化学反应速率

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第三章 化学反应速率和化学平衡

对任何化学反应来说都涉及到两方面的问题:一是快慢问题即速率问题,二是可逆反应的进行程度问题.本章研究上述问题.

第一节 化学反应速率

任何化学反应都有快慢问题(举例略).我们研究化学的速率问题,就是要使有利于我们的反应更快,不利于我们的反应减慢一些. 一.化学反应速率的表示方法 1.化学反应速率的含义

(1)定义:单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示.可用公式表示为:V= △C △t -1-1

(2)单位:mol·L·s等. (3)全取正值. 2.化学反应速率的分类 (1)平均速率

例.N2和H2在一定条件下合成NH3,在固定容积为10L的密闭容器中充入2molN2和8molH2,10s后反应达到平衡,测得容器中有NH30.2mol.计算用不同物质表示的反应速率.

[结论]化学反应速率之比等于方程式的系数之比.

(2)瞬时速率:△t趋近于0时,平均速率的极限就是瞬时速率. V=lim[ ] △t 二.反应的活化能

化学反应要发生的前提是反应物的分子要互相碰撞.但不是所有的碰撞都能发生反应.

1.有效碰撞:能发生化学反应的碰撞叫有效碰撞. 2.活化分子:能发生有效碰撞的分子叫活化分子.

3.化学反应的临界能:能发生有效碰撞的活化分子所具有的最低能量. 4.活化能:反应物分子的平均能量与活化分子的平均能量的差值称为活化能.

活化能高反应则慢.一般60-250kJ·mol.小于40kJ·mol的不易察觉,大于400kJ·mol的速率极慢. 三.影响化学反应速率的因素 (一)浓度

在一定温度下,增加反应物浓度,单位体积内活化分子总数增加,有效碰

-1

-1

-1

△t→0

△C

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撞增加,化学反应速率加快.

大多数反应不是一步就能完成的,是分步进行的.例如(教材P32):N2O5分解为NO2和O2的反应,实际上分三步: 第一步:2N2O5→2N2O3+2O2 第二步:2N2O3→2NO+2NO2 第三步:2NO+O2→2NO2 总反应:2N2O5→4NO2+O2 1.有关概念:

(1)基元反应:一步完成的反应.

(2)简单反应:由一个基元反应构成的反应.

(3)复杂反应:由两个或两个以上的基元反应构成的反应称为非基元反应或复杂反应.

2.速率方程式及其确定

(1)质量作用定律(反应速率定律)

对基元反应aA+bB→cC+dD,其速率方程式:V=k·c(A)·c(B) 含义:在基元反应中,化学反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比,这个规律叫质量作用定律(反应速率定律).

其中的k叫反应速率常数,是温度的函数.温度一定则k一定. 反应物浓度的指数a、b分别称为反应物A和B的反应级数,各组分反应级数的代数和称为该反应的总反应级数. (2)非基元反应速率方程式的确定

对基元反应,反应物级数即其前面的系数,而非基元反应其反应物级数需测定.

例题见教材P33(略)有一化学反应:aA+bB→C,在298K时,将A和B溶液按不同浓度混合,得到下列实验数据

A的初始浓度 B的初始浓度 -1-1mol·L mol·L 1.0 1.0 2.0 1.0 4.0 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 1.0 4.0 由此求该反应的速率方程式及速率常数.

[分析]设速率方程为V=kC(A)C(B).观察数据得m=1,n=2.代入任何一组数据得k=1.2×10L·mol·1

-22

-2

-1m

b

a

b

初速率mol·L·s (C的生成速率) -2 1.2×10-22.3×10 -24.9×10 -21.2×10 -24.8×10 -11.9×10 -1-大专班讲义 第三章 化学反应速率和化学平衡 第一节 化学反应速率 第 3 页 共 4页

[练习](教材P47选择题的1题)答案A. 1.下列叙述中正确的是

A.非基元反应是由若干基元反应组成的

B.凡速率方程式中各物质浓度的指数等于反应方程式中其化学计量系数时,此反应必为基元反应

C.反应级数等于反应物在反应方程式中的化学计量系数和 D.反应速率与反应物浓度的乘积成正比 [练习](教材P47选择题的2题)题答案C. 2.增加反应物浓度,反应速率加快的主要原因是

A.反应物的活化能下降 B.单位时间内分子间碰撞次数增加 C.反应物的活化分子数比例增加 D.反应物的活化分子数增加 [练习]P48计算题的2.化学反应由A和B生成C,从3次实验中取得了如下数据:

(1)写出这个反应的速率方程式. (2)求反应物的级数

(3)求反应速率常数k.

A的初始浓度 B的初始浓度 -1-1mol·L mol·L 0.6 0.15 0.2 0.6 0.2 0.15 22

-2

初速率mol·L·s(C的生成速率) -3 6.3×10-32.8×10 -47×10 -1

-1-1 提示:反应速率方程式为V=k·C(B)·C(A).反应级数为3.求反应的速率常数时,代入任何一组数值全可以.k=7/60L·mol·s. (二)温度

我们知道升高温度可使化学反应速率加快.一般规律是:温度每升高10℃,化学反应速率加快为原来的2-4倍.

解释:升高温度,有部分分子获得能量成为活化分子.

阿累尼乌斯公式:k=Aexp(-Ea/RT).含义:A是指前因子或频率因子,Ea是活化能,R=8.31J·mol·K.exp(-Ea/RT)的含义是:(-Ea/RT)是自然对数的底e=2.718的指数. (三)催化剂

1.催化剂的含义:能改变化学反应速率,而其本身在反应前后质量和化学组成不变的物质. 2.催化剂的特点

(1)只对能发生的反应起作用.

-1

-1

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(2)参与反应过程,但不改变始太和终太,同时加快正逆反应速率,不改变平衡状态. (3)选择性.

(4)特定条件下才能有活性.

[练习](教材P35的5题)反应2NO(g)+H2(g)→N2+2H2O(g)的速率方程式为V=kC(NO)C(H2),试说明下列情况对初始速率的影响.

(1)NO的浓度增加一倍[答案:加快] (2)加入催化剂[答案:加快] (3)温度降低[答案:减慢] (4)反应容器体积增大一倍[答案:减慢] [练习](P48选择题的3题)对给定的化学反应,随着反应的进行将发生 A.正反应速率降低 B.正反应速率常数K正变小 C.平衡常数变小 D.平衡常数变大 [答案:A]

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