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3.3 影响化学反应速率的因素 Influential factors on chemical reaction rate
3.3.1 浓度对化学反应速率的影响:元 浓度对化学反应速率的影响: Effect of 反应的速率方程 concentration on the rate of chemical reaction: rate equation of elemental reaction
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3.1 化学反应速率的概念 Conception of chemical reaction rate 3.2 反应速率理论简介 Brief introductory to reaction rate theory 3.3 影响化学反应速率的因素 Influential factors on chemical reaction rate
2.50
average rate
(－△c(H2O2)/△t)/mol·dm–3·s–1 － △ 15.0×10-4 × 10.5×10-4 × 8.0×10-4 × 6.3×10-4 × 4.8×10-4 × 4.8×10-4 × 2.8×10-4 ×
反应的平均速率= 反应的平均速率
c(H2O )/mol·dm-3 2
400
800
dc(N2O5) v=− dt
1200 1600 2000 时间(s) 时间
= limv
∆t →0
c(N2O5)/mol·dm-3 v/mol · dm-3 ·s-1 0.90 0.45 5.4×10-4 × 2.7×10-4 ×
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Question 1
a. b. c. d.
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3.1.1 化学反应的平均速率
定 义
反应速率 (反应比率 是指给定条件下反应物通过化 反应比率) 反应比率 学反应转化为产物的速率，常用单位时间内反应物浓度 学反应转化为产物的速率，常用单位时间内反应物浓度 的减少或者产物浓度的增加来表示。 的减少或者产物浓度的增加来表示。 浓度常用mol dm–3，时间常用s，min，h，d，y。反 浓度常用 时间常用 ， ， ， ， 。 应速率又分为平均速率（平均比率）和瞬时速率（瞬 应速率又分为平均速率（平均比率）和瞬时速率（ 间比率）两种表示方法。 间比率）两种表示方法。 在水溶液中的分解反应为例讨论这两个概念。 以H2O2在水溶液中的分解反应为例讨论这两个概念。
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3.2.2 过渡状态理论
A+BA+B-C→[A‥ B ‥ C]* →A-B+C [A‥
反应物 始态) (始态) 活化络合物 过渡态) (过渡态) 产物 终态) (终态)
过渡状态又叫活化络合物 有活性的复杂的） （有活性的复杂的）
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对于反应
C O
118 N pm
HCl + NaOH → NaCl+H2O, Ea≈20 kJ·mol-1 离子反应和沉淀反应的E ▲ 离子反应和沉淀反应的 a都很小 一般认为E 小于63 一般认为 a小于 kJ·mol-1的为快速反应 小于40 和大于400 kJ·mol-1的都很难测定出 小于 kJ·mol-1和大于
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O O N 活化 络合 物 （过 渡态 ）
O + C
O
O
N
O + O
C
O
113pm
115pm
116pm
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Question ３
所示反应图上哪一点代表反应中 间产物？哪一点代表活化络合物？ 间产物？哪一点代表活化络合物？
2
势 能
3 1 4
反应过程
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3.2.3 活化能 Ea
各种教材给予活化能的定义不同， 各种教材给予活化能的定义不同，本课程使用如下 定义，即活化分子的平均动能与分子平均动能之差. 定义，即活化分子的平均动能与分子平均动能之差
定义: 定义
Ea = E* − EkE*Ek来自上页 下页 目录 返回
Ea 与 △rH 的关系
★ 反应物的能量必 须爬过一个能垒 才能转化为产物 ★ 即使是放热反应 (△rH为负值 ， △ 为负值)， 为负值 外界仍必须提供 最低限度的能量， 最低限度的能量， 这个能量就是 反应的活化能
Question 5
Solution
化学反应会不会因活化分子的 消耗而停止？ 消耗而停止？
