1、无机及分析化学,1,教学目的要求：1.理解元反应及反应级数的概念；2.掌握质量作用定律及其应用范围；3.掌握浓度、压力、温度、催化剂等对反应速率的影响。,教学重点及难点：1.重点：浓度、压力、温度、催化剂对反应速率的影响2.难点：影响化学反应速率的因素及其应用。,主要教学内容：1.元反应及质量作用定律；2.浓度、压力对速率的影响3.温度对反应速率的影响；4.催化剂对反应速率的影响,无机及分析化学,2,一、元反应及质量作用定律,1.反应历程 反应物转变为生成物的具体步骤(途径)或微观进行的过程称为反应机理或反应历程。,2.元反应 反应物活化分子在有效碰撞中一步直接转化为生成物分子的反应称为元反应
2、。,无机及分析化学,3,元反应中实际参加反应的反应物的粒子(分子、原子或离子)数，称为反应级数。按反应级数可把元反应分为一级反应、二级反应等。,A 产物 A + B 产物 2 A 产物,如SO2Cl2的分解反应一级反应, NO2的分解反应为二级反应，H22I2HI为三级反应。三级反应为数不多，四分子或更多分子碰撞而发生的反应尚未发现。,无机及分析化学,4,H2 (g) + I2 (g) 2HI (g) 反应分两步进行第一步 I2 (g) 2I (g)第二步 H2 (g) + 2I (g) 2HI (g)每一步均为元反应，总反应为两步反应的和。,3.非元反应 两步或两步以上才能完成的反应称为非元
3、反应。,无机及分析化学,5,任一基元反应 a A + b B g G + d D在一定温度下，其经验速率方程(亦称质量作用定律)的数学表达式为：,4.元反应的速率方程质量作用定律,实验发现，元反应的反应速率与各反应物浓度的幂乘积成正比，其中各反应物浓度的幂指数为元反应方程中各反应物的化学计量数。,(1)质量作用定律的内容,无机及分析化学,6,式中 反应的瞬时速率；c(A) A物质的瞬时浓度，mol/L；c(B) B物质的瞬时浓度，mol/L；a 反应式中A物质的化学计量数；b 反应式中B物质的化学计量数；k 反应的速率常数。,无机及分析化学,7,有两个分子参与的反应，称为双分子反应。如A+B产
4、物,或2 A产物,只有一个分子参与反应，称为单分子反应。如 A 产物,无机及分析化学,8,(2)速率常数k物理意义 在给定温度下，反应物浓度皆为1molL-1（单位浓度）时的反应速率。对于不同反应，k值一般不同。 在相同的浓度条件下，可用速率常数的大小来比较化学反应的反应速率。 对于指定反应，k值随温度、溶剂、催化剂等变化而变化。k值与浓度（或分压）无关。,无机及分析化学,9,质量作用定律只适用于元反应，不适用于非元反应。对于非元反应，其速率方程是由实验确定的，往往与反应式中的化学计量数不同。,对于指定反应，速率常数k与温度、催化剂等有关，而与浓度无关，因此实验测得的速率常数要注明测定时的温度
5、。,(3)使用质量作用定律的注意事项,无机及分析化学,10,固态的反应物，其浓度不写入速率方程。 如元反应：C(s)+ O2(g)= CO2(g)，=kc(O2),对于气体反应，当体积恒定时，各组分气体的分压与浓度成正比，故=kp(A)ap(B)b,无机及分析化学,11,二、浓度对化学反应速率的影响,一般反应速率随反应物的浓度增大而增大。据反应速率理论，对于一确定的化学反应，一定温度下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的，因此单位体积内的活化分子的数目与反应分子的总数成正比，也就是与反应物的浓度成正比。当反应物浓度增大时，单位体积内分子总数增加，活化分子的数目相应也增多，单位体积、单位时间内
6、的分子有效碰撞的总数也就增多，因而反应速率加快。,无机及分析化学,12,对于有气态物质参加的反应，压力影响反应的反应速率。在一定温度时，增大压力，气态反应物质的浓度增大，反应速率增大；相反，降低压力，气态反应物浓度减少，反应速率减小。对于没有气体参加的反应，由于压力对反应物的浓度影响很小，所以压力改变，其他条件不变时，对反应速率影响不大。,三、压力对化学反应速率的影响,无机及分析化学,13,温度对化学反应速率的影响特别显著。一般情况下，大多数化学反应随着温度的升高而加快；随着温度的降低而减慢。,四、温度对化学反应速率的影响,分子的运动速度加快，单位时间内的碰撞频率增加系统的平均能量增加，分子的
7、能量分布曲线明显右移, 增加了活化分子百分数。,原因是：,无机及分析化学,14,1884年，荷兰人范特霍夫(J.H.VantHoff)研究了各种反应的反应速率与温度的关系，提出了一个近似的经验规律：一般化学反应，在一定的温度范围内，温度每升高10，反应速率增加到原来的24倍。,1.范特霍夫规则,无机及分析化学,15,或,或,称为阿仑尼乌斯经验公式 。其中k为反应速率常数；A为常数，Ea为活化能(kJ/mol),R为气体常数（R=8314J/ Kmol），T为开氏温度。,2.阿仑尼乌斯公式,无机及分析化学,16,【例】某一反应的活化能为117.15kJ/mol，当温度从398K升高到408K时，
8、该反应的速率增大多少倍？解：由 即反应速率增大到原来的238倍。,无机及分析化学,17,温度对H2O2与HI反应速率的影响,无机及分析化学,18,催化剂是一种能显著改变化学反应速率，而本身在反应前后的组成、质量和化学性质都保持不变的物质。催化剂按其作用可分为两大类：凡能加快反应速率的物质称正催化剂，例如接触法生产硫酸中的催化剂五氧化二钒；凡能减慢反应速率的物质称负催化剂，例如减缓橡胶老化加入的防老剂。通常，若无特殊说明催化剂均指正催化剂。,五、催化剂对化学反应速率的影响,无机及分析化学,19,改变了反应的途径，与无催化反应的途径相比较，所需的活化能显著地降低, 从而使活化分子百分数和有效碰撞次
9、数增多，导致反应速率加快。,催化剂改变速率的原因,对可逆反应，催化剂既能加快正反应速率也能加快逆反应速率，因此催化剂能缩短反应完成的时间。,无机及分析化学,20,在采用催化剂的反应中，微量杂质也可能使催化剂的催化活性突然降低甚至丧失，这种现象称为催化剂的中毒。因此，在使用催化剂的反应中，必须使原料保持纯净。,催化剂的催化作用具有严格的选择性。一种催化剂往往只对特定的反应有催化作用，相同的反应物若采用不同的催化剂，可能会得到不同的产物。,无机及分析化学,21,化学反应速率除了受浓度、压力、温度和催化剂的影响外，还有一些其他因素也会影响化学反应的速率。对于多相反应来说，由于反应物处于不同的相，反应是在两相交界面上进行的，因而反应速率与界面的接触面大小有关，其他如超声波、紫外光、X射线和激光等也可能影响化学反应的反应速率。,
