无机化学课件——第七章 化学动力学基础

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级无机化学原理化学动力学基础讲义要点与习题解答详解

级无机化学原理化学动力学基础讲义要点与习题解答详解

《无机化学》讲义要点第7章化学动力学基础[教学要求]1.化学反应速率的概念及其实验测定方法。

2.了解反应速率理论:碰撞理论、过渡状态理论。

3.了解基元反应、复杂反应、反应级数、反应分子数的概念。

4.掌握质量作用定律和化学反应的速率方程式。

5.掌握浓度、温度及催化剂对反应速率的影响。

6.掌握温度与反应速率关系的阿仑尼乌斯经验公式,并能用活化分子、活化能等概念;解释浓度、温度、催化剂等外界因素对反应速率的影响。

[教学重点]1.反应机理的概念,有效碰撞理论,过渡状态理论,活化能、活化分子的概念及其意义。

2 .浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响及浓度、温度对化学反应速率影响的定量关系:质量作用定律,化学反应的温度因子,阿仑尼乌斯方程及其应用。

[教学难点]1.有效碰撞理论,过渡状态理论,活化能、活化分子的概念。

2.质量作用定律,阿仑尼乌斯方程。

[教学时数] 4 学时[教学安排]第一讲:化学反应速率及其速率理论(2h);第二讲:影响化学反应速率的因素(2h)[主要内容]1.化学反应速率的基本概念及表示方法:平均速率和瞬时速率,同一反应用不同物系表示速率时这些速率间的关系。

2.反应机理(反应历程)概念:基元反应和非基元反应、反应分子数(单分子反应、双分子反应、三分子反应)。

3.反应速率理论简介:有效碰撞理论的基本要点,有效碰撞的条件,有效碰撞、活化能、活化分子的概念,碰撞频率因子与化学反应临界能或阀能的关系公式,活化能、方位 因子、碰撞频率因子与反应速率的关系,活化过渡状态理论的基本要点,活化络合物; 实验活化能。

4.浓度对化学反应速率的影响:质量作用定律、反应级数、化学反应速率方程式;温度对化学反应速率的影响:化学反应的温度系数(因子),阿仑尼乌斯方程式及其应用。

5.催化剂基本概念及其基本特征,催化作用,催化剂对化学反应速率的影响机制,催化 剂寿命、催化剂中毒、催化剂毒物、助催化剂、催化剂载体;酶催化及酶催化的特点。

[课件]普通化学化学动力学基础PPT

[课件]普通化学化学动力学基础PPT
Arrhenius方程式 Arrhenius方程式的应用 对Arrhenius方程的进一步分析
Arrhenius方程式
反应速率方程
rk c c A B
影响反应速率的因素有两个: k和cB k与温度有关,T增大,一般k也增大,
但k~T不是线性关系。
2N O (CCl ) N O (CCl ) O (g) 不同温度 k 值 2 5 4 2 4 4 2
化学动力学基础
化学反应速率的概念
浓度对反应速率的影响 —速率方程式 温度对反应速率的影响 —Arrhenius方程式
反应速率理论和反应机理简介
催化剂和催化作用
化学反应速率的概念
定容反应的反应速率
平均速率与瞬时速率
定容反应的反应速率
如果体积不变:
d d n d c B r B V d t V d t d t B B
普通化学化学动力学基础
化学动力学是研究化学反应的速率和机理的 科学,是物理化学的一个重要组成部分。
在化学动力学中,要研究化学反应 的速率(reaction rate)以及反应条件 (例如浓度、压力、温度、辐射、介质、 催化剂等)对反应速率的影响,揭露反 应的具体过程,即反应机理(reaction mechanism)。
5 7 . 29 10 0.200 5 0.180 6 . 46 10 5 0.161 5 . 80 10 5 0.144 5 . 21 10 5 4 . 69 10 0.130 5 3 . 79 10 0.104 5 0.084 3 . 04 10 5 0.068 2 . 44 10 5 1 .59 10 0.044 5 0.028 1 .03 10 0.018 0.012 0.0000