具有各动能值分子的分布情况是由温度决定的。 具有各动能值分子的分布情况是由温度决定的。温 度一定，分布情况就一定。 度一定，分布情况就一定。 （1） 反应是放热的，随着反应的进行体系温度可能 ） 反应是放热的， 升高，活化分子所占的百分数不但不减小反而增加了。 升高，活化分子所占的百分数不但不减小反而增加了。 （ 2） 反应是吸热的 ， 如果维持体系温度不变 ， 则活 ） 反应是吸热的， 如果维持体系温度不变， 化分子所占的百分数也不变；如果环境不能供应热量， 化分子所占的百分数也不变；如果环境不能供应热量， 体系温度则降低，活化分子所占的百分数将随之减小。 体系温度则降低，活化分子所占的百分数将随之减小。 即便这样，体系总还存在一个动能分布， 即便这样，体系总还存在一个动能分布，总有一定数量 的活化分子。 的活化分子。
− Ea RT
ν =Z P f =Z Pe
这里， 这里，Z
以碰撞频率公式计算： 以碰撞频率公式计算： RT 2 2 π Z = 2N d M = 4.6×1028次⋅ dm−1 ⋅ s−1 则 ν = 7.6×104 m ⋅ dm−1 ⋅ s−1 ol
P f
碰撞总数 取向因子 能量因子
实际反应速率仅为1.2× 两者相差10 实际反应速率仅为 ×10-8mol·dm-1 ·s-1，两者相差 12倍。
dcA dcB dcY dcZ υ =− =− = = adt bdt ydt zdt
▲ ▲ 实际工作中如何选择， 实际工作中如何选择，往往取决于哪一种物质更易 通过实验监测其浓度变化。 通过实验监测其浓度变化。 速率方程相同，但各自的 不同 不同。 速率方程相同，但各自的k不同。
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第3章
化学反应速率
Chapter 3 Chemical Reaction Rate
本章教学要求
1. 初步了解化学反应速率、速率方程、碰撞理论、过 初步了解化学反应速率、速率方程、碰撞理论、 渡状态理论和活化能概念； 渡状态理论和活化能概念； 2. 理解并会用浓度、温度、催化剂诸因素解释其对化 理解并会用浓度、温度、 学反应速率的影响； 学反应速率的影响； 3. 初步掌握阿仑尼乌斯公式的应用，会用其求算活化 初步掌握阿仑尼乌斯公式的应用， 能及某温度下的反应速率； 能及某温度下的反应速率； 4. 理解反应分子数和反应级数的概念，会进行基元反 理解反应分子数和反应级数的概念， 应有关的简单计算； 应有关的简单计算；
反应速率理论
Reaction rate theory
3.2.1 碰撞理论
1918年 Lewis以气体分子运动论为基础提出。 年 以气体分子运动论为基础提出。 对于反应
O3 (g) + NO(g) →NO2 (g) + O2 (g)
ν = kc(N c(O3 ) O)
发生有效碰撞的两个基本前提: 发生有效碰撞的两个基本前提 ● 碰撞粒子的动能必须足够大 对有些物种而言,碰撞的几何方位要适当 ● 对有些物种而言 碰撞的几何方位要适当
－△c(H2O2) △t
1.50
0.50
随着时间的推移，双氧水的浓度在减小！ 随着时间的推移，双氧水的浓度在减小！
400
1200
2000
2800
T/s
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平均速率用反应物和产物表示都可以
General formula
对于一般的化学反应： 对于一般的化学反应： aA + bB yY + zZ
反应 2W+X Y+Z 哪种速率表达式是正确的？ 哪种速率表达式是正确的？
dc(X ) dc(Y) = dt dt dc(X ) dc(W) = − dt dt dc(Z) dc(Y) = dt dt dc(Z) dc(W) = − dt dt
（同学们自己回答） 同学们自己回答）
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3.2
反应速率理论简介 Brief introductory to reaction rate theory
3.2.1 碰撞理论 Collision theory 3.2.2 过渡状态理论 theory Transition state
3.2.3 活化能 Ea Activation energy
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2 H2O2(aq)
2 H2O(l) ＋ O2(g)
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分解反应的数据分析
t/s 0 400 800 1 200 1 600 2 000 2 400 2 800 c(H2O2)/mol·dm–3 2.32 1.72 1.30 0.98 0.73 0.54 0.39 0.28 △t/s 400 400 400 400 400 400 400 △c(H2O2)/mol·dm–3 －0.60 －0.42 －0.32 －0.25 －0.19 －0.15 －0.11
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3.1
化学反应速率的概念
Conception of chemical reaction rate
3.1.1 化学反应的平均速率The average 化学反应的平均速率The rate of chemical reaction 3.1.2 反应的瞬时速率 反应的瞬时速率Instantaneous rate of chemical reaction