲线。c OH ()曲线的割线曲线的割线 AB 的斜率的斜率kAB=AGBG =tABc OH ()AB 表示在表示在 tA 到到 tB 时间间隔的时间间隔的平均平均速率速率 所以所以 是是割线割线 AB 的斜率的斜率 OH ()=kAB OH ()在在 tA 到到 tB 之间有某一时刻之间有某一时刻 tC 现拟求现拟求 tC 时刻反应的瞬时速率时刻反应的瞬时速率 当当 A,B 两点沿曲线分别向两点沿曲线分别向 C 点点靠靠近近,即时间间隔,即时间间隔 t=tB tA 越来越越来越小小 割线割线越来越接近过越来越接近过 C 点的切线。点的切线。而割线的斜率
8、而割线的斜率 tABc OH ()AB越来越接近切线的斜率。越来越接近切线的斜率。当当 t 0 时,时,割线成为过割线成为过 C 点的切线。点的切线。而割线的斜率成为而割线的斜率成为过过 C 点的切线的斜率。点的切线的斜率。故曲线过故曲线过 C 点的切线的斜率是点的切线的斜率是 tC 时刻的时刻的瞬时速率瞬时速率 。这种思路可表示成极限形式这种思路可表示成极限形式 t 0 lim C =tc OH ()这种这种极限形式,在高等数学极限形式,在高等数学中中可可用微分表示用微分表示 d C =dtc OH ()t 0 lim C =tc OH ()对于反应对于反应 a A +b B g G +h
9、H 最有实际意义和理论意义的瞬最有实际意义和理论意义的瞬时速率是初始速率时速率是初始速率 0。某时刻的瞬时速率之间,仍有某时刻的瞬时速率之间,仍有如如下下的关系:的关系:B A H G a b g h=3.2 反应速率与反应物浓度的关系反应速率与反应物浓度的关系时间时间t/min时间的变化时间的变化 t/min反应速率反应速率 /moldm-3min-1000.0100520.00630.00115.510-41030.00460.00093.010-41550.00360.00102.010-42540.00250.00041.010-4c(OH)moldm-3c(OH)moldm-3 反应
10、反应物物 OH 的浓度不断降低,反应的浓度不断降低,反应的的平均速率平均速率减小。减小。0,5,10,15 min 时各条切线时各条切线斜率斜率依次减小依次减小,反应的瞬时速率也依次减小。,反应的瞬时速率也依次减小。3.2.1 速率方程速率方程 对于反应对于反应 a A +b B g G +h H 则有则有 =k c m c n (A)(B)即反应速率方程即反应速率方程。式中,式中,k 称为速率常数,称为速率常数,m,n 分别为反应物分别为反应物 A,B 的的 浓度的幂指数。浓度的幂指数。k,m,n 均可由实验测得。均可由实验测得。=k c m c n (A)(B)例例 31 根据下表给出的实
11、验数据,根据下表给出的实验数据,建立反应建立反应 2 H2 2 NO 2 H2O N2 的速率方程。的速率方程。编号编号 起始浓度起始浓度moldm3 生成生成 N2 的起始速率的起始速率 c NO c H2 moldm3s11 6.00 10-3 1.00 10-3 3.19 10-32 6.00 10-3 2.00 10-3 6.36 10-33 6.00 10-3 3.00 10-3 9.56 10-34 1.00 10-3 6.00 10-3 0.48 10-35 2.00 10-3 6.00 10-3 1.92 10-36 3.00 10-3 6.00 10-3 4.30 10-3(
12、)()解:对比实验解:对比实验 1,2,3,()发现发现 c H22 H2 2 NO 2 H2O N2 编号编号 起始浓度起始浓度moldm3 生成生成 N2 的起始速率的起始速率 c NO c H2 moldm3s11 6.00 10-3 1.00 10-3 3.19 10-32 6.00 10-3 2.00 10-3 6.36 10-33 6.00 10-3 3.00 10-3 9.56 10-34 1.00 10-3 6.00 10-3 0.48 10-35 2.00 10-3 6.00 10-3 1.92 10-36 3.00 10-3 6.00 10-3 4.30 10-3()()对
