化学反应的速率省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

Fujian Normal UniversityChapter 1111.3.2 二级反应二级反应二级反应有两种类型二级反应有两种类型（1）2B产物产物（2）AB 产物产物以第一个为例以第一个为例第第1页页Fujian Normal UniversityChapter 11l反过来，反过来，假如反应假如反应1/B-t是线性关系，是线性关系，那么我们就认为它是二级反应。那么我们就认为它是二级反应。l据上式，二级反应半衰期是据上式，二级反应半衰期是l类似一级反应，可得类似一级反应，可得l说明二级反应半衰期说明二级反应半衰期与浓度相关与浓度相关。第第2页页Fujian Normal UniversityChapter 11二级反应相关计算二级反应相关计算lP467例例11.4、5第第3页页Fujian Normal UniversityChapter 1111.3.3 零级反应零级反应l零级反应中反应速率与浓度无关，即零级反应中反应速率与浓度无关，即l 也就是也就是B-t图像应是线性关系。图像应是线性关系。第第4页页Fujian Normal UniversityChapter 11反应级数特例反应级数特例l复杂反应速率经常取决于其中复杂反应速率经常取决于其中最慢最慢基元反应速率，基元反应速率，如如 H2(g)+I2(g)2HI(g)基元反应是基元反应是I2(g)+M 2I(g)+M（快反应）（快反应）（1）H2(g)+2I(g)2HI(g)（慢反应）（慢反应）（2）所以反应速率由（所以反应速率由（2）决定）决定:v=k2H2I2 其中其中I能够经过（能够经过（1）求得。因为反应（）求得。因为反应（1）很快建）很快建立平衡，所以有：立平衡，所以有：第第5页页Fujian Normal UniversityChapter 11l其中其中I2即使是平衡浓度，但因为碘解离度很小，即使是平衡浓度，但因为碘解离度很小，能够认为碘浓度一直没有什么改变，即能够认为碘浓度一直没有什么改变，即I2=I2 l所以所以v=k2H2I2=k2H2K1 I2=k H2 I2l也就是说，总反应即使不是基元反应，但也就是说，总反应即使不是基元反应，但速率方程速率方程形式就如同基元反应。理论推导（要求）形式就如同基元反应。理论推导（要求）与试验建与试验建立速率方程也是一致。立速率方程也是一致。第第6页页Fujian Normal UniversityChapter 11小结小结l反应机理研究很复杂。反应机理研究很复杂。l反应级数和速率方程不能靠反应式决定。反应级数和速率方程不能靠反应式决定。l需要大量试验与讨论。需要大量试验与讨论。ln级反应相关计算很主要。级反应相关计算很主要。第第7页页Fujian Normal UniversityChapter 11第第8页页Fujian Normal UniversityChapter 11 This plot of lnH2O2 vs.time produces a straight line,suggesting that the reaction is first order.第第9页页Fujian Normal UniversityChapter 1111.4 反应速率理论介绍反应速率理论介绍11.4.1 碰撞理论碰撞理论l基本观点基本观点反应物（以分子为例）经反应物（以分子为例）经碰撞碰撞才能发才能发生反应。生反应。主要适合用于主要适合用于气体双分子气体双分子反应。反应。l实际反应速率远低于理论碰撞频率原因：实际反应速率远低于理论碰撞频率原因：1.能量原因能量原因需要碰撞分子有足够能量。需要碰撞分子有足够能量。活化分活化分子子（能产生反应高能分子），（能产生反应高能分子），活化能活化能（将普通分（将普通分子激活为活化分子子激活为活化分子最低能量最低能量，kJ.mol-1 ，用于破，用于破旧键，立新键）。旧键，立新键）。有效碰撞有效碰撞（能产生反应少数高（能产生反应少数高能碰撞）。能碰撞）。第第10页页Fujian Normal UniversityChapter 11活化能（正逆不一样）活化能（正逆不一样）O第第11页页Fujian Normal UniversityChapter 11v=fZ 其中其中Z是单位时间和体积内分子碰撞次数。