第五节化学反应速率普通化学 第一章一、化学反应速率的表示方法
1、什么是“化学反应速率”？
——— 单位时间内化学进度的变化或：化学反应进度随时间的变化率化学反应速率：
= d? / dt (瞬时速率）
= /?t （平均速率）
举例说明：
3H2 (g) + N2 (g) = 2NH3 (g)
t = 0 s (mol) 3.0 1.0 0.0
t = 0.1 s (mol) 1.5 0.5 1.0
以 H2计算反应进度
=?nH2 /?H2 = (1.5- 3.0) mol / -3 = 0.5 mol
计算其反应速率,
= 0.5 mol / 0.1 s
= 5.0 mol / s
注意要点：
a.反应速率的单位,mol s-1
b.反应速率与物质的选择无关 。
c.数学概念上分清平均速率与瞬时速率的不同 。
2、基于浓度的化学反应速率：
a,什么是～？，它与化学反应速率之间的关系？
定义式：
v = = = =
单位体积内化学反应进度随时间的变化率。
b,单位,mol.dm-3.s-1
c,与传统的用反应物浓度随时间变化来表示反应速率有区别，这种基于浓度的化学反应速率，是由化学反应进度衍生出来的，其数值与物质的选择无关，
1 dcB
B dt
1 dnB
B Vdt -? --
1 d?
V dt -? -
V
二、影响化学反应速率的因素浓度 温度 催化剂
1,浓度对化学反应速率的影响 ——质量作用定律大量的实验结果总结,科学家发现：对于一些简单的化学反应,反应速度与反应物的浓度有如下的关系：
a A + b B = d D + e E
v = k cAa cBb
此式称作为：反应速率方程式,或质量作用定律 。
k——反应速率常数,反映了化学反应在速率方面的特征,与浓度无关,而与温度,催化剂等有关 。
(a+b)——称作为反应级数 。
举例说明：
SO2Cl2 (g) = SO2 (g) + Cl2 (g)
v = k c SO2 Cl2,(a+b)=1,一级反应
NO2 + CO = NO + CO2
v = k c NO2 cCO,(a+b)=2 二级反应
2NO + Cl2 = 2NOCl (亚硝酰氯 )
v = k c NO2 c Cl2,(a+b)=3 三级反应
简单 反应,指的是那些一步完成的化学反应,我们把这些特殊的反应称为 基元反应 。
但是,并非所有的反应都和前述简单反应一样,根据方程式就能写出其速率表达式 。 大多数化学反应都是 复杂反应,也就是分几步完成的反应 。 复杂反应速率方程式,
只可由实验确定 。
aA + bB = dD + eE
v = k cAxcBy
其中,(x+y)值称作为反应级数,并不一定等于其计量系数 (a,b),且可以是小数 。
举例说明：
2 NO + 2 H2 = N2 + 2 H2O
实验显示,该反应为一三级反应：
v = k cNO2 c H2,
复杂反应不象简单反应那样一步完成,而是多步完成的 。 其中最慢的一步决定了整个反应的速率 。
2 NO + H2 = N2 + H2O2 （ 慢 ） v = k cNO2 cH2
H2O2 + H2 = 2H2O （ 快 ）
又例如：
CHCl3 (g) + Cl2 (g) = CCl4 (g) + HCl (g)
v = k cCHCl3 cCl21/2
该反应是一个复杂反应，其中反应级数
(x+y)=1.5，为小数。
2,温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响非常明显,常常温度增加若干度,化学反应速率就能提高一个数量级,也就是化学反应速率随温度呈指数形式增大 。 1887年瑞典化学家 Arrhenius总结了大量的实验数据,发现化学反应速率常数与温度有如下的关系：
上式称为,阿伦尼乌斯公式,。
式中,R=8.315 J Mol-1 K-1,摩尔气体常数 。
