第九章 化学动力学基本原理 物理化学教学课件
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rk[A][B]
式中的k称为反应的速率常数。对于指定的反应，k的值与浓度无 关而与反应的温度及所用的催化剂有关。
k 的单 m (m 位 d o d o 3 m l3 m s l) n 是 1 (m： d o 3 m l)1 ns 1
于是一级反应的单位： 为s1。 二级反应的单m位o是 l1d： m3s1。
对于反应：A + B → 产物 ab
cA= a-x cB =b-x
ddxtk2(ax)(bx)
dx (ax)(bx)
k2d
t
x dx
0 (ax)(bx)
t
0k2d
t
0 x(ab d )b (x x)0 x(ab d )a (x x)0 tk2dt
l(a n b b (x ))(a l n b b )l(a n a b (x ))(a l n a b )k2 t
1
H 2 C 2 l2 H,r C k [H l2][C 2]2l
一般地说，只知道化学反应的计量方程式是不能预言其速率公式的， 而只能通过实验才能确定。
4. 反应级数
rk[A][B]
速率方程中各反应物浓度项上的指数分别称为参加反应的各组分 的级数；各指数之和称为总反应的级数，即：
nห้องสมุดไป่ตู้
反应级数可以是整数、分数、零或负数。
图9.1 浓度随反时应间的变化
反应速率的实验测定实际上就是测定不同时刻反应物或产物的浓 度，可分为化学法和物理法两类。 1. 化学法 2. 物理法
3. 反应速率的经验表达式
H 2 I 2 2 H ,r k I [ H 2 ]I 2 [ ]
1
H2 B2r2HB,rk1[H k2]'[[BH2rB]2]r [B2r]
k2t(a1b)lnba((ab xx)) 如a 果 b,则 d dx t k2(ax)2
x k2t a(a x)
此时，t1/2
1 k2a
即二级反应的半衰期与反应物的起始浓度成反比。
例3 教材337页例2 3. 三级反应和零级反应
三级反应的例子有FeSO4在水溶液中的氧化、Fe3+和I-的作用等， 但在气相中却比较少见。
基本任务是研究各种因素（如反应系统中各种反应物的浓度、温 度、催化剂等）对反应速率的影响，揭示化学反应如何进行的机 理，研究物质的结构和反应性能的关系。
2. 化学动力学发展简史 化学动力学的发展主要经历了三个重要的阶段：宏观反应动力学、 基元反应动力学和微观反应动力学。 3. 反应机理的概念 反应H： 2C2l2HC包l 括下列四个步骤： (i)C2l2Cl (i)iC lH 2 H C H l
例1 教材334页习题之（2）和（4）
解 (2)： dd [A ]tk1[A ]k2[B] dd [B ]tk1[A ]k2[B ]k3[B ]C []
d[C] dt
k3[B][C]
d[D] dt
k3[B][C]
解 (4)： 1 2dd [A ]tk1[A ]2k2[B ] 即 dd [A]t2k1[A]22k2[B] dd [B]tk1[A ]2k2[B]k3[B] d[C] dt k3[B]
5. 质量作用定律
对于基元反应，反应速率与反应物浓度的幂乘积成正比。幂指数就 是基元反应方程中各反应物的计量数——质量作用定律。
基元 a A b反 B g G h 应 其 H r k A , ： a B b
例如基 :2 I H 元 2 2 H 反 ,其 Ir 应 k[I]2 [H 2]
6. 速率常数
(i)iH i C 2 lH C Cll
(i) v 2 C lM C 2 lM
计量方程式仅表示反应的宏观总效果，称为总反应。
基元反应(简称元反应)：由反应物分子(或离子、原子、自由基等) 直接作用而生成新产物的反应。 反应机理又称为反应历程：组成宏观总反应的基元反应的总和及其 序列。
简单反应：仅由一种基元反应组成的总反应。 复合反应：由两种或两种以上基元反应所组成的总反应。 反应分子数：在基元反应中，实际参加反应的分子数目。 依据反应分子数目的不同，基元反应可区分为：单分子反应；双 分子反应和三分子反应。