是单位时间和体积内分子碰撞次数。2.方位原因（或概率原因）方位原因（或概率原因）要求分子不但要求分子不但有足够能量，还要有有足够能量，还要有适当取向适当取向。所以要增加。所以要增加方位因子方位因子P（概率因子）：概率因子）：v=PfZ能量原因能量原因f（活化分子百分比）。活化分子百分比）。第第12页页Fujian Normal UniversityChapter 11亚硝酰氯亚硝酰氯第第13页页Fujian Normal UniversityChapter 11碰撞理论优缺点：碰撞理论优缺点：l优点优点直观，好了解，对于一些简单分直观，好了解，对于一些简单分子反应解释得较成功。子反应解释得较成功。l缺点缺点把分子简化成没有结构刚性球体，把分子简化成没有结构刚性球体，把分子间复杂作用看成机械碰撞，对于结把分子间复杂作用看成机械碰撞，对于结构稍复杂分子就难以说明了。构稍复杂分子就难以说明了。第第14页页Fujian Normal UniversityChapter 1111.4.2 过渡状态理论过渡状态理论l基本观点基本观点又称又称活化络合物理论活化络合物理论。认为反应物。认为反应物要经过中间过渡状态，形成活化要经过中间过渡状态，形成活化络合物络合物，这种，这种短短暂存在高能态物质（普通不能从反应中分离）暂存在高能态物质（普通不能从反应中分离）既既能够与反应物形成平衡，也能够转化为产物。能够与反应物形成平衡，也能够转化为产物。+反应物反应物 活化配合物生成物活化配合物生成物 (始态始态)()(过渡状态过渡状态)(终态终态)如如 NO2+CO ONOCONO+CO2 第第15页页Fujian Normal UniversityChapter 11过渡态理论优缺点：过渡态理论优缺点：l优点优点考虑了微观结构与反应速率关系，考虑了微观结构与反应速率关系，所以一定程度上比碰撞理论先进。所以一定程度上比碰撞理论先进。l缺点缺点确定活化络合物结构很困难，计确定活化络合物结构很困难，计算方法又过于复杂，所以应用有限。算方法又过于复杂，所以应用有限。第第16页页Fujian Normal UniversityChapter 11诺贝尔化学奖得主诺贝尔化学奖得主李远哲李远哲交叉分子束研究交叉分子束研究l交叉分子束（crossed molecular beam）技术是当前分子反应碰撞研究中最强有力工具。l基本原理由两个不一样起源喷发出两个分子束，在一个高真空反应室中形成交叉，使分子间发生碰撞而散射。在散射室周围设置多个窗口，方便检测出产物分子以及弹性散射反应物分子能量分布和角度分布，从而取得关于碰撞反应动力学真实信息。l因为交叉分子束技术应用，人们能够研究从确定能态（或叫量子态）反应物到确定能态生成物反应特征，这种反应称为态-态反应（state to state reaction）。第第17页页Fujian Normal UniversityChapter 1111.5 影响化学反应速率影响化学反应速率一些（外部）原因一些（外部）原因l内因内因物质本质物质本质l外因外因浓度、温度、接触状态、催化剂等浓度、温度、接触状态、催化剂等11.5.1 浓度影响浓度影响l定性定性普通反应物浓度普通反应物浓度升高升高，反应速率，反应速率加紧加紧。能够了解为高反应物浓度增加了碰撞（能够了解为高反应物浓度增加了碰撞（v=PfZ 中中Z增加）。增加）。l定量定量经过试验，得到速率方程。经过试验，得到速率方程。第第18页页Fujian Normal UniversityChapter 11反应物浓度反应物浓度(或分压或分压)对反应速率影响对反应速率影响KIO3+NaHSO3次次序序A溶液溶液/mlB溶液溶液/ml反应快反应快慢慢4%KIO3+H2SO4H2O NaHSO3淀粉淀粉 H2O右右914158100快快中中614458100较快较快左左514558100慢慢4IO3-+10HSO3-2I2+10SO42-+6H+2H2O 在淀粉中显在淀粉中显蓝色蓝色反应物浓度越大反应物浓度越大,反应速率越大。反应速率越大。演示试验录像演示试验录像第第19页页Fujian Normal UniversityChapter 1111.5.2 温度影响温度影响l定性定性普通温度升高，反应加紧。普通温度升高，反应加紧。