工科基础化学(第五章 化学动力学初步).ppt

第五章 化学动力学初步 第五章主要内容 5.1 化学反应速率的定义 5.2 影响化学反应速率的因素 5.3 化学反应速率的基本理论 5.4 催化作用与催化剂 5.5 复合反应动力学 化学热力学中，已回答了有关化学反应能否自发进行---反应的方向性以及某种反应物可能达到的最大转换率问题。本章将讨论实现化学反应需要多少时间即反应速率的问题，属于化学动力学范畴，而化学平衡属于化学热力学范畴。 在现实中，可能的不一定要发生，特别是不一定以显著的速度(我们能够观察到的速度)发生。 化学动力学： 研究反应的速率和反应机理的学科。 影响反应速率的因素： （1）反应物的本性； （2）反应物的浓度、系统的温度、压力、 催化剂等； （3）光、电、磁等外场； 不同的化学反应，其反应速率往往有很大的差别。 火药的爆炸瞬间完成，离子反应可以秒计，一些有机物的聚合要长达数小时，橡胶的老化需数年之久。一般说来，在常见的化学反应中，无机的离子反应都快，而大多数有机反应都比较慢。 化学反应速率的快慢，跟人类的生活和生产紧密相关。 我们总希望那些对人类有益的化学反应，如钢铁的冶炼、橡胶的合成等，进行得快些，以利于提高生产效率；而希望那些时人类不利的化学反应，如金属的腐蚀、橡胶的老化、食物的腐烂等，进行得慢些，以减少损失。 因此，研究反应速率并掌握它的规律，是一个至关重要的问题。 5.1 化学反应速率的定义 对于化学反应： 对于恒容反应： νB：反应中物质B的化学计量数； dCB/dt：由于化学反应引起物质B的浓 度(C B)随时间的变化速率。 反应速率必须与化学计量方程式相对应。 可以采用任何一种反应物或产物来表示反应速率，结果一致。 一般选主反应物。 这里反应速率是一种瞬时速率！ 对于多数反应，由于反应过程中物质的浓度时刻处于变化之中，故反应速率也是随时间而变化的。 对于气相反应也可以用气体的分压。 在浓度随时间变化的图上，在时间t 时，作交点的切线，就得到 t 时刻的瞬时速率。显然，反应刚开始，速率大，然后不断减小，体现了反应速率变化的实际情况。瞬时速率对于化学反应而言，更具有实际意义。 平均速率 通常是用单位时间单位体积里反应物或生成物的反应进度的变化来表示的。时间单位可用s(秒)、Min(分)或h(小时)，浓度单位一般用mo1/L。 5.2 影响化学反应速率的因素 5.2.1 浓度对反应速率的影响 5.2.2 温度对反应速率的影响 5.2.1 浓度对反应速率的影响 反应物只经一步反应就变为生成物的称元反应，也叫简单反应。其它经过多步过程的反应，即要经过中间产物的形成与转化，称非元反应，也叫复杂反应。 质量作用定律 对元反应来说，1867年科学家就从实验中总结出一条规律，即质量作用定律:在一定温度条件下，对于元反应，反应速率与反应物浓度(以化学方程式中该物质的系数为指数)的乘积成正比。 反应的速率常数k 不随浓度(或压力变化)，但会受温度和催化剂的影响，在给定的温度下，给定的体系的k不变。 速率常数k的物理意义：是反应物浓度为单位浓度时，反应速率的大小。 关于速率方程式的说明： 有固体或纯液体参加的反应，固体或纯液体不需写入速率方程式。 如果有气体参与反应，可用气体分压代替浓度。 非基元反应的速率方程式不能直接按反应方程式按质量作用定律写出。 反应级数 速率方程中各反应物浓度项指数之和。 反应级数是以速率方程为依据来确定的。对于元反应来说，速率方程中的反应物浓度的方次，就是化学方程式中反应物的系数。 非元反应的速率方程往往需要通过实验来确定。只有速率方程确定后才能确定其反应级数。得到的速率常数为表观速率常数。 不遵守质量作用定律的一定是非基元反应，但遵守质量作用定律的不一定是基元反应。 简单反应与复合反应 简单反应：一个元反应构成的化学反应； 复合反应：非元反应，2个或2个以上元反应构成。 反应机理 反应机理又称为反应历程。在总反应中，连续或同时发生的所有基元反应称为反应机理。 同一反应在不同的条件下，可有不同的反应机理。了解反应机理可以掌握反应的内在规律，从而更好的驾驭反应。 零级反应 自然界中，许多发生在固体表面的反应都是零级反应。例如：在金属钨的表面 NH3(g)→1/2N2(g) + 3/2H2(g) υ=k(CNH3)0=k 零级反应的特征：反应始终以恒定的速率进行，且反应速率与起始浓度或经历的时间无关。 一级反应 反应速率与反应物浓度的一次方成正比。 半衰期 t1/2 : 反应物消耗一半所需的时间 对于一