第九章 化学动力学基本原理
§9.1 引言 1. 化学动力学的任务和目的
H 21 2O 2 H 2 O , rG m 2.3 2 K 7 m J 1ol
H N C a l H 2 O O N , H r a G m C 7 . 9 K 9 l 1 m J 1 o
化学动力学就是研究化学反应速率的科学。
c
对三级反应 1对 ， t作以 图应得 ; 直线 c2
对零级反应 c对t， 作以 图应得 . 直线
例4 教材342页例4 (3) 半衰期法
根据 n 级反应的半衰期通式：t1/2 ka1n
lnt1(1n)lnalnk
2
取两个不同起始浓度a，a’作实验，分别测定半衰期为t1/2和t`1/2，
因是同一反应，常数k相同，所以：
t1
ln(
2
t '1
)
n 1
ln(
2
a ')
a
2. 微分法 微分法：利用速率公式的微分形式来确定反应级数的方法。
§9.3 简单级数反应的动力学规律
简单级数反应：反应速率只与反应物浓度有关，而且反应级数(α、 β或n)都只是零或正整数的反应。
1. 一级反应
反应速率与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。
dc dt
k1c
dc c k1dt
lnck1tB
当t=0时c=c0 B=lnc0
ln
c0 c
k1t
或cc0e(k1t)
图 9.2 一级反应的lnc对t的图
反应的半衰期：反应物浓度由c0消耗到c=1/2c0所需的反应时间。
一级反应的t12半 lkn1衰 20期 .6k19： 3即 2 与起始浓度
例2 教材335页例1
2. 二级反应 二级反应:反应速率与反应物浓度的二次方（或两种反应物浓度的 乘积）成正比的反应。
零级反应的速率与反应物起始浓度无关，而半衰期与反应物起始 浓度成正比。
§9.4 反应级数的测定
常用方法：
（1）积分法 （2）微分法
（3） 孤立法(过量浓度法)
1. 积分法：利用速率公式的积分形式来确定反应级数的方法。
(1) 尝试法
(2) 作图法
对一级反应 lnc对 ，t作 以图应得; 直线 对二级反应 1对 ， t作以 图应得 ; 直线
式中的k称为反应的速率常数。对于指定的反应，k的值与浓度无 关而与反应的温度及所用的催化剂有关。
k 的单 m (m 位 d o d o 3 m l3 m s l) n 是 1 (m： d o 3 m l)1 ns 1
于是一级反应的单位： 为s1。 二级反应的单m位o是 l1d： m3s1。
对于反应：A + B → 产物 ab
cA= a-x cB =b-x
ddxtk2(ax)(bx)
dx (ax)(bx)
k2d
t
x dx
0 (ax)(bx)
t
0k2d
t
0 x(ab d )b (x x)0 x(ab d )a (x x)0 tk2dt
l(a n b b (x ))(a l n b b )l(a n a b (x ))(a l n a b )k2 t
1
H 2 C 2 l2 H,r C k [H l2][C 2]2l
一般地说，只知道化学反应的计量方程式是不能预言其速率公式的， 而只能通过实验才能确定。
4. 反应级数
rk[A][B]
速率方程中各反应物浓度项上的指数分别称为参加反应的各组分 的级数；各指数之和称为总反应的级数，即：
nห้องสมุดไป่ตู้
反应级数可以是整数、分数、零或负数。
图9.1 浓度随反时应间的变化
反应速率的实验测定实际上就是测定不同时刻反应物或产物的浓 度，可分为化学法和物理法两类。 1. 化学法 2. 物理法
3. 反应速率的经验表达式
H 2 I 2 2 H ,r k I [ H 2 ]I 2 [ ]
1
H2 B2r2HB,rk1[H k2]'[[BH2rB]2]r [B2r]
k2t(a1b)lnba((ab xx)) 如a 果 b,则 d dx t k2(ax)2
x k2t a(a x)
此时，t1/2
1 k2a
即二级反应的半衰期与反应物的起始浓度成反比。
例3 教材337页例2 3. 三级反应和零级反应
三级反应的例子有FeSO4在水溶液中的氧化、Fe3+和I-的作用等， 但在气相中却比较少见。
