无机及分析化学(第三章化学动力学基础).ppt
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1、化学反应速率,热力学只从体系的始态和终态看问题,它仅能讨论反应的可能性、限度和能量变化等问题,它并没有涉及反应所经历的途径和完成这个反应需要的时间(速度)而在研究化学反应时,仅仅解决可能性、限度和能量变化等问题是不够的,例如:H2 与O2 的反应,反应的可能性是很大的,G O,但在室温条件下,将N2与H2放在一起,一辈子也得不到NH3。为什么?还有动力学问题!,还如:对于化学反应:有的快,有的慢 有的能完全反应,有的只部分反应 有的需要加快,有的则要求控制 所以,我们仅仅讨论反应的可能性、限度和能量变化关系问题是不够的。我们还需讨论化学反应的速度等问题,讨论化学反应是如何进行的问题,这就是本章
2、要学习的内容,而这些问题属于化学动力学范畴。化学反应动力学讨论的是:化学反应是如何进行的问题,具体包括:化学反应的机理、反应速度等方面的内容。,1、化学反应速率的概念,1.1 定容反应的化学反应速率 速率是与时间相联系的,是某物理量随时间的变化率。在化学反应中,一般定义是,单位时间、单位体积内某种反应物或生成物的物质量的变化。对于气相反应来说,可用分压的变化来表示。常采用浓度变化较易测定的那种物质来表示化学反应速率。,1.2 平均速率和瞬时速率,1、平均速度 V=c/t 2、瞬时速度 以N2O5分解反应为例:,N2O5(g)=NO2(g)+O2(g)t=0 n01 n02 n03t=t n1
3、n2 n31、实验测定出不同时间t时的n1、n2、n3,计算出分解速率V,列出V t关系表2、以V做纵坐标,t为横坐标作图3、求平均速度:V=c/t4、求瞬时速度:V=limv=dc/dt t0,2、浓度对反应速率的影响速率方程式,化学反应速率首先决定于反应物的内部因素,其次是外部因素。不同的化学有不同的反应速度,同一化学反应,在不同的反应条件下,反应速度不一样。对于某一指定的化学反应,其反应速度还与浓度、温度、催化剂等因素有关。为了讨论速率方程式,简要介绍反应机理有关方面的知识。,反应机理 讨论的问题:一个反应是如何进行的?1)基元反应与复杂反应(非基元反应),反应物分子直接碰撞而发生的化学
4、反应称为基元反应,它是一步完成的反应。由一个基元反应构成的化学反应称为简单反应。由两个或两个以上的基元反应构成的化学反应称为非基元反应或复合反应。由一个基元反应构成的化学反应并不多,因此,一个化学反应方程式,除非特别注明,都属于化学计量方程式,而不代表基元反应。例如:,2KMnO4+16HCl 2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O 2N2O5 4NO2+O2上述两反应是非基元反应。,例如:2N2O54NO2+O2是以下列方式进行的:2N2O52N2O3+2O2(快)基元反应 2N2O32NO2+2NO(快)基元反应+2NO+O22NO2(慢)基元反应 2N2O54NO2+O2(总反应)复
5、杂反应可见,总反应(或一般的化学计量反应是由若干个基元反应组成的。,2)反应的控速步骤(Rate-contralling step)任何一个复杂反应都是由多个基元反应组成的,基元反应有的快,有的慢,影响反应速度(或说决定反应速度的是其中的慢反应,此慢反应即称为控速步骤。例如,在 2N2O5 4NO2+O2反应中:2NO+O22N2O3 是慢反应,是控速步骤。,2.1 化学反应速率方程式,对于一个基元反应:aA+bB cC 反应物要发生反应首先要碰撞,显然,在一个体系中,微观粒子越多,碰撞的机会越多,反应的可能性越大。质量作用定律:在一定的温度下,均相物系时,反应速度与反应物的浓度系数之方的乘积
6、成正比(1863年,挪威化学家Guldberg提出)。,基元反应的化学反应速率方程:,式中:k为反应速度常数 CA、CB为物质A、B的浓度 a为A物质的反应级数 b为B物质的反应级数 a+b则为整个反应的级数。,当:a=1时,对A物质是1级反应 b=1时,对为B物质是1级反应 a+b=n时,则整个反应为n级反应。,1)速率常数k,上式中的比例系数k称为速率常数。k的物理意义:单位浓度时的反应速率。速率常数k取决于反应的本性,其它条件相同时快反应通常有较大的速率常数;速率常数k与浓度无关;k是温度的函数,温度升高,k值增大。,2)反应级数,速度方程中,反应物浓度的指数、称为反应的分级数,或称为相
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