l原因原因高速使碰撞高速使碰撞频率频率增加，而且高能使增加，而且高能使有效有效碰撞增加。碰撞增加。l定量定量阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯经验公式（掌握）经验公式（掌握）其中其中A是常数，是常数，称为称为指指(数数)前因子前因子，Ea是活化能是活化能。对某一对某一温差不很大温差不很大给定反应能够认为给定反应能够认为A 和和Ea是定是定值值。第第20页页Fujian Normal UniversityChapter 11l假如能够从试验数据做出假如能够从试验数据做出lgk-1/T图，因图，因为此图是为此图是线性关系线性关系，便能够得到反应活化，便能够得到反应活化能能Ea。斜率斜率=Ea/（-2.3038.314）阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯公式应用（主要）公式应用（主要）l依据依据阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯公式，能够得到：公式，能够得到：第第21页页Fujian Normal UniversityChapter 11第第22页页Fujian Normal UniversityChapter 1111.5.3 反应物之间接触情况影响反应物之间接触情况影响l反应物有不一样气固、液固、固固反应物有不一样气固、液固、固固状态时状态时，彼此分子接触状态往往直接影响彼此分子接触状态往往直接影响反应速率，比如：铁和水蒸气反应；反应速率，比如：铁和水蒸气反应；HgCl2和和KI反应（课后自学反应（课后自学P472）。）。l固体颗粒越小，比表面积越大，反应越快固体颗粒越小，比表面积越大，反应越快（纳米）。（纳米）。第第23页页Fujian Normal UniversityChapter 1111.5.4 催化作用催化作用l催化剂催化剂能显著改变反应速率（能显著改变反应速率（不能左右化不能左右化学平衡学平衡），而反应前后），而反应前后组成、质量不变，化学组成、质量不变，化学性质基本不变物质（物理性质很可能改变）性质基本不变物质（物理性质很可能改变）。（正）（正）催化剂催化剂加紧反应速率催化剂。加紧反应速率催化剂。如如:硫酸生产中使用硫酸生产中使用V2O5。负负催化剂（阻化剂、抑制剂）催化剂（阻化剂、抑制剂）能减缓反应速能减缓反应速率催化剂。率催化剂。如如:预防橡胶、塑料老化防老剂。预防橡胶、塑料老化防老剂。第第24页页Fujian Normal UniversityChapter 11催化剂显著增大催化剂显著增大反应速率原因反应速率原因催催化化剂剂与与反反应应物物发发生生反反应应含含有有较较低低活活化化能能，使使活活化化分分子子百百分分数数增增大大，有有效效碰碰撞撞次次数数增增多多，反反应速率增大。应速率增大。非催化活化配合物非催化活化配合物催化活化配合物催化活化配合物生成物生成物反应进程反应进程势势能能EaEa rHm反应物反应物第第25页页Fujian Normal UniversityChapter 11如合成氨反应如合成氨反应:N2+3H2 2NH3无催化剂时，无催化剂时，Ea=326.4 kJmol-1 Fe催化时，催化时，Ea =176 kJmol-1反应反应:2SO2+O2 2SO3无催化剂时，无催化剂时，Ea=251 kJmol-1 Pt催化时，催化时，Ea =63 kJmol-1第第26页页Fujian Normal UniversityChapter 11反应速度与反应速度与Ea关系关系普通普通Ea 100kJmol-1，需要加热；需要加热；普通普通Ea 400kJmol-1，很慢。很慢。第第27页页Fujian Normal UniversityChapter 11催化剂表面积催化剂表面积l当反应在固体催化剂当反应在固体催化剂表面表面活性中心发生时，活性中心发生时，催化剂表面积大小将直接影响催化效率。所催化剂表面积大小将直接影响催化效率。所以工业上往往将催化剂分散在以工业上往往将催化剂分散在多孔物质多孔物质上上（如硅藻土、高岭土、活性炭、硅胶等），（如硅藻土、高岭土、活性炭、硅胶等），这么制成催化剂称为这么制成催化剂称为负载型催化剂负载型催化剂。第第28页页