基本任务是研究各种因素（如反应系统中各种反应物的浓度、温 度、催化剂等）对反应速率的影响，揭示化学反应如何进行的机 理，研究物质的结构和反应性能的关系。
2. 化学动力学发展简史 化学动力学的发展主要经历了三个重要的阶段：宏观反应动力学、 基元反应动力学和微观反应动力学。 3. 反应机理的概念 反应H： 2C2l2HC包l 括下列四个步骤： (i)C2l2Cl (i)iC lH 2 H C H l
例1 教材334页习题之（2）和（4）
解 (2)： dd [A ]tk1[A ]k2[B] dd [B ]tk1[A ]k2[B ]k3[B ]C []
d[C] dt
k3[B][C]
d[D] dt
k3[B][C]
解 (4)： 1 2dd [A ]tk1[A ]2k2[B ] 即 dd [A]t2k1[A]22k2[B] dd [B]tk1[A ]2k2[B]k3[B] d[C] dt k3[B]
5. 质量作用定律
对于基元反应，反应速率与反应物浓度的幂乘积成正比。幂指数就 是基元反应方程中各反应物的计量数——质量作用定律。
基元 a A b反 B g G h 应 其 H r k A , ： a B b
例如基 :2 I H 元 2 2 H 反 ,其 Ir 应 k[I]2 [H 2]
6. 速率常数
(i)iH i C 2 lH C Cll
(i) v 2 C lM C 2 lM
计量方程式仅表示反应的宏观总效果，称为总反应。
基元反应(简称元反应)：由反应物分子(或离子、原子、自由基等) 直接作用而生成新产物的反应。 反应机理又称为反应历程：组成宏观总反应的基元反应的总和及其 序列。
简单反应：仅由一种基元反应组成的总反应。 复合反应：由两种或两种以上基元反应所组成的总反应。 反应分子数：在基元反应中，实际参加反应的分子数目。 依据反应分子数目的不同，基元反应可区分为：单分子反应；双 分子反应和三分子反应。
第九章 化学动力学基本原理
§9.1 引言 1. 化学动力学的任务和目的
H 21 2O 2 H 2 O , rG m 2.3 2 K 7 m J 1ol
H N C a l H 2 O O N , H r a G m C 7 . 9 K 9 l 1 m J 1 o
化学动力学就是研究化学反应速率的科学。
c
对三级反应 1对 ， t作以 图应得 ; 直线 c2
对零级反应 c对t， 作以 图应得 . 直线
例4 教材342页例4 (3) 半衰期法
根据 n 级反应的半衰期通式：t1/2 ka1n
lnt1(1n)lnalnk
2
取两个不同起始浓度a，a’作实验，分别测定半衰期为t1/2和t`1/2，
因是同一反应，常数k相同，所以：
t1
ln(
2
t '1
)
n 1
ln(
2
a ')
a
2. 微分法 微分法：利用速率公式的微分形式来确定反应级数的方法。
§9.3 简单级数反应的动力学规律
简单级数反应：反应速率只与反应物浓度有关，而且反应级数(α、 β或n)都只是零或正整数的反应。
1. 一级反应
反应速率与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。
dc dt
k1c
dc c k1dt
lnck1tB
当t=0时c=c0 B=lnc0
ln
c0 c
k1t
或cc0e(k1t)
图 9.2 一级反应的lnc对t的图
反应的半衰期：反应物浓度由c0消耗到c=1/2c0所需的反应时间。
一级反应的t12半 lkn1衰 20期 .6k19： 3即 2 与起始浓度
例2 教材335页例1
2. 二级反应 二级反应:反应速率与反应物浓度的二次方（或两种反应物浓度的 乘积）成正比的反应。
零级反应的速率与反应物起始浓度无关，而半衰期与反应物起始 浓度成正比。
§9.4 反应级数的测定
常用方法：
（1）积分法 （2）微分法
（3） 孤立法(过量浓度法)
1. 积分法：利用速率公式的积分形式来确定反应级数的方法。
(1) 尝试法
(2) 作图法
对一级反应 lnc对 ，t作 以图应得; 直线 对二级反应 1对 ， t作以 图应得 ; 直线