课件无机化学07化学动力学基础

课件无机化学07化学动力学基础

例:2 N g 2 O H 2 g 1 K 0 N 2 7 g 3 2 H 2 O g
实验标号 初始浓度/mol.L-1
C(NO)
C(H2)
1 6.00×10-3 1.00×10-3
2 6.00×10-3 2.00×10-3
3 6.00×10-3 3.00×10-3
4 1.00×10-3 6.00×10-3
T相同时,Ea越小,k越大,反应速 率越快。 一般反应:
Ea = 60kJmol-1~250 kJmol-1 。 Ea<40kJ mol-1 时,反应速率很快,多 为爆炸反应。 Ea>400kJ mol-1 ,反应速率极慢。
2020/4/29
7-4 反应历程
对反应 A + B → C + D,可能是一步完成,也可能分两步完成
浓度常用mol.dm-3,时间常用s, min,h,d,y。反应速率又分为平均速 率和瞬时速率两种表示方法。
2020/4/29
7-1-2 平均速度与瞬时速度
1.平均速率 ●平均速率是指反应进程中某时间间隔(Δt)
内参与反应的物质的量的变化量。
一般式表示为: rnB/t nB:时间间隔t( t终态t始态)内参 与反应的物B质的物质的量的变化 量(nB n终 n始)。
2
H 2 g I2 g 2 H g Irk(cH2)c(I2) 1+1
2 N g O O 2 g 2 N 2 g O rkc NO 2c(O 2) 2+1
计量 数
1+1 1+1 2+1
2+1 2+2 2 g N 2 2 g H O N 2 g H 2 O g rk2( c N)c O H 2

基础化学第七章 化学动力学基础

基础化学第七章 化学动力学基础

时,t T1/ 2
1 1 kA t cA cA,0
1 c A, 0 / 2
k AT1/ 2
1 c A, 0
T1/ 2
1 kA cA,0
3、二级反应的特征
1 1 kA t cA cA,0
(1)速率系数的SI单位为 m3 mol1 s 1 常用单位为 L · -1 · -1 mol s (2) 1/cA 对t做图得到一条直线,直线的 斜率为kA,截距为1/cA,0 。 (3)反应的半衰期与速率系数和反应物的起
第七章 化学动力学基础
化学教研室
王斌
第一节
化学反应速率的表示方法
化学反应速率:在一定条件下,反应 物转变为生成物的速率。
A→B
一、以反应物或产物浓度随时间的变化率 定义的反应速率
dc A 1 dnA A = V dt dt
1 dnB dcB B = V dt dt
单位:(mol · -1·-1) L s
二、质量作用定律
(一)质量作用定律
质量作用定律: 在一定温度下,元反应 的反应速率与各反应物浓度幂之积成正比。
例如:元反应 2NO2 → 2NO + O2
υ= kc2(NO2 )
NO2 + CO → NO + CO2
υ= kc (NO2 )c(CO)
υ= kp (NO2 )p(CO)
对于任何一个元反应:
(二)有效碰撞
1、定义:能够发生化学反应的碰撞称为有效碰撞。 2、发生有效碰撞必须具备两个条件:
(1)参加反应物分子或离子必须具有足够的能 量。
(2)碰撞时要有合适的方向。
← 有效碰撞
无效碰撞 →
(三)活化分子和活化能 1、活化分子