13、比对比实验实验 4,5,6,()发现发现 c NO 22 H2 2 NO 2 H2O N2 编号编号 起始浓度起始浓度moldm3 生成生成 N2 的起始速率的起始速率 c NO c H2 moldm3s11 6.00 10-3 1.00 10-3 3.19 10-32 6.00 10-3 2.00 10-3 6.36 10-33 6.00 10-3 3.00 10-3 9.56 10-34 1.00 10-3 6.00 10-3 0.48 10-35 2.00 10-3 6.00 10-3 1.92 10-36 3.00 10-3 6.00 10-3 4.30 10-3()()所以所以反应速
14、率反应速率 c H2 c NO 2()()写写成等式成等式 =k c H2 c NO 2()()编号编号 起始浓度起始浓度moldm3 生成生成 N2 的起始速率的起始速率 c NO c H2 moldm3s11 6.00 10-3 1.00 10-3 3.19 10-3()()将其中一组实验数据代入将其中一组实验数据代入c H2 c NO 2()k=()故故 得得 k=8.86 104 dm6mol2s1 恒温下反应速率常数恒温下反应速率常数 k 不随反应不随反应物物浓度的改变浓度的改变而变化。而变化。c H2 c NO 2()k=()3.2.2 反应级数反应级数 若某化学反应若某化学反应
15、a A b B g G h H 该反应对反应物该反应对反应物 A 是是 m 级反应,级反应,对反应对反应物物 B 是是 n 级反应。级反应。则反应级数为则反应级数为 m n 其速率方程为如下形式其速率方程为如下形式 =kc A c B()()mn 对于化学反应对于化学反应 2 H2 2 NO 2 H2O N2 该反应是三级反应,或者说该反应是三级反应,或者说反应反应对对 H2 是是 1 级,对级,对 NO 是是 2 级。级。其速率方程为其速率方程为 =k c H2 c NO 2()()其速率方程为其速率方程为 =k 该反应是零级反应,该反应是零级反应,零级反应零级反应的反应速率与反应物的反应速
16、率与反应物浓度浓度 无关无关。2 Na s 2 H2O l 2 NaOH aq H2 g()()()()H2 g Cl2 g 2 HCl g()()()其其速率方程为速率方程为 =k c H2 c Cl2 1/2()()该反应是该反应是 级反应,或者说反应级反应,或者说反应对对 H2 是是 1 级,对级,对 Cl2 是是 级。级。1232反应级数无意义。反应级数无意义。其速率方程为:其速率方程为:1+kkc H2 c Br2 1/2=()()c HBr()()c Br2H2 g Br2 g 2 HBr g()()()3.2.3 速率常数速率常数 速率常数速率常数 k 是在给定温度下,各是在给定
17、温度下,各反应物浓度皆为反应物浓度皆为 1 moldm3 时的反时的反应速率,因此也称比速率常数。应速率,因此也称比速率常数。速率常数是温度的函数,同一反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。应,温度不同,速率常数将不同。化学反应化学反应 a A b B g G h H =kA c A c B A()()ab()可以有下面数个速率方程可以有下面数个速率方程 =kB c A c B B()()ab()=kG c A c B G()()ab()=kH c A c B H()()ab()a A b B g G h H=1a kA1b kB1g kG1h kH=1a1b1g1h=(
18、A)(H)(G)(B)将各个反应速率的表示式将各个反应速率的表示式代入其中,得代入其中,得 即不同的速率常数之比即不同的速率常数之比等于等于各各物质的计量数之比。物质的计量数之比。=1a kA1b kB1g kG1h kH 速率常数速率常数 k 的单位与反应级数有关的单位与反应级数有关,若反应速率若反应速率以以 mol dm 3 s 1 为单位为单位:一级反应一级反应 s1二级反应二级反应 dm3 mol1 s1n 级反应级反应 dm3 n1 mol n1 s1 ()()3.3 反应机理反应机理3.3.1 基元反应基元反应 基元反应基元反应是是反应反应物分子一步物分子一步直接直接 转化为产物转
19、化为产物的反应。的反应。NO2 CO NO CO2 NO2 分子和分子和 CO 分子经过一分子经过一次次 碰撞就转变成碰撞就转变成 NO 分子和分子和 CO2。基元反应基元反应是动力学研究是动力学研究中中 最最简单简单的反应,反应的反应,反应过程中过程中没没 有有任何中间产物。任何中间产物。H2 g I2 g 2 HI g()()()实验上或理论上都证明,它并实验上或理论上都证明,它并 不是一步完成的基元反应。不是一步完成的基元反应。它它的反应历程可能是的反应历程可能是如下如下 两两步基元反应:步基元反应:I2 I I (快)(快)H2 2 I 2 HI (慢)(慢)基元反应基元反应 或或 复
