化学22浓度与化学反应速率的关系
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• v = k c(CO) ( 实际为一级反应)
• 4、反应级数与N 级反应 • 意义： • 分级数、级数 • 特点：值可为 0、正整数、分数或负数 • 取值与N 级反应
• 5、速率常数 k • I 意义：比例常数 • II 影响因素 ：本性、温度、催化剂等 、与反应物浓 度大小无关。 • III 单位：（浓度）1- n · （时间）- 1 • 例：一级反应：k1 的 SI单位 S – 1 • 二级反应： k2 的 SI单位 m3 · mol—1 · s—1 • 结论：k的单位随反应级数而定 • IV k的大小实质：反应比速 （意义） • (数值相等、单位不同) • V/[v] = k / [k] • （[v] [k] 表示V 、 K 各自的单位） • V 应用 ：常用来比较相同条件下不同反应 • 的速率大小或同一反应在不同温度、 • 催化剂时的速率大小。
4. 定量公式： （1） 表达式 ： k = A exp(-Ea / RT) lg ( k/[k] )=- Ea/2.303RT + lg ( A/[A] ) （2）公式中各物理量的意义： （ 不同的反应 A 、Ea不同 （表2—1） 、 但在一定的温度范围内各为一定值） （3）公式的理解：
• I 当 T 一定时、对于不同的反应、Ea ↑
• 解： ln[c/[c] = - 0.0410 min-1 ×10.0min
• • • • • + ln(0.500mol· dm-3/mol· dm-3) 求得：c = 0.332mol· dm-3 t1/2 = 0.693 / k = 0.693/0.0410min-1 = 16.9min
2、2、2 温度与化学反应速率的关系
6 0 105kJ /mol
• 快 < > 很慢 （6）阿氏公式适用范围：P 38的第一类反反应
• 4、2、3 催化作用 • 1、催化剂与催化反应 • 2、催化剂改变化学反应速率的机理 • （P 38 图2—4） • 3、催化剂作用的特点： • （1）只能加速热力学上可能进行的反应 • （2）催化剂只能改化学反应速率常数 • k，而不改变化学平衡常数K • （3）催化反应中，催化剂具有特殊的选 择性 （P 39）
• 解：因为 反应速度与反应所需的时间成反比 • k2 / k1 = v2 / v1 = t1 / t2 = 110 s/ 45.0s • 由 lg ( k2/k1 ) = Ea / 2.303{ [ T2 – T1 ] / T2· T1} • 得Ea = 2.303R [T1 · T2 /(T2 – T1)]lg(k2 / k1) • Ea = 2.303×8.314 [293× 303/(303 • – 293)]lg(110 / 45.0) • =6.60 × 104 (J/mol)
• 直线斜率为 –k
•
II 半衰期t1/2 = 0.693 /k 与反应物浓 Hale Waihona Puke Baidu无关 • （3）t1/2 的应用 • I 放射性元素的特征常数 • II 基础科学研究的应用
• （4）例 P34 例2.1 （分析、讲） • 2 H2O2(l) = 2H2O(l) + O2(g) • H2O2分解是一级反应，k = 0.0410 min-1 • I 若从0.500mol/dm3 溶液开始分解，10分钟 • 后， 浓度是多少？ • II H2O2在溶液中分解一半所需的时间？
• 2、 基元反应的速率方程式——质量作用定律
• • • • （ 1） 定律意义与表达式 对于基元反应 a A + b B = g G + d D v = k CAa CBb （ 2 ）特点：可以根据反应方程式直接写出表 达式
• 3、 非基元反应的速率方程式 • （1）定律意义与表达式 • 对于非基元反应 a A + b B + ┅ g G + d D + ┅ • v = k CAα CBβ ┅ • （2） 特点： 式中 α 、β 等指数是待定数； • 表达式不能直接根据反应式写出， • 必须由实验确定。（例 P33） • 2CO(g) + O2(g) = 2CO2 (g) (V2O5催化剂)
2、3 几种类型的反应
• 2、3、1 多相反应 • 1、相、多相体系与多相反应 • 2、多相反应的速率常数kP kC 及影响 • 因素：物理的、化学的 • 3、多相反应的步骤： 扩散——反应— —离去
• 2、3、2 链反应 • 1、定义 • 2、链反应的三个阶段：链的引发、传 递、终止 • 3、爆炸反应的实质：生成的活性微粒 数多于消耗的活性微粒数 • 4、常见物质在空气中爆炸反应的极限： P 42 表 2—2