第七章化学动力学基础

第七章化学动力学基础
4
N2O5的分解速率与N2O5浓度的比值是恒定的,即 反应速率υ与c(N2O5)成正比。
kc( N 2 O5 )
上式称为该反应的速率方程式,k称 为“反应 速率常数”,又称“比速常数”,意义是速率 方程式中各种物质浓度均为1 mol.dm-3时的反 应速率;其量纲由速率方程确定;k大小取决 于反应物的本质,而与浓度无关,当其他条件 相同时, k,则v ;通常,T ,则k 。 速率方程式表示反应速率与浓度的关系。
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二、基元反应与非基元反应
基元反应—即一步完成的反应 非基元反应—分若干个步骤进行的反应,又称 “复杂反应”或“复合反应”。 基元反应: 1.反应速率方程可由方程式直接写出:
例:CO (g) + NO2 (g) = CO2 (g) + NO (g) V正= k正(CCO) (CNO2) V逆= k逆(CCO2) (CNO)
在基元反应中,反应速率与物质的量浓度的 计量系数次方的乘积成正比。 对于基元反应: 则:
aA bB dD
v k ( A) ( B )
a b
对于非基元反应: aA ( B)
m
n
且可能有
m a, n b
,而m、n值只能由实验确定。
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一、反应速率定义
定义----单位时间内反应物或产物浓度改变的 量的绝对值。
平均速率和瞬间速率
2N2O5 = 4NO2 + O2
测定 O2 ( g ) 的析出量,可计算 N2O5 浓度变化
则反应速率:
V = -C2(N2O5)-C1(N2O5)/⊿t
(平均速率)及计算结果列于表7.1
2
t /s

第七章 化学动力学基础

第七章 化学动力学基础

基元反应中, 反应级数和反应分子数数值相等, 但反应分子数是微观量, 反应级数是宏观量。
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三、速率常数 —单位浓度下的反应速度。
r kcA cB

反应级数 速率方程
速率常数的单位
0
1 2
r =k
r=kc r=kc2
mol.L-1.s-1
s-1 mol-1.L.s-1
3
r=kc3
建立速率方程还可以对某反应做多次实验获得不 同初始浓度下的初始速率的初速度法。
表7-4 初速度法获得的N2和NO反应的动力学数据
实验标号
C(NO)
初始浓度/mol.l-1
C(H ) 2
形成N2的初速率r/mol.l-3.s-1
1 2 3 4 5 6
6.00x10-3 6.00x10-3 6.00x10-3 1.00x10-3 2.00x10-3 3.00x10-3
化 学 计 量 速 率 反 应 方 程 级 数 方 程 式 500K NO 2 g C Og kcNO2 2 2 NOg C O2 g H2 g I2 g 2HIg V=kc(H2)c(I2) 1+1
2NOg O2 g 2NO2 g
0 20 40 60 80
0.80 0.40 0.20 0.10 0.050
0.020 0.010 0.0050 0.0025
[解]由实验数据可见,该反应的速率与过氧 化氢的浓度成正比,故有:
c( H 2 O2 ) kc( H 2 O2 ) t
即该反应是一级反应。
建立速率方程还可以通过制作并分析 动力学曲线的作图法。
4
下面是反应 2NO2(g) →2NO(g)+O2(g)在一定时间 内反应物、产物浓度的变化实验数据(300 ℃ )

第七章:化学动力学(物理化学) ppt课件

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对任何反应: AA BB YY ZZ
A的消耗速率 Z的生成速率
vA dcA / dt vZ dcZ / dt
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8
反应速率与消耗速率和生成速率
v 1 dcA = 1 dcB = 1 dcY = 1 dcZ
A dt B dt Y dt Z dt
例如,下列反应 为总包反应:
H2 Cl2 2HCl H2 I2 2HI H2 Br2 2HBr
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在总反应中,连续或同时发生的所有基元反应称为 反应机理。
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4.反应分子数与质量作用定律
在基元反应中,实际参加反应的分子数目称为 反应分子数。反应分子数可区分为单分子反应、双 分子反应和三分子反应,四分子反应目前尚未发现。 反应分子数只可能是简单的正整数1,2或3。
例如: Cl2 M 2Cl M
Cl H2 HCl H
H Cl2 HCl Cl
2Cl M Cl2 M
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3.复杂反应——总包反应(overall reaction)
我们通常所写的化学方程式只代表反应的化学 计量式,而并不代表反应的真正历程。如果一个化 学计量式代表了若干个基元反应的总结果,那这种 反应称为复杂反应,也称总包反应或总反应。
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6
§7.1 化学反应的反应速率及速率方程
速度(velocity)是矢量,有方向性。 速率(rate)是标量 ,无方向性,都是正值。
速率方程又称动力学方程。它表明了反应速 率与浓度等参数之间的关系或浓度等参数与时间 的关系。速率方程可表示为微分式或积分式。
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无机化学第七章化学动力学基础

