北京化工大学：《无机化学》课程教学资源（PPT课件）第四章 化学动力学与反应速率

无机化学Inorganic Chemistry第四章化学动力学与反应速率Ea (nocatalyst)E,(withcatalyst)X,AGReactionProgress2h 1

1 无机化学 Inorganic Chemistry 第四章 化学动力学与反应速率 2h

内容要点口化学反应速率的概念口浓度、温度与催化剂对化学反应速率的影响口阿累尼乌斯公式与活化能的概念口碰撞理论与过渡态理论的主要思想2

2 内容要点 化学反应速率的概念 浓度、温度与催化剂对化学反应速率的影响 阿累尼乌斯公式与活化能的概念 碰撞理论与过渡态理论的主要思想

化学反应动力学的任务一反应速率与机理热力学解决了化学反应可能性的问题，但一个反应实际上能否发生，却是动力学研究的范畴。化学反应的速率，是动力学的基础。速率相当慢H2(g) +02(g) →H,O(1)△,G (298K) = -237.18 kJ ·mol-l速率很快2NO2(g) → N,04(g)△,G(298K) = -4.78 kJ ·mol-l热力学讨论可能性，动力学讨论现实性。3

3 热力学解决了化学反应可能性的问题，但 一个反应实际上能否发生，却是动力学研究的 范畴。化学反应的速率，是动力学的基础。 化学反应动力学的任务—反应速率与机理 1 2 2 2 2 -1 r m H (g) O (g) H O( ) (298K) 237.18 kJ mol G + →  = −  l 速率相当慢 2 2 4 -1 r m 2NO (g) N O ( ) (298K) 4.78 kJ mol G →  = −  g 速率很快 热力学讨论可能性，动力学讨论现实性。 y y

化学反应速率的概念4.1速率的定义：物理量随时间的变化率V>化学反应速率，选择物种的物质的量浓度随时间的变化率。单位时间内浓度的变化量单位:mol.L-l.s-1，mol.L-l.min-1化学反应速率表示的两种类型：反应物浓度随时间的降低或者生成物浓度随时间的增加平均速率瞬时速率平均速率（）反映化学反应在一段时间内的速率瞬时速率(U)反映化学反应在某一时刻的速率4

4 4.1 化学反应速率的概念 ➢ 速率的定义：物理量随时间的变化率。 ➢ 化学反应速率，选择物种的物质的量浓度随 时间的变化率。单位时间内浓度的变化量。 单位：molL-1 s -1 ， molL-1 min-1 平均速率 瞬时速率 ✓ 平均速率（ 𝑣ҧ）反映化学反应在一段时间内的速率 ✓ 瞬时速率(𝑣) 反映化学反应在某一时刻的速率 化学反应速率表示的两种类型： 反应物浓度随时间的降低或者生成物浓度随时间的增加

2NO2(g) →2NO(g) + O2(g) 在一定时下面是反应间内反应物和产物浓度的变化实验数据(300℃）0.0100Concentration (mol/L)02NO2NOTime (+ s)NO,0000.01000.0075500.00210.00110.00791000.00650.00350.00180.0026A(NO.)1500.00550.00450.00230.0006(1/ou2000.00480.00520.0026A2500.00430.00570.00290.0051103000.00380.00620.0031NO3500.00340.00660.00334000.00310.00690.00350.00030.0025O把表中数据画在图上得到了3条曲线显然，反应物随反应进行浓度在不断减小，生成物浓度在不断增加。35050100150200250300400Time (s)5

5 下面是反应 2NO2 (g) → 2NO(g) + O2 (g) 在一定时 间内反应物和产物浓度的变化实验数据(300 ℃ ） 把表中数据画在图上得到了3条曲线， 显然，反应物随反应进行浓度在不断 减小，生成物浓度在不断增加

