工科化学答案第三章化学反应速率

第三章 化学反应速率

教学内容

1．化学反应速率； 2.影响化学反应速率的因素。

教学要求

掌握化学反应速率的表示方法；熟悉元反应、反应级数、反应速率常数、半衰期、有效碰撞、活化分子、活化能等概念；熟悉化学反应速率的影响因素及其本质；掌握质量作用定律及其应用条件；掌握Arrhenius 公式及其应用；掌握一级反应的特点和有关计算。

知识点与考核点

1.化学反应速率的表示方法

aA + fF → gG + dD ∑ν

=B

B

B 0

v ＝

dt

V d ⋅ζ (mol ·l –1·s –1

) (单位体积中反应进度随时间的变化率)

v ＝

dt V dn B B ⋅⋅ν = dt

dc B B

⋅ν。

因为反应进度与化学方程式书写方式有关, 所以速率方程也必须对应指定 的化学方程式。

2．元反应

直接作用，一步完成的反应。（复杂反应：由多步完成的反应，其中每一步均为元反应。） 速率方程：化学反应速率与反应物浓度的关系式。 3．质量作用定律

对元反应 a A + f F = g G + d D ，反应速率v ＝

dt

dc B B ⋅ν＝f

F a A c c k ⋅⋅（速率方程）。

k 为速率常数。 a + f 为反应级数。

说明：① 质量作用定律仅适用于元反应；

② 速率方程中固体、纯液体、稀溶液中的溶剂浓度不表示； ③ 反应机理不清或非元反应的速率方程由实验测定。 2． 活化分子

能发生有效碰撞（能生成产物的碰撞）的分子，活化分子的能量较高。 3． 活化能a E

活化分子所具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差。 4． Arrhenius 公式 k ＝A RT

E a e

- )(ln

1

21

212T T T T -=R E k k a 5． 一级反应 速率方程kdt B c B dc v =-

=)

()

(， 特点 ①ln c （B ）与t 呈线性关系 [ln c （B ）= –kt + ln c 0（B ）]。

②k

t 693

.02

1

=

（半衰期21t 与c 0无关） 8．化学热力学与化学动力学

化学热力学研究的是反应能否进行，反应的限度如何；化学动力学研究的是反应的速度如何，反应经历怎样的步骤，机理如何。 所以热力学的自发进行与实际发生化学反应还不能完全一致。例如m r G ∆< 0时，只能说明从化学热力学角度讲，在等温等压条件下，反应有自发进行的可能，但是有时．．实际上并不发生。例如常温、标准态下由H 2和O 2化合生成H 2O 的反应m r G ∆＜0，但是实际上几乎不发生此反应，若要实现此反应，往往要采用催化剂或其它手段以降低活化能。化学热力学的可能性与化学动力学的现实性之间的关系是：m r G ∆< 0，反应不一定实际发生，但反应实际发生了，m r G ∆一定 < 0。；m r G ∆>> 0，则反应一定不能．．

发生。 思考题与习题解答

1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。 （1） 每种分子都具有各自特有的活化能。

答：不正确，活化能是活化分子所具有的最低能量与反应物分子平均能量之

差。 （前提: 发生化学反应；特点:活化能是个差值，是对一个化学反应而言的，而不是对一个分子而言的）

（2） 影响反应速率的几个主要因素对反应速率常数也都有影响。

答：不正确，温度和催化剂同时影响反应速率和速率常数，而浓度和压强只影响反应速率，而不影响反应速率常数。

（3）如果某反应速率方程中每一反应物的级数，都与相应化学计量方程式 中的化学计量数相同，则该反应必是元反应。

答：否，例如H 2+I 2=2HI 速率方程为 v=kc （H 2）c （I 2）， 曾经长期被认为是简单反应。但研究表明，此反应经历了两个步骤

① I 2I 2⇔ （快反应，可逆平衡）； )

(I (I)

22c c K =； )(I (I)22c K c ⋅=；

② HI 2I 2H 2→+（慢反应，元反应）；

根据质量作用定律(I))(H 222c c k =ν； [ 将)(I (I)22Kc c =带入 ] 得到其速率方程：)(I )(H 222Kc c k =ν = )(I )(H 22c kc 虽然其速率方程符合质量作用定律，但此反应是复杂反应。 （4）加催化剂不仅可以加快反应速率，还可影响平衡，也可使热力学认为 不能进行的反应自发进行.

答：否，加催化剂只能改变反应速率，不能影响化学平衡，也不能改变反应方向。 （5）反应级数只能是0或正整数。

答：错，反应级数不仅可以为0或正整数，而且可以为小数或负数。 （6）所有化学反应速率都和温度成正比。

答：不对，多数化学反应符合Arrhenius 公式，但是一部分化学反应速率与温度的关系比较复杂，甚至有些反应（例如NO+O 2=NO 2）与温度成反比。

（7）升高温度可以加快所有化学反应的速率。答：错 [见(6)]。

2．选择题（将正确答案的标号填入空格内）

（1）已知反应A + 2B = 2D 的速率方程为v=kc （A ）c 2（B ），则该反应（ ） ① 是元反应 ② 是非元反应 ③ 应由实验确定 ④ 无法确定

答：正确答案是③。

（2）升高温度可以增加反应速率，主要原因是（ ） ① 增加分子总数 ② 增加活化分子总数 ③ 降低反应的活化能 ④ 使反应向吸热方向进行

答：正确答案是②。

（3）链反应的基本步骤有（ ），在链传递过程中，产生的自由基数目大于消耗掉的自由基数目的链反应是（ ）。

① 链的引发，链的传递 ② 链的引发，链的传递，链的终止 ③ 直链反应 ④ 支链反应 答：正确答案是②和④。

3．用锌和稀硫酸制取氢气，该反应的Δr H 为负值，在反应开始后的一段时间内反应速率加快，后来反应速率又变慢，试从浓度、温度等因素来解释此现象。

答：开始时，因为反应放热，使体系温度升高，加快反应了速率；随反应物 的消耗，其浓度下降，反应速率随之变慢。