无机化学第七章化学动力学基础
第7章 化学动力学基础
• 7-1 化学反应速率 • 7-2 浓度对化学反应速率的影响 • 7-3 温度对化学反应速率的影响及阿仑尼乌
斯公式 • 7-4 反应历程 • 7-5 碰撞理论和过渡态理论 • 7-6 催化剂对反应速率的影响
2020/4/24
7-1 化学反应速率
化学反应,有的进行得很快,例如爆炸反应、 强酸和强碱的中和反应等,几乎在顷刻之间 完成,有的则进行得很慢,例如岩石的风化 、钟乳石的生长、镭的衰变等,历时千百万 年才有显著的变化。
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浓度对化学反应速率的影响
例:有一化学反应aAபைடு நூலகம்bB=C在298K时,将AB溶液按 不同浓度混合。得到下列数据。
A的初始浓度 B的初始浓度
1.0
1.0
2.0
1.0
4.0
1.0
1.0
1.0
1.0
2.0
1.0
4.0
求其速率方程?
2020/4/24
初始速度(mol/l·s) 1.2×10-2 2.3×10-2 4.9×10-2 1.2×10-2 4.8×10-2 1.9×10-1
2020/4/24
浓度对化学反应速率的影响
2NO+2H2===N2+2H2O v=k[NO]2[H2] NO为二级反应,H2为一级反应,总反应为三级反应

CH3CHO===CH4+CO v=k[CH3CHO]3/2 即为3/2级反应 反应级数不一定是整数,可以是分数,也可以为零。 级数为零的反应叫零级反应。即浓度变化,速度不变 。
lg
1
2020/4/24
[ CO ] 3
0 .050
浓度对化学反应速率的影响
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• 发生碰撞的分子应有足够高的能量 • 碰撞的几何方位要适当
N 表示具有能量E ~ E E范围内
NE 单位能量区间的分子数N与分子
总数N的比值(分子分数)
Ek
Ec
气体分子的能量 分布和活化能
Ek
分子平均能量
E
阴影面积表示活化分子分数
(E Ec)
7.4.2 活化络合物理论(过渡态理论)
以量子力学对反应过程中的能量变化 的研究为依据,认为从反应物到生成物之 间形成了势能较高的活化络合物,活化络 合物所处的状态叫过渡态。 例如反应:
NO(g) O3(g) NO2 (g) O2 (g)
NO 其活化络合物为O O O ,具有较高的 势能Eac 。它很不稳定,很快分解为产物 分子NO2和O2。
Eac Ea(逆)
(正)
Eac
(正)
Ea(逆)
化学反应过程中能量变化曲线
E(Ⅰ)-反应物(始态)势能 E(Ⅱ)-生成物(终态)势能 正反应的活化能 Ea(正) =Eac - E(Ⅰ) 逆反应的活化能 Ea(逆) =Eac - E(Ⅱ) ΔrHm= E(Ⅱ) - E(Ⅰ)= [Eac - Ea(逆)] -[Eac - Ea(正)]
kcAcB
α,β—反应级数:若α=1,A为一级反应; β=2,B为二级反应,则α+β=3,总反应级数
为3。α,β必须通过实验确定其值。通常
α≠a,β≠b。 k —反应速率系数:零级反应 mol·L-1 ·s-1;
一级反应 s-1;二级反应 (mol·L -1)-1 ·s-1; k 不随浓度而变,但受温度的影响,通常温度 升高, k 增大。
kt1/ 2
因ct1/ 2
1 2
c0
,
t1/ 2
ln 2 k
0.693 k
§7.3 温度对反应速率的影响 —Arrhenius方程式
7.3.1 Arrhenius方程式
7.3.2 Arrhenius方程式的应用
7.3.1 Arrhenius方程式
反应速率方程 kcAcB
影响反应速率的因素有两个: k和cB k与温度有关,T增大,一般k也增大,
7.2.1 化学反应速率方程式
7.2.2 反应级数 7.2.3 速率常数
7.2.1 化学反应速率方程式
40℃,CCl4中N2O5分解反应的υ:c( N2O5 ) N2O5的分解速率与N2O5浓度的比值是
恒定的,即反应速率υ与c(N2O5)成正比。
可见: kc(N2O5 )
对于一般的化学反应:
aA bB yY zZ
T T1时,ln k1 ln k0 Ea / RT1 T T2时,ln k2 ln k0 Ea / RT2
两式相减,整理得到:
ln
k2 k1
Ea R
1 T1
1 T2
活化能的数量级在40 ~400 kJ·mol-1 , 多数为60~250 kJ·mol-1 。
§7.4 反应速率理论和反应机理简介
7.4.1 碰撞理论 7.4.2 活化络合物理论(过渡态理论) 7.4.3 活化能与反应速率 7.4.4 反应机理与基元反应
7.4.1 碰撞理论
以气体分子运动论为基础,主要用于 气相双分子反应。 例如:反应
O3(g) NO(g) NO 2 (g) O2 (g)
kc(NO)c(O3)
发生反应的两个基本前提:
但k~T不是线性关系。
对数形式:ln
k
ln
k0
Ea RT
显然 ln k 1为直线关系, T
直线的斜率为 Ea ,
R
直线的截距为lnk0 。 由Arrhenius方程可定义Ea:
d ln k Ea dT RT 2

