第2章化学反应速率3课时教学目标及基本要求1. 熟悉化学反应速率的表示方法。

2. 理解影响化学反应速率的因素（浓度、温度、催化剂），熟悉质量作用定律的内容。

3. 熟悉基元反应、反应级数的概念。

4. 了解阿仑尼乌斯公式及其应用。

教学重点1. 化学反应速率的表示方法2. 质量作用定律及阿仑尼乌斯公式教学难点1. 质量作用定律及应用2. 阿仑尼乌斯公式教学方式（手段）及教学过程应注意的问题教学方式：多媒体结合适当必要的版书教学中应注意的问题：1. 使学生明确基元反应与非基元反应的区别2. 使学生正确应用质量作用定律写出基元反应的速率方程3. 强调阿仑尼乌斯公式的适用范围主要教学内容2.1 化学反应速率及其表示方法不同化学反应的反应速度千差万别，如：炸药的爆炸，水溶液中酸碱反应，感光反应等瞬间即可完成；而有机合成，室温下塑料或橡胶老化则速率较慢，如何定量的表示一个化学反应的速度呢？经国际纯粹及应用化学联合会（IUPAC）推荐，我国采用反应进度表示反应速度。

——反应进度随时间的变化率。

（1）定义：化学反应速率指参加反应的物质在单位时间引起浓度的变化率。

（2）表示方法：反应速率的数学表达式：ξ =对于一般的化学反应：Aa + Bb = gG + dD所以：对于有限量的变化：ξ = υB-1若反应体系的体积为V ，且不随时间而变化，则化学反应速率：ν = = = υB-1( 生成物取+ ，反应物取-)对于有限量的变化：ν = υB-1ν 的SI 单位：mol·dm-3 ·s-1表示Ｂ物质的浓度随时间的变化率，这样定义的ν 与物质的选择无关，对同一化学反应不管选用哪一种反应物或产物来表示反应速度，都得到相同的数值。

例：N2 + 3H2 = 2NH3（合成氨反应）起始浓度1.0 3.0 02s后浓度0.8 2.4 0.4以上结果表明，无论以反应体系中哪种物质的浓度变化来表示反应速率，其值都是相同的。

2.2 影响化学反应速率的因素不同的化学反应，反应速率不同，同一反应在不同的条件下进行时反应速率也不相同，影响速率的因素除反应物的本质，浓度，温度外还有催化剂，反应物的聚集状态，反应介质和光照等。

2.2.1 浓度与化学反应速率的关系反应类型基元反应：反应物分子直接碰撞而发生的化学反应称为基元反应，它是一步完成的反应，故又称简单反应。

如O2 + H(g) ＝HO(g) + O(g)非基元反应：由两个或两个以上的基元反应构成的化学反应，称为复合反应。

如反应2NO + O2＝2NO2有人认为它是由下列两个基元反应构成的，因此是复合反应2NO + O2＝N2O2（快）N2O2 + O2＝2NO2（慢）众所周知，燃料或钢铁在纯O2中氧化反应比在空气中反应更剧烈。

即反应物O2的C 增大，ν 增大，那么，化学反应ν 与反应物C 之间究竞存在着怎样的关系呢？•基元反应的速率与浓度的关系质量作用定律：对于基元反应，反应速率与反应物浓度乘积成正比。

任一基元反应：aA+bB → gG+dD方程：ν =k C A a C B b此式称为化学反应速率方程式，又称质量作用定律表达式。

反应速率常数k 值是取决于反应物的本质、温度和催化剂等，但与浓度无关，这就是说，不同的反应在同一温度下，k 不同；同一反应在不同T 或有无催化剂的不同条件下，k 亦不同。

且速率常数的单位视反应级数而定。

k 的单位：（浓度）1-n ·（时间）-1当C A = C B =1mol·dm-3时，则ν =k ，称反应比速率。

在同一温度下，可用速率常数的大小比较不同反应的速率的大小。

•非基元反应的速率与浓度的关系非基元反应的速率方程式中，浓度的方次和反应物的系数不一定相符，不能由化学反应方程式直接写出，而要由实验确定。

任一化学反应aA + bB+ … ＝gG+dD+ …其反应速率方程式可写为下式ν = k C Aα C Bβ若是基元反应，则α ＝ a β =b若是复合反应，则不一定α ＝ a β =b例：2NO+2H2N2 +2H2 O机理：（1）2NO+H2N2 +H2 O2 ( 慢)（2）H2 O2 +H22H2 O( 快)方程：ν = kC2（NO）·C（H2）例：实验测得反应A(g) + B(g) = C(g) 在500K 时的反应速率，数据如下：实验标号C A/mol·dm-3C B/mol·dm-3反应初速率ν1 0.10 0.10 0.05ν2 0.10 0.20 0.12ν3 0.20 0.20 0.40分析：1.2号C A一定C B增加到2 倍ν 也增加到2 倍2.3号C B一定C A增加到2 倍ν 增加到4 倍得速率方程：ν = kC A2 · C B由于反应级数表明了浓度对反应ν 的影响程度，因此研究不同级数的反应中反应物C 、t 及k 三者间的关系有着重要的意义。