Ea,活化能,将在下一节详细介绍 。
“阿伦尼乌斯公式”的用途：
1、对某一个实际反应，可用“阿伦尼乌斯公式”，求取其活化能。
方法：
在不同的温度下测量其反应速率常数，然后以 lgk对 1/T作图，
可得一条直线。此直线的斜率为 -Ea/2.303,截距为 A。
2,如果我们已知反应的活化能和某一温度下的反应速率，利用此公式，也可求得另一温度下的反应速率。
例如：实验测得化学反应在 600~800K之间的反应速率常数：
CO + NO2 = CO2 + NO
温度 (T) 600 650 700 750 800
速率常数 (k) 0.028 0.22 1.30 6.0 23
1/T (× 10-3 ) 1.667 1.538 1.429 1.333 1.250
lg k -1.553 -0.658 0.114 0.778 1.362
l g k = 1 0,1 0 6 - 6 9 9 5,8 ( 1 / T )
-2
-1
0
1
2
0,0 0 1 2 0,0 0 1 4 0,0 0 1 6 0,0 0 1 8
1 / T
l
g
k
Ea/2.303R =6995.8
Ea = 133.9× 103 (J / mol)
3、化学反应的活化能 Ea (Energy of Activation)
(1)气体分子运动论
分子的热运动：方向、速率,能量各不相同。
分子之间，分子与器壁之间不断发生弹性碰撞，产生压力。
化学反应，依赖于这种分子碰撞而得以发生。
A+BC => A--B--C => AB+C
反应物 活化络合物 产物
（中间过度态）
B CA
活化分子活化能：反应物分子所具有的平均能量与发生有效碰撞所需的最低分子能量之间的差。
活化络合物反应物生成物
Ea
反应中释放能量反应历程能量
用活化能的概念，解释浓度、温度对化学反应速率的影响：
当反应物的浓度增加时，活化分子的数量增加，反应速率自然随之增大。
当反应温度升高时，分子碰撞的次数增加，同时反应物分子中。活化分子所占的比例升高，因而反应速率增大。
4、催化剂
什么是催化剂 （ 正催化剂,负催化剂 ）,什么是催化作用？
参加化学反应,改变化学反应的速率,但在化学反应的前后,本身的性质,数量,组成保持不变,这样一些物质称作为催化剂 。
使化学反应速率增大 ——正催化剂,一般说催化剂均指正催化剂 。 与此相反,使化学反应速率减小的催化剂 ——负催化剂 。 如塑料防老化剂,阻燃剂等 。
在合成氨反应中催化剂降低活化能示意图
催化剂的作用原理提供活化中心是活化络合物的一部分改变了化学反应的具体历程降低了活化能
催化剂的重要应用化工生产生物催化剂 ——酶,维生素
1、什么是“化学反应速率”？
——— 单位时间内化学进度的变化或：化学反应进度随时间的变化率化学反应速率：
= d? / dt (瞬时速率）
= /?t （平均速率）
举例说明：
3H2 (g) + N2 (g) = 2NH3 (g)
t = 0 s (mol) 3.0 1.0 0.0
t = 0.1 s (mol) 1.5 0.5 1.0
以 H2计算反应进度
=?nH2 /?H2 = (1.5- 3.0) mol / -3 = 0.5 mol
计算其反应速率,
= 0.5 mol / 0.1 s
= 5.0 mol / s
注意要点：
a.反应速率的单位,mol s-1
b.反应速率与物质的选择无关 。
c.数学概念上分清平均速率与瞬时速率的不同 。
2、基于浓度的化学反应速率：
a,什么是～？，它与化学反应速率之间的关系？
定义式：
v = = = =
单位体积内化学反应进度随时间的变化率。
b,单位,mol.dm-3.s-1
c,与传统的用反应物浓度随时间变化来表示反应速率有区别，这种基于浓度的化学反应速率，是由化学反应进度衍生出来的，其数值与物质的选择无关，
1 dcB
B dt
1 dnB
B Vdt -? --
1 d?