Ea
RT
2
d ln k dT
7.3.2 Arrhenius 由实验确定反应速率方程的 简单方法—初始速率法
例如:2NOg 2H2 g 1073kN2 g 2H2Og
该反应的速率方程式:
kcNO 2 c(H2 )
对NO而言是二级反应,对H2而言 是一级反应。
试问如何求出反应速率系数?
7.2.3 浓度与时间的定量关系
N
2O5在CCl
中的分解速率方程为:
ΔrHm= Ea(正) - Ea(逆) Ea(正) <Ea(逆), ΔrHm <0 ,为放热反应; Ea(正) >Ea(逆), ΔrHm >0 ,为吸热反应。
7.4.3 活化能与反应速率
浓度影响:当温度一定,某反应的活化 能也一定时, 浓度增大, 分子总数增加,活化 分子数随之增多,反应速率增大。
第七章 化学动力学基础
§7.1 化学反应速率 §7.2 浓度对反应速率的影响
—速率方程式 §7.3 温度对反应速率的影响
§3.4 反应速率理论和反应机理简介
§7.6 催化剂对反应速率的影响
§7.1 化学反应速率
7.1.1速度及其表示方法
1.速度:化学反应速度是用单位时 间内反应物浓度的减少或
生成物浓度的增加来表示的.
lnc-t 曲线应为直线
ln{c (N2O5)}
-1.5
-2.5
-3.5
-4.5 0
2000 4000 6000 8000 t /s
半衰期:
当反应物A的转化率为50%时所需的
反应时间称为半衰期,用 t1/ 2 表示。
对于一级反应,其半衰期为:
ln ct1 / 2 c
kt1/ 2 ,
0

ln 1 2
aA + bB
yY + zZ
dcA dcB dcY dcZ
adt bdt ydt zdt 对于定容的气相反应:
1 dpB B dt
7.1.3 平均速率与瞬时速率
1. 平均速率
某一有限时间间隔内浓度的变化量。
1 cB B t
t 0时
§7.2 浓度对反应速率的影响 —速率方程式
2.表达式:v=-△[反应物]/△t, v=△[生成物]/△t
3.单位:mol.L-1.S -1, mol.L -1.min -1, mol.L -1.h –1。
7.1.2 定容反应的反应速率
如果体积不变:
d dnB dcB Vdt V Bdt Bdt
1 c B t
t 0时
对于一般的化学反应:
4
kcN2O5 亦可写为:
dc dt kc(N2O5 ) ,
dc kdt c
ct
c0
dc(N2O5 ) c(N O 2 5 )
t
0
kdt
ln ct (N2O5 ) kt c0 (N2O5 )
通式:ln ct (A) kt(一级反应) c0 (A)
又:lnct (A) kt lnc0 (A)
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