大多数反应为一级反应。

如放射性元素的蜕变，一些热分解反应及分子重排多属一级反应，其C 、t 、k 关系如何，下面分析之。

②反应级数（n）ν = k C Aα C Bβα 称为A的分级数，β称为B的分级数，分别表示A、B的浓度对反应速率影响的程度。

总反应级数：n = α + β +…对于复合反应α 、β….. 和n 的数值完全是由实验测定的，它们的值可以是零、正整数、分数或负数。

由于反应级数表明了浓度对反应ν 的影响程度，因此研究不同级数的反应中反应物C 、t 及k 三者间的关系有着重要的意义。

大多数反应为一级反应。

如放射性元素的蜕变，一些热分解反应及分子重排多属一级反应。

例：2Na+2H2O=2NaOH+H2速率方程为：ν = k 反应级数：n=0CHCl3 (g)+Cl2(g) → CCl4 (g)+HCl(g)速率方程：ν =反应级数：n = 1+ = 级由此可见，要正确写出速率方程，必须找出浓度与速率的关系。

对于非基元反应，可由实验测定或反应机理推导。

（3）一级反应的速率方程方程：ν=- =kC A…… （1）微分式由（1）式积分得：- = kln = kt lnC0－lnC= ktlnC= - kt + lnC0积分式半衰期：C= 时所需时间即为半衰期。

半衰期是放射性元素的特征常数；如235 U 的半衰期为8 × 10 8 a （年）、223 Fr （钫）的半衰期为22min 、14 C 的半衰期为5720a 。

某些放射性同位数的衰变可作为估算考古学发现物，古代化石，矿物，陨石以及地球年龄的基础。

如40 K 和238 U 常用于陨石及矿物年龄的估算，14 C 用于确定考古学发现物和化石的年龄。

则lnC0 /( )=k 半衰期：=ln =特征：1）k 的单位：时间-12）lnc~t 为直线关系3）与C0无关例2.1 过氧化氢是一种重要氧化剂，在医药上（3%H2O2）用作消毒杀菌剂，在工业上用于漂白毛、丝、羽毛等。

纯H2O2是一种火箭燃料的高能氧化剂，但它很不稳定，极易分解。

H2O2分解反应是一级反应，反应速率常数为0.0410min-1。

2H2O2（l）→ H2O（l）+O2 （g）1）若从0.500mol · dm-3 H2O2溶液开始，10分钟后，浓度是多少？2）H2O2在溶液中分解一半需要多长时间？解：（1）将有关数据代入下式lnc/[c]= -kt+ ln c0 /[c ]得：lnc= 0.041min-1′ 10min ＋ln0.500mol · dm-3 /mol · dm-3=0.410解得c=0.332 mol · dm-3（2）t1/2 =0.693/k=0.693/0.0410 min-1 =16.9min2.2.2 温度与化学反应速率的关系升高温度，可加快反应的速度，这一事实已早为人知，如氢气和氧气化合成水的反应在常温下很慢，但升高温度到873K 时，反应剧烈发生，甚至发生爆炸，人们总结大量实验结果发现，温度每升高10 度，则反应速度增加2~4 倍的规律。

1889年阿氏总结了大量实验事实，得出了反应ν 与T 的定量关系。

（1）阿仑尼乌斯公式k=A ( 指数式)式中：k ——速率常数；E a——反应的活化能，SI 为J·mol-1；R ——摩尔气体常数；A ——指前因子。

对于给定反应，恒定温度条件下，E a、A 可视为一定值。

对数式：lnk = lnA －= + β( β =lnA)由上式可以看出：1）在相同温度下，活化能E a越小，其k值就越大，反应速率也就越快；反之亦然。

2）对同一反应来说，温度越高，k值就越大，反应速率也越快；反之，温度越低，k值就越小，反应速率也越慢。

例：在催化剂作用下，丁二烯在汽油溶剂中的液相聚合反应为一级反应，已知323K时速率常数k=3.3 × 10-2 min-1，求使丁二烯的转化率为80％需多长时间？解：nC4H6( C4H6 ) nt= 0 C0 0t=t C0－C0C0( 转化率)= = kC0 (1 －)=k(1 －) =ln =kt (ln = kt 代入即可)t= =48min定性讨论：1）同一反应T 升高，k 增大，速率增大；2）k 与Ea 有关。

在温度恒定时，Ea 增大，k 减小，速率也减小。

因此，阿氏公式不仅说明了反应速率与温度的关系，而且还说明了Ea 对速率的影响及Ea 和T 两者与速率的关系。

（2）温度的影响与反应速率变化的关系设T1→ T2则k1→ k2则lnk1 = +lnA (1)lnk2 = +lnA (2)(2)-(1) 得：ln = ——阿氏变形式比较：ln = ——等压方程式例1 ：CO（CH2 COOH）2（戊酮- 3 - 二酸）分解T1 =283K k1 =1.080 × 10 -4 S-1T2 =333K k2 =5.484 × 10 -2 S-1求：Ea= ?解：根据阿仑尼乌斯：ln == Ea=97906J·mol-1例2 、在301K 时，鲜牛奶约 4 小时变酸，但在278K 的冰箱内，鲜牛奶可保持48h 才变酸，设在该条件下牛奶变酸的反应速率与变酸时间成反比，试估算在该条件下牛奶变酸反应的Ea ，若温度从288K 升高到298K ，则牛奶变酸反应速率将反生怎样的变化？解：（1）Ea 的估算：由阿氏公式：ln = ln =由于变酸反应ν 与变酸t 成反比，则：已知T1 =278K 时，t1 =48h ；T2 =301K ，t2 =4h= = =12hln12=Ea=75kJ·mol-1(2) 反应速度随T 升高而发生的变化T1 =288 T2 =298 则== =1.051∴=2.9（3）反应速率随温度变化的五种类型阿氏公式虽适用范围广，但也只适用于简单反应和某些复杂反应。