• （4）计算示例 （P 35 例2.2 ） • 例：已知反应 H2S2O3 = H2SO3 + S（s）
• • • • • 在浓度相同的条件下析出硫， T1= 293K时 需时t1 = 110 S ； T2 = 303K，需时t2 =45.0 S。 求：该反应的活化能Ea、313K析出硫并达到 同等程度浑浊时所需的时间。
• 6 、一级反应中反应物浓度、反应时间、 速率常数的关系式 • (1）表达式： • 对于一级反应： v = - dc /dt = k1c
• • 积分后 ： ln (c /[c]) = - k1t + ln(c0 / [c])
•
（注意解释各物理量的意义）
• （2）一级反应的特征： • I ln (c /[c]) t 一次直线方程、
2、2、1 浓度与化学反应速率的关系
• 1、基元反应与非基元反应 • 定义： • 例：O2 + H(g) = HO(g) + O (g) 基元反应
• •
•
2NO + 2H2 = N2 + 2H2O 非基元反应 2NO + H2 = N2 + H2O2 （慢）
H2O2 + H2 = 2H2 O （快）
• 1实验事实 ：牛奶在273K 时 48h 不变酸 、 • 在300K时 4h变酸（为什么？） • 2、理论解释： • T ↑ 、分子能量↑ 更多的分子参加反应， • 使 反应速率↑ • 3、半定量公式：范特荷夫规则： Δ T 10K • Δ v 2—4 倍（液体 1—2倍、气体 2—4倍）
• • • • • • •
• • • • • • • • k↓ v↓反应就越慢； 反之亦然。 II 对于同一反应（当反应物浓度相同时）T ↑ k↑ v↑ 反应就越快； 反之亦然。 III 可以根据不同T时的 k ,求反应的活化能 T1 时：lg ( k1 / [k] ) = - Ea/2.303RT1 + lg ( A/[A] ) T2 时：lg ( k2 / [k] ) = - Ea/2.303RT2 + lg ( A/[A] ) 两式相减有： lg ( k2/k1 ) = Ea / 2.303{ [ T2 – T1 ] / T2· T1}
• 当 T3 = 313K时 • 由 lg ( k3/k1 ) = Ea / 2.303{ [ T3 – T1 ] / T3· T1} • lg ( 110s / t3) = Ea / 2.303{ [ T2 – T1 ] / T2· T1} • 求得反应时间: t = 19.5 S • (5) Ea 对反应速率影响的经验规律：
• 4、反应级数与N 级反应 • 意义： • 分级数、级数 • 特点：值可为 0、正整数、分数或负数 • 取值与N 级反应
• 5、速率常数 k • I 意义：比例常数 • II 影响因素 ：本性、温度、催化剂等 、与反应物浓 度大小无关。 • III 单位：（浓度）1- n · （时间）- 1 • 例：一级反应：k1 的 SI单位 S – 1 • 二级反应： k2 的 SI单位 m3 · mol—1 · s—1 • 结论：k的单位随反应级数而定 • IV k的大小实质：反应比速 （意义） • (数值相等、单位不同) • V/[v] = k / [k] • （[v] [k] 表示V 、 K 各自的单位） • V 应用 ：常用来比较相同条件下不同反应 • 的速率大小或同一反应在不同温度、 • 催化剂时的速率大小。
4. 定量公式： （1） 表达式 ： k = A exp(-Ea / RT) lg ( k/[k] )=- Ea/2.303RT + lg ( A/[A] ) （2）公式中各物理量的意义： （ 不同的反应 A 、Ea不同 （表2—1） 、 但在一定的温度范围内各为一定值） （3）公式的理解：
• I 当 T 一定时、对于不同的反应、Ea ↑
• 解： ln[c/[c] = - 0.0410 min-1 ×10.0min
• • • • • + ln(0.500mol· dm-3/mol· dm-3) 求得：c = 0.332mol· dm-3 t1/2 = 0.693 / k = 0.693/0.0410min-1 = 16.9min
2、2、2 温度与化学反应速率的关系
6 0 105kJ /mol
• 快 < > 很慢 （6）阿氏公式适用范围：P 38的第一类反反应
• 4、2、3 催化作用 • 1、催化剂与催化反应 • 2、催化剂改变化学反应速率的机理 • （P 38 图2—4） • 3、催化剂作用的特点： • （1）只能加速热力学上可能进行的反应 • （2）催化剂只能改化学反应速率常数 • k，而不改变化学平衡常数K • （3）催化反应中，催化剂具有特殊的选 择性 （P 39）