△[B]平均速率D=△t2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g)ti[O2l1[NOl1[NO]1t2[O2l2[NO2]2[NO]2t3[O2]3[NO2]3[NO]3以氧气浓度变化表示反应速率，则在ti-t,这段时间内平均速率为：vo, = [O-l, - [0-l_ A10-l.1Nt21t2 -ti在tz-ts这段时间内平均速率为：△[O2]32[02]3 -[02]2 --VO,Nt32ts -t26

6 以氧气浓度变化表示反应速率，则在 t1 - t2 这段时间内 平均速率为： 2NO2 (g) → 2NO(g) + O2 (g) t1 [NO2 ]1 [NO]1 [O2 ]1 t2 [NO2 ]2 [NO]2 [O2 ]2 t3 [NO2 ]3 [NO]3 [O2 ]3 2 2 2 2 2 1 21 O 2 1 21 [O ] [O ] [O ] v t t t −  = = −  2 2 2 2 3 2 32 O 3 2 32 [O ] [O ] [O ] v t t t −  = = −  在 t2 - t3 这段时间内平均速率为： 平均速率 𝒗ഥ = ∆[𝑩] ∆𝒕

也可用NO,的浓度变化来表示该反应的速率：△[NO2]VNO2 =△tNO,是反应物，故要用其减少量，以保证速率为正。在相同的时间间隔内，以反应物或产物表示的反应速率反映的是同一问题，但由于化学计量数可能不同，其数值不一定相等2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g)1 △[NO2]1 △[NO]△[02]22△t△t△t7

7 也可用 NO2 的浓度变化来表示该反应的速率： 2 2 NO [NO ] v t  = −  NO2是反应物，故要用其减少量，以保证速率 为正。 2NO2 (g) → 2NO(g) + O2 (g) = = 1 [NO ]2 2 t  −  1 [NO] 2 t   [O ]2 t   在相同的时间间隔内，以反应物或产物表 示的反应速率反映的是同一问题，但由于化学 计量数可能不同，其数值不一定相等

化学反应速率的表示对于一般的化学反应：由于每种物种物质的量浓度的变化受计量系数的制约，除以反应方程式中的计量系数，一个反应只有一个反应速率值aA+ bByY+zZ1 d[A]1 d[B]1 d[Y]1 d[Z]Vdt6 dtdtdtaZy化学反应速率的表示8

8 对于一般的化学反应： aA + bB yY + zZ 由于每种物种物质的量浓度的变化受计量系数的 制约，除以反应方程式中的计量系数，一个反应 只有一个反应速率值。 1 d[A] 1 d[B] 1 d[Y] 1 d[Z] - - d d d d v a t b t y t z t = = = = 化学反应速率的表示 化学反应速率的表示

一般来说，各段平均反应速率并不相等。例如，对于上面的实验数据2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g)391△[NO2]时间范围S2△toaors2.1×10-50→50SNO1.4×10-550 →1001.0x10-5100 →1504.00250.7×10-5150 →2000.5x10-5200→250250350100150200300Tine:(s)9

9 时间范围 (s) 2.110-5 1.410-5 1.010-5 0.710-5 0.510-5 0 → 50 50 → 100 100 → 150 150 → 200 200 → 250 2NO2 (g) → 2NO(g) + O2 (g) [NO ]2 2 t  −  例如，对于上面的实验数据 一般来说，各段平均反应速率并不相等

瞬时速率平均速率并不能反映化学反应在某一时刻的速率，因此需研究反应的瞬时速率。定义：平均速率在时间间隔△t一>0时，的极限值d[B]△[B]v = lim△tdtt-0C产物可以通过作图法求瞬时速率：c-碘曲线上任一点d[B]/dt切线的斜率的绝对值。10

10 可以通过作图法求瞬时 速率：c-t曲线上任一点 切线的斜率的绝对值。 瞬时速率 定义：平均速率在时间间隔t→0时，的极限值。 d[B] dt 产物 c t 𝑣 = lim 𝑡→0 ∆[𝐵] ∆𝑡 = 𝑑[𝐵] 𝑑𝑡 平均速率并不能反映化学反应在某一时刻 的速率，因此需研究反应的瞬时速率