第8章化学动力学ppt课件.ppt
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1、热力学解决了化学反应的可能性问题,但化学反应实际上的发生,却是动力学研究的范畴。化学反应的速率,即是动力学的基础。自发过程是否一定进行得很快?,实际上, 速率相当慢!,实际上, 反应速率相当快!,热力学 可能性; 动力学 现实性,第8章 化学动力学,8.1化学反应速率表示法 8.2反应机理、基元反应和复杂反应 8.3化学反应速率方程 8.4温度对化学反应速率的影响 8.5化学反应速率理论简介 8.6催化作用,8.1 化学反应速率表示法,1,平均速率与瞬时速率,2,化学反应速率定义及表示法,化学反应速率定义及表示法,定义 化学反应速率是参与反应的某物质的“物质的量”随时间变化率的绝对值。 对于反
2、应体积不变的密闭系统,反应速率是参与反应的物质的物质的量浓度随时间变化率的绝对值。 Note:取绝对值的原因是因为反应速率总是正值。,化学反应速率表示法,通常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化学反应速率。 对于一个一般的反应:,反应速率的单位:浓度时间-1,例题:某给定温度下,在密闭容器中氮气与氢气反应生成氨,各物质浓度变化如下,计算该反应速率 N2 + 3H22NH3 起始浓度(molL-1) 1.0 3.0 0 3s后浓度(molL-1) 0.7 2.1 0.6 解:,对于一个一般的反应:,有,Note: 同一反应的反应速率,用不同物质的浓度表示时,其数值是不同的。 它
3、们的比值等于反应式中各物质的计量系数之比。,对于一般的化学反应:,整个反应的反应速率:,平均速率 某一有限时间间隔内浓度的量变化,平均速率不能确切反映速率的变化情况,只提供了一个平均值,用处不大。,平均速率与瞬时速率,瞬时速率 时间间隔t趋于无限小时的平均速率的极限,为导数,它的几何意义是c-t曲线上某点的斜率。,从瞬时速率的定义, 可以归纳出瞬时速率的求法: (1) 做浓度 时间曲线图; (2) 在指定时间的曲线位置上做切线; (3) 求出切线的斜率(用做图法, 量出线段长, 求出比值),反应刚开始,速率大,然后不断减小,体现了反应速率变化的实际情况。 最有实际意义和理论意义的瞬时速率是初始
4、速率,例题:2700s时的瞬时速率:,A点的斜率=,8.2 反应机理、基元反应和复杂反应,H2 (g)Cl2 (g) 2HCl (g),Cl2 (g) + M 2Cl (g) +M Cl (g) +H2 (g) HCl (g) + H (3) H (g) + Cl2 HCl (g) + Cl (4) 2Cl (g) + M Cl2 (g) + M,1). 计量方程式只表示反应的宏观总效果 2). 上述反应的每一步都称为基元反应,M:惰性物质(传递能量),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。 简单反应:只由一个基元反应构成的反应。 复杂反应
5、:由两个或两个以上基元反应构成的反应,又叫非基元反应。,基元反应中,同时直接参加反应的分子(或离子、原子、自由基等)的数目称为反应分子数。 根据反应分子数可将基元反应分为单分子反应、双分子反应和三分子反应。例如: 单分子反应:SO2Cl2SO2+Cl2 双分子反应:NO2+CONO+CO2 三分子反应:H2+2I2HI Note:按照反应的分子数来分类,只适合于基元反应。,在复杂反应中,各步反应的速率是不同的。整个反应的速率取决于速率最慢的那一步。这个最慢的反应控制着整个反应的速率,称为控速步骤。 例如:H2(g)I2(g)2HI(g) 分两步完成: I2(g) 2I(g) 快 H2(g)2I
6、(g) 2HI(g) 慢(控速步骤) 中间产物气态碘原子可被检测到。,8.3 化学反应速率方程,1,化学反应速率方程,2,3,浓度对反应速率的影响,质量作用定律,影响反应速率的因素 内因:反应物质的本性 外因:浓度、温度、催化剂等,浓度对反应速率的影响,白磷在纯氧气中燃烧,白磷在含20%的氧气中燃烧,对于一个一般的反应: aA + bB = dD + eE,cA、cB分别表示反应物A、B的浓度,速率方程:,化学反应速率方程,k 称为反应的速率常数 k的物理意义是单位浓度时的反应速率; k由化学反应本身决定,是化学反应在一 定温度时的特征常数; 相同条件下,k值越大,反应速率越快; k的数值与反
7、应物的浓度无关; k受温度的影响,通常温度升高, k 增大; k的量纲与反应物浓度项的指数有关。,m、n分别称为反应物A和B的反应级数,它们的代数和称为该反应的总反应级数。 反应级数表示了反应速率与物质的量浓度的关系; 反应级数必须由实验确定;它可以是整数,可以是分 数,也可以是零;零级反应表示了反应速率与反应物 浓度无关; 一般反应级数不一定与反应式中的计量系数相吻合; 凡是化学反应速率方程不符合 的反应, 反应级数的概念是不适用的。,反应级数不是计量系数,注意,n级反应k的量纲为mol1-n Ln-1 s-1 即:浓度1-n s-1 零级反应的k的量纲为molL-1s-1; 一级反应的k的
8、量纲为s-1; 二级反应k的量纲为mol-1Ls-1 从k的量纲可以知道反应级数是多少,对于反应物是气体的反应,速率方程中的物质浓度也可以用气体的分压来表示。例如: NO2(g) + CO(g)=NO(g) + CO2(g),如果反应中有纯固体或纯液体参加,由于纯固体或纯液体的浓度是不变的,可视为常数。速率方程中不列出它们的浓度。例如: C(s) + O2(g)= CO2(g),质量作用定律,对于一个基元反应,恒温下,其反应速率与各物质浓度系数次方的乘积成正比。这一规律称为质量作用定律。 如果 aA + bB = dD + eE 为基元反应, 则:,Note: 质量作用定律仅适用于基元反应。
9、只有基元反应,才能说反应分子数! 在基元反应中,反应级数和反应分子数数值相等,都是反应物的计量系数之和,但反应分子数是微观量,反应级数是宏观量。 组成复杂反应的每个基元反应都有自己的速率方程;但它的总反应速率方程是由实验确定的。,例题:写出下列基元反应的速率方程,指出反应级数和反应分子数。 SO2Cl2 = SO2 + Cl2 (1) 2NO2 = 2NO + O2 (2) NO2 + CO = NO + CO2 (3) 解: (1) = kSO2Cl2 , 一级反应 , 单分子反应 (2) = kNO22 , 二级反应 , 双分子反应 (3) = kNO2CO, 二级反应 , 双分子反应 或
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