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热力学解决了化学反应的可能性问题,但化学反应实际上的发生,却是动力学研究的范畴。化学反应的速率,即是动力学的基础。自发过程是否一定进行得很快?化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响,把热力学的反应可能性变为现实性。第8章化学动力学8.1化学反应速率表示法化学反应速率定义及表示法对于一个一般的反应:对于一般的化学反应:平均速率某一有限时间间隔内浓度的量变化t1=0sc1(N2O5)=0.200mol·L-1瞬时速率时间间隔Δt趋于无限小时的平均速率的极限从瞬时速率的定义,可以归纳出瞬时速率的求法:(1)做浓度—时间曲线图;(2)在指定时间的曲线位置上做切线;(3)求出切线的斜率(用做图法,量出线段长,求出比值)例题:2700s时的瞬时速率:8.2反应机理、基元反应和复杂反应H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)反应机理:化学反应过程中经历的真实反应步骤的集合。基元反应:由反应物一步生成生成物的反应。简单反应:只由一个基元反应构成的反应。复杂反应:由两个或两个以上基元反应构成的反应,又叫非基元反应。基元反应中,同时直接参加反应的分子(或离子、原子、自由基等)的数目称为反应分子数。根据反应分子数可将基元反应分为单分子反应、双分子反应和三分子反应。例如:单分子反应:SO2Cl2=SO2+Cl2双分子反应:NO2+CO=NO+CO2三分子反应:H2+2I=2HINote:按照反应的分子数来分类,只适合于基元反应。在复杂反应中,各步反应的速率是不同的。整个反应的速率取决于速率最慢的那一步。这个最慢的反应控制着整个反应的速率,称为控速步骤。例如:H2(g)+I2(g)═2HI(g)分两步完成:⑴I2(g)═2I(g)快⑵H2(g)+2I(g)═2HI(g)慢(控速步骤)中间产物气态碘原子可被检测到。8.3化学反应速率方程影响反应速率的因素内因:反应物质的本性外因:浓度、温度、催化剂等浓度对反应速率的影响对于一个一般的反应:aA+bB=dD+eEk称为反应的速率常数①k的物理意义是单位浓度时的反应速率;②k由化学反应本身决定,是化学反应在一定温度时的特征常数;③相同条件下,k值越大,反应速率越快;④k的数值与反应物的浓度无关;⑤k受温度的影响,通常温度升高,k增大;⑥k的量纲与反应物浓度项的指数有关。m、n分别称为反应物A和B的反应级数,它们的代数和称为该反应的总反应级数。①反应级数表示了反应速率与物质的量浓度的关系;②反应级数必须由实验确定;它可以是整数,可以是分数,也可以是零;零级反应表示了反应速率与反应物浓度无关;③一般反应级数不一定与反应式中的计量系数相吻合;④凡是化学反应速率方程不符合的反应,反应级数的概念是不适用的。反应级数不是计量系数n级反应k的量纲为mol1-n·Ln-1·s-1即:[浓度]1-n·s-1零级反应的k的量纲为mol·L-1·s-1;一级反应的k的量纲为s-1;二级反应k的量纲为mol-1·L·s-1∴从k的量纲可以知道反应级数是多少对于反应物是气体的反应,速率方程中的物质浓度也可以用气体的分压来表示。例如:NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g)质量作用定律Note:质量作用定律仅适用于基元反应。只有基元反应,才能说反应分子数!在基元反应中,反应级数和反应分子数数值相等,都是反应物的计量系数之和,但反应分子数是微观量,反应级数是宏观量。组成复杂反应的每个基元反应都有自己的速率方程;但它的总反应速率方程是由实验确定的。例题:写出下列基元反应的速率方程,指出反应级数和反应分子数。SO2Cl2=SO2+Cl2(1)2NO2=2NO+O2(2)NO2+CO=NO+CO2(3)解:(1)=k[SO2Cl2],一级反应,单分子反应(2)=k[NO2]2,二级反应,双分子反应(3)=k[NO2][CO],二级反应,双分子反应或:反应级数为2,反应分子数为2例题:根据给出的速率方程,指出反应级数(1)Na+2H2O→2NaOH+H2vi=ki8.4温度对化学反应速率的影响反应速率方程k-T图Arrhenius公式⑵对数形式对Arrhenius方程的进一步分析:⑴对某一给定反应来说,Ea为一定值,其数量级在40~400kJ·mol-1,多数为60~250kJ·mol-1;⑵当反应的温度区间变化不大时,Ea和A不随温度而改变;⑶k随温度成指数关系变化,因此温度的微小变化将会导致k值发生较大的变化;对一般反应来说,在反应物浓度相同的情况下,温度升高10K,反应速率大约增加2~4倍;⑷在相同温度下,活化能小的化学反应其速率常数较大,而活化能大的反