V dt -? -
V
二、影响化学反应速率的因素浓度 温度 催化剂
1,浓度对化学反应速率的影响 ——质量作用定律大量的实验结果总结,科学家发现：对于一些简单的化学反应,反应速度与反应物的浓度有如下的关系：
a A + b B = d D + e E
v = k cAa cBb
此式称作为：反应速率方程式,或质量作用定律 。
k——反应速率常数,反映了化学反应在速率方面的特征,与浓度无关,而与温度,催化剂等有关 。
(a+b)——称作为反应级数 。
举例说明：
SO2Cl2 (g) = SO2 (g) + Cl2 (g)
v = k c SO2 Cl2,(a+b)=1,一级反应
NO2 + CO = NO + CO2
v = k c NO2 cCO,(a+b)=2 二级反应
2NO + Cl2 = 2NOCl (亚硝酰氯 )
v = k c NO2 c Cl2,(a+b)=3 三级反应
简单 反应,指的是那些一步完成的化学反应,我们把这些特殊的反应称为 基元反应 。
但是,并非所有的反应都和前述简单反应一样,根据方程式就能写出其速率表达式 。 大多数化学反应都是 复杂反应,也就是分几步完成的反应 。 复杂反应速率方程式,
只可由实验确定 。
aA + bB = dD + eE
v = k cAxcBy
其中,(x+y)值称作为反应级数,并不一定等于其计量系数 (a,b),且可以是小数 。
举例说明：
2 NO + 2 H2 = N2 + 2 H2O
实验显示,该反应为一三级反应：
v = k cNO2 c H2,
复杂反应不象简单反应那样一步完成,而是多步完成的 。 其中最慢的一步决定了整个反应的速率 。
2 NO + H2 = N2 + H2O2 （ 慢 ） v = k cNO2 cH2
H2O2 + H2 = 2H2O （ 快 ）
又例如：
CHCl3 (g) + Cl2 (g) = CCl4 (g) + HCl (g)
v = k cCHCl3 cCl21/2
该反应是一个复杂反应，其中反应级数
(x+y)=1.5，为小数。
2,温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响非常明显,常常温度增加若干度,化学反应速率就能提高一个数量级,也就是化学反应速率随温度呈指数形式增大 。 1887年瑞典化学家 Arrhenius总结了大量的实验数据,发现化学反应速率常数与温度有如下的关系：
上式称为,阿伦尼乌斯公式,。
式中,R=8.315 J Mol-1 K-1,摩尔气体常数 。
Ea,活化能,将在下一节详细介绍 。
“阿伦尼乌斯公式”的用途：
1、对某一个实际反应，可用“阿伦尼乌斯公式”，求取其活化能。
方法：
在不同的温度下测量其反应速率常数，然后以 lgk对 1/T作图，
可得一条直线。此直线的斜率为 -Ea/2.303,截距为 A。
2,如果我们已知反应的活化能和某一温度下的反应速率，利用此公式，也可求得另一温度下的反应速率。
例如：实验测得化学反应在 600~800K之间的反应速率常数：
CO + NO2 = CO2 + NO
温度 (T) 600 650 700 750 800
速率常数 (k) 0.028 0.22 1.30 6.0 23
1/T (× 10-3 ) 1.667 1.538 1.429 1.333 1.250
lg k -1.553 -0.658 0.114 0.778 1.362
l g k = 1 0,1 0 6 - 6 9 9 5,8 ( 1 / T )
-2
-1
0
1
2
0,0 0 1 2 0,0 0 1 4 0,0 0 1 6 0,0 0 1 8
1 / T
l
g
k
Ea/2.303R =6995.8
Ea = 133.9× 103 (J / mol)
3、化学反应的活化能 Ea (Energy of Activation)
(1)气体分子运动论
分子的热运动：方向、速率,能量各不相同。
分子之间，分子与器壁之间不断发生弹性碰撞，产生压力。
化学反应，依赖于这种分子碰撞而得以发生。
A+BC => A--B--C => AB+C
反应物 活化络合物 产物
（中间过度态）
B CA
活化分子活化能：反应物分子所具有的平均能量与发生有效碰撞所需的最低分子能量之间的差。
活化络合物反应物生成物
Ea
反应中释放能量反应历程能量
用活化能的概念，解释浓度、温度对化学反应速率的影响：
当反应物的浓度增加时，活化分子的数量增加，反应速率自然随之增大。
当反应温度升高时，分子碰撞的次数增加，同时反应物分子中。活化分子所占的比例升高，因而反应速率增大。
4、催化剂
什么是催化剂 （ 正催化剂,负催化剂 ）,什么是催化作用？
参加化学反应,改变化学反应的速率,但在化学反应的前后,本身的性质,数量,组成保持不变,这样一些物质称作为催化剂 。
使化学反应速率增大 ——正催化剂,一般说催化剂均指正催化剂 。 与此相反,使化学反应速率减小的催化剂 ——负催化剂 。 如塑料防老化剂,阻燃剂等 。
在合成氨反应中催化剂降低活化能示意图
催化剂的作用原理提供活化中心是活化络合物的一部分改变了化学反应的具体历程降低了活化能
催化剂的重要应用化工生产生物催化剂 ——酶,维生素
