第四章化学反应速率.ppt

* 4 － 7 催化剂与催化反应简介 ① H2 (g) ＋ 1/2 O2 (g) ＝ H2O (l) ΔrG ＝－237.1 kJ·mol－1 ② H2 (g) ＋ O2 (g) ＝ H2O2 (l) ΔrG ＝－120.4 kJ·mol－1 ③3/2H2 (g) ＋ 1/2 N2 (g) ＝ NH3 (g) ΔrG＝－16.4 kJ·mol－1 在热力学上看，均为常温常压下可以自发进行的的反应。但是由于反应速率过慢，在通常的条件下不能得到人们所希望的反应 ① 释放的能量和反应 ②、③ 的产物。 * 催化剂的作用机理－－改变反应历程 * 多相催化在化工生产和科学实验中最为常见。催化剂经常是固体，不论反应物为气体还是液体，反应都是在催化剂表面进行的。 反应的主要步骤是：反应物分子扩散到固体催化剂表面并被吸附；被吸附在催化剂表面的反应物分子发生反应，生成产物；产物物分子从固体催化剂表面脱附并扩散离开催化剂。 化工生产中的合成氨反应，就是由被吸附在铁催化剂表面上的N2 和 H2完成的。生成的NH3 分子解吸后扩散离开铁催化剂表面。 * 酶催化反应广泛地存在于生物体内，蛋白质、脂肪和碳水化合物的合成及分解均属此类反应。 酶是生物体内反应的催化剂，酶本身就是一种蛋白质，粒子的直径约为 10 ? 100 nm。 酶催化反应介于均相催化和多项催化反应之间，既可以看成是底物（酶催化反应中称反应物为底物）与酶形成中间产物，又可以看成是酶的表面上吸附了底物，然后底物在酶表面上完成反应。 * 催化剂的选择性，表现在对于不同的反应要用不同的催化剂，即使这些不同的反应属于同一类型也是如此；还表现在同样的反应物可能有许多平行反应时，如果选用某种催化剂，则可专一地提高所需要的反应的速率。 酶催化反应具有极高的选择性，一种酶只能催化一种反应，而对于其它反应不具活性，例如脲酶只能将尿素转化为氨和二氧化碳。酶催化的效率之高也是一般无机或有机催化剂所不能比拟的。例如一个分子过氧化氢分解酶，在较温和的条件下1秒钟可以分解105个过氧化氢分子，而硅酸铝催化剂在773K条件下，每4秒钟才裂解一个烃分子。 第 4 章 化学反应速率 * 4－1 反应速率的定义 4－2 反应速率与反应物浓度的关系 4－3 反应机理 4－4 反应物浓度与时间的关系 4－5 反应速率理论简介 4－6 温度对化学反应速率的影响 4－7 催化剂与催化反应简介 4 － 1 反应速率的定义 化学反应速率是指在一定条件下反应物转变为生成物的速率。化学反应速率经常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示。 单位：mol·dm－3·s－1 ， mol·dm－3·min－1或 mol·dm－3·h－1。 * 4 － 1－ 1 平均速率 例4－1 乙酸乙酯的皂化反应 CH3COOC2H5 ＋ OH－ ＝ CH3COO－ ＋ CH3CH2OH 式中的负号是为了使反应速率保持正值。 * * 例4－ 2 N2O5的分解反应 2 N2O5 ＝ 4 NO2 ＋ O2 * 对于一般的化学反应 aA ＋ bB ＝ gG ＋ hH 原则上，用任何一种反应物或生成物的浓度变化均可表示化学反应速率，但我们经常采用其浓度变化易于测量的那种物质来进行研究。 * 4 － 1 － 2 瞬时速率 瞬时速率：某一时刻的化学反应速率称为瞬时速率。 AB的斜率表示时间间隔 Δt ＝ tB－tA 内反应的平均速率 例4－3 利用表中反应物的浓度对时间作图。 * 4－2 反应速率与反应物浓度的关系 实验事实表明，一定温度下，增加反应物的浓度可以增大反应速率。从图中可观察0、5、10、15min时的各条切线，看出它们的斜率所代表的瞬时速率依次减小。 * 4 － 2－ 1 速率方程 基元反应：指反应物分子一步直接生成产物的反应。 质量作用定律：基元反应的速率与反应物浓度以其 化学计量数为幂指数的连乘积成正比。 对于基元反应 a A ＋ b B ＝ g G ＋ h H 非基元反应：r ＝ k c(A)m c(B) n k 称为速率常数 m，n 称反应物A，B的反应级数 k，m和n 均可由实验测得 * * 解：对比实验 1，2，3，发现 r ∝ c(H2) 对比实验4，5，6，发现，r ∝ c(NO) 2 所以反应速率 r ∝ c(H2) c(NO) 2 建立速率方程 r ＝ k c(H2) c(NO) 2