• 解：因为 反应速度与反应所需的时间成反比 • k2 / k1 = v2 / v1 = t1 / t2 = 110 s/ 45.0s • 由 lg ( k2/k1 ) = Ea / 2.303{ [ T2 – T1 ] / T2· T1} • 得Ea = 2.303R [T1 · T2 /(T2 – T1)]lg(k2 / k1) • Ea = 2.303×8.314 [293× 303/(303 • – 293)]lg(110 / 45.0) • =6.60 × 104 (J/mol)
• 直线斜率为 –k
•
II 半衰期t1/2 = 0.693 /k 与反应物浓 Hale Waihona Puke Baidu无关 • （3）t1/2 的应用 • I 放射性元素的特征常数 • II 基础科学研究的应用
• （4）例 P34 例2.1 （分析、讲） • 2 H2O2(l) = 2H2O(l) + O2(g) • H2O2分解是一级反应，k = 0.0410 min-1 • I 若从0.500mol/dm3 溶液开始分解，10分钟 • 后， 浓度是多少？ • II H2O2在溶液中分解一半所需的时间？
• 2、 基元反应的速率方程式——质量作用定律
• • • • （ 1） 定律意义与表达式 对于基元反应 a A + b B = g G + d D v = k CAa CBb （ 2 ）特点：可以根据反应方程式直接写出表 达式
• 3、 非基元反应的速率方程式 • （1）定律意义与表达式 • 对于非基元反应 a A + b B + ┅ g G + d D + ┅ • v = k CAα CBβ ┅ • （2） 特点： 式中 α 、β 等指数是待定数； • 表达式不能直接根据反应式写出， • 必须由实验确定。（例 P33） • 2CO(g) + O2(g) = 2CO2 (g) (V2O5催化剂)
2、3 几种类型的反应
• 2、3、1 多相反应 • 1、相、多相体系与多相反应 • 2、多相反应的速率常数kP kC 及影响 • 因素：物理的、化学的 • 3、多相反应的步骤： 扩散——反应— —离去
• 2、3、2 链反应 • 1、定义 • 2、链反应的三个阶段：链的引发、传 递、终止 • 3、爆炸反应的实质：生成的活性微粒 数多于消耗的活性微粒数 • 4、常见物质在空气中爆炸反应的极限： P 42 表 2—2
• （4）计算示例 （P 35 例2.2 ） • 例：已知反应 H2S2O3 = H2SO3 + S（s）
• • • • • 在浓度相同的条件下析出硫， T1= 293K时 需时t1 = 110 S ； T2 = 303K，需时t2 =45.0 S。 求：该反应的活化能Ea、313K析出硫并达到 同等程度浑浊时所需的时间。
• 6 、一级反应中反应物浓度、反应时间、 速率常数的关系式 • (1）表达式： • 对于一级反应： v = - dc /dt = k1c
• • 积分后 ： ln (c /[c]) = - k1t + ln(c0 / [c])
•
（注意解释各物理量的意义）
• （2）一级反应的特征： • I ln (c /[c]) t 一次直线方程、
2、2、1 浓度与化学反应速率的关系
• 1、基元反应与非基元反应 • 定义： • 例：O2 + H(g) = HO(g) + O (g) 基元反应
• •
•
2NO + 2H2 = N2 + 2H2O 非基元反应 2NO + H2 = N2 + H2O2 （慢）
H2O2 + H2 = 2H2 O （快）
• 1实验事实 ：牛奶在273K 时 48h 不变酸 、 • 在300K时 4h变酸（为什么？） • 2、理论解释： • T ↑ 、分子能量↑ 更多的分子参加反应， • 使 反应速率↑ • 3、半定量公式：范特荷夫规则： Δ T 10K • Δ v 2—4 倍（液体 1—2倍、气体 2—4倍）
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• • • • • • • • k↓ v↓反应就越慢； 反之亦然。 II 对于同一反应（当反应物浓度相同时）T ↑ k↑ v↑ 反应就越快； 反之亦然。 III 可以根据不同T时的 k ,求反应的活化能 T1 时：lg ( k1 / [k] ) = - Ea/2.303RT1 + lg ( A/[A] ) T2 时：lg ( k2 / [k] ) = - Ea/2.303RT2 + lg ( A/[A] ) 两式相减有： lg ( k2/k1 ) = Ea / 2.303{ [ T2 – T1 ] / T2· T1}
• 当 T3 = 313K时 • 由 lg ( k3/k1 ) = Ea / 2.303{ [ T3 – T1 ] / T3· T1} • lg ( 110s / t3) = Ea / 2.303{ [ T2 – T1 ] / T2· T1} • 求得反应时间: t = 19.5 S • (5) Ea 对反应速率影响的经验规律：