化学原理[7]化学反应的速率.ppt

3. 基元反应的速率方程式 反应物分子在有效碰撞中一步直接转化为产物的反应称为基元反应。 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杂反应。 由基元反应构成的反应途径称为反应机理。 正反应为基元反应，则逆反应也一定是基元反应。 恒温下，基元反应的反应速率与各反应物的浓度系数次方的乘积成正比，称为基元反应的质量作用定律。 aA + bB yY + zZ v = k?[A]a?[B] b 对于基元反应： 4. 反应分子数 反应分子数指基元反应或复杂反应的基元步骤中发生反应所需要的微粒的数目 (分子、原子、离子等) 。非基元反应不能谈反应分子数。 A. 单分子反应 B. 双分子反应 C. 三分子反应 四分子或更多的元反应尚未发现。 反应级数与反应分子数的差别 在基元反应中，反应级数与反应分子数的数值相等，但反应分子数是微观量，反应级数是宏观量，两者有本质的区别。 例2：写出下列基元反应的速率方程，并指出反应级数和反应分子数。 (1) (2) (3) 解： (1) v = k[SO2Cl2] 一级反应 单分子反应 (2) v = k[NO2][CO] 二级反应 双分子反应 (3) v = k[NO2]2 二级反应 双分子反应 5. 复杂反应的速率方程式 对于复杂反应而言，总反应速率近似地等于速控步的反应速率。 复杂反应的速率方程只能通过实验获得，即使由实验测得的反应级数与反应方程式中反应物计量之和相等，该反应也不一定就是基元反应。 a. k[O3]2 b. k[O3][O] c. k[O3]2[O2] d. k[O3]2[O2]-1 对臭氧转变成氧的反应 其历程为： 适合此历程的速率方程是什么？ 反应速率与反应机理的关系： 研究反应速率，确定反应速率方程，可以为研究化学反应机理提供重要线索。 可能机理： 若反应机理推出的速率方程与实验结果相符，则该机理可能正确；反之，一定不合理。 6. 速率常数 k v = k?[A]??[B]? 中，k 表示当 [A]、[B] 均为 1 时的速率，因此 k 有时称为比速率。k 是常数，不随浓度而变；但 k 是温度的函数。 k 的单位 k 做为比例系数，不仅要使等式两侧数值相等，而且单位也要一致。 0级反应，v = k，k的单位：mol?L-1?s-1 1级反应，v = k[A]， k的单位：s-1 2级反应，v = k[A]2， k的单位： mol-1?L?s-1 3级反应，v = k[A]3， k的单位： mol-2?L2?s-1 3.2 浓度与时间的定量关系 1. 一级反应 ( First – order reaction ) n = 1 的反应称为一级反应，反应速率与反应 物浓度的一次方成正比。 常见的一级反应有各种分解反应，如： v = k?[A]??[B]? 一级反应：v = k[A] 二级反应：v = k[A]2 零级反应：v = k 对于一级反应:　　　aA ? 产物 速率方程式为: ★ 反应时间从 0 到 t 时，积分得： 通过积分式可求任意时刻 t 时，物种的浓度 ln[A] t 由于 所以 ln[A] 与 t 成直线关系， 斜率的负值为 k。 ln[A]0 k 的单位: t-1 (s-1, min-1, h-1) 反应物消耗掉一半所需的时间 一级反应的半衰期与反应物的起始浓度无关 半衰期 (half-life): ?? 放射性碳确定年代 半衰期在考古中的应用 碳的同位素主要是稳定的同位素12C，13C及具有放射性的14C。 在大气中，来自外层空间的中子被大气中的N-14捕获产生放射性的C-14和氢： 14N + 1n ? 14C + 1H 同位素碳-14蜕变放射出?粒子(电子)，蜕变为一级反应，其速率方程式为： v = kN k = 1.21?10-4 a-1 可计算出14C蜕变的半衰期为5.73?103年 植物进行光合作用吸收CO2时，14C进入生物圈，植物作为食物进入动物体内，又以CO2的形式经呼吸系统排出，因而参与了自然界中碳的循环。 对于活的生物体，14C的蜕变衰减可以重新补充，因而达到动态平衡。死去的动植物则无法补充,因而14C所占比例会不断减少，据