20、杂反应复杂反应 的基元的基元 步骤中步骤中发生发生反应反应所需要的微粒(所需要的微粒(分分 子子、原子、原子、离子、离子)的)的数目一般称为数目一般称为 反应反应的分子数。的分子数。单分子反应单分子反应 双分子反应双分子反应 SO2Cl2 SO2 Cl22 NO2 2 NO O2三分子反应三分子反应 H2 2 I 2 HI 四四分子或更多分子碰撞分子或更多分子碰撞而而发生的反应尚未发现发生的反应尚未发现。对于对于基元反应基元反应 a A +b B g G +h H 其速率方程为:其速率方程为:=k c A a c B b ()()或或dcdt =k c A a c B b()()基元反应的化学
21、反应速率基元反应的化学反应速率与与反应物浓度反应物浓度以其化学计量数为以其化学计量数为幂幂指数指数的的连乘积成正比连乘积成正比。有时称之为质量作用定律。有时称之为质量作用定律。3.3.2 反应机理反应机理的探讨的探讨 2 NO O2 2 NO2 反应反应历程历程 2 NO N2O2 (快(快)N2O2 2 NO (快)(快)N2O2 O2 2 NO2 (慢)(慢)为慢反应,是速控步骤,为慢反应,是速控步骤,其其速率即速率即为为总反应总反应的的速率速率,故,故 2 NO N2O2 (快(快)N2O2 2 NO (快)(快)N2O2 O2 2 NO2 (慢)(慢)=k3 c N2O2 c O2()
22、()平衡假设平衡假设法法 可逆快可逆快反应反应 和和 始终保持始终保持正逆反应速率正逆反应速率相等相等的的平衡状态平衡状态,2 NO N2O2 (快(快)N2O2 2 NO (快)(快)N2O2 O2 2 NO2 (慢)(慢)故故 1=2 k1 c NO 2 =k2 c N2O2()()即即 2 NO N2O2 (快(快)N2O2 2 NO (快)(快)N2O2 O2 2 NO2 (慢)(慢)1=2 将其代入将其代入 =k3 c N2O2 c O2 ()()2 NO N2O2 (快(快)N2O2 2 NO (快)(快)N2O2 O2 2 NO2 (慢)(慢)k1k2c N2O2 =c NO 2
23、()()令令k3 k1k2k=c NO 2 c O2 k3 k1k2()()得得 =k c NO 2 c O2()()总速率方程总速率方程稳态近似法稳态近似法 近似认为近似认为 c N2O2 稳定不稳定不变。变。()k1 c NO 2 k2c NO2 ()()=()dc N2O2dt 2 NO N2O2 (快(快)N2O2 2 NO (快)(快)N2O2 O2 2 NO2 (慢)(慢)k1 c NO 2 k2c NO2 ()()=()dc N2O2dt 2 NO N2O2 (快(快)N2O2 2 NO (快)(快)N2O2 O2 2 NO2 (慢)(慢)=0k1k2c NO 2()c N2O2
24、=()即即 将其代入将其代入 =k3 c N2O2 c O2 ()()=k c NO 2 c O2()()得总得总速率方程速率方程 与与平衡假设法所得结果一致。平衡假设法所得结果一致。探讨探讨反应机理经常用到的反应机理经常用到的就是就是稳态近似稳态近似法与平衡假设法。法与平衡假设法。3.4 反应物浓度与时间的关系反应物浓度与时间的关系 若若零级反应零级反应 A H 3.4.1 零级反应零级反应速率方程的微分表达式为速率方程的微分表达式为()d c Adt=k这是速率方程的积分表达式。这是速率方程的积分表达式。进行进行定积分运算得定积分运算得()()c A =c A 0k t()d c Adt=
25、k 其中其中 c A 为为 t 时刻的浓度,时刻的浓度,c A 0 为为初始浓度。初始浓度。()()速率方程的积分表达式速率方程的积分表达式()()c A =c A 0k t 反应物消耗一半所需的反应物消耗一半所需的时间时间称为半衰期称为半衰期,用,用 t 表示。表示。12 对于对于零级反应,零级反应,当当 c A =c A 0()()12 =c2k A 0t()12 零级反应半衰期与零级反应半衰期与速率速率常数常数 k 和和初始初始浓度浓度 c0 有关有关。3.4.2 一级反应、一级反应、二级反应和二级反应和三级反应三级反应一级反应一级反应 SO2Cl2 SO2 Cl2 速率方程微分表达式为
展开阅读全文