第七章化学反应速率

三 质量作用定律和速率方程式
(一) 质量作用定律：
质量作用定律：温度一定时，元反应的反应速率 与各反应物浓度以计量系数为指数的幂的乘积成正 比：
如元反应： N O 2 ( g )C O ( g ) N O ( g ) C O 2 ( g )
有
v c(NO2)c(CO)
或写成
v = k c(NO2) c(CO)
def 1 dξ
V dt
对任一个化学反应计量方程式，则有dξຫໍສະໝຸດ ν1 Bd
nB
def 1 dξ
V dt
1 V
d nB ν dt
B
1 νB
d cB dt
如合成氨的反应
N2+3H2
2NH3
v 1d ξ1d c B 1d c (N 2) 1d c (H 2) 1d c (N 3)
Vd t νBd t 1d t 3d t 2 d t
在复合反应慢反应的那一步控制了反应的速率，
故称为速率控制步骤。
二、元反应和反应分子数
元反应：反应物的微粒(分子、原子、离子或自 由基)间直接碰撞而一步生成产物的化学反应。
反应分子数：元反应中反应物微粒数之和，它 是需要同时碰撞才能发生化学反应的微粒数。
➢ 单分子反应 I2 (g) = 2I (g) ➢ 双分子反应 CO(g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2
注意： ①因为反应速率没有负值，因此规定以反应物
表示时反应物的νB取负号，以产物表示时νB取正
号。 ν为整个反应的反应速率； ② 反应体系中选择何种物质表示反应速率无关，
但与化学反应的计量方程式有关 ； ③ 表示ν时，要指明哪种物质。
在实际工作中，还常将反应速率表示为反应物A的 消耗率。也即单位体积中反应物A的物质的量随时间 的变化率的绝对值，符号用VA
如图7－1中
v lim c(H2O2 ) dc(H2O2 )
t
dt
反应的瞬时速率可通过作图法求得。如要求在
第20min时H2O2分解的瞬时速率，可在图7-1的曲 线上找到对应于20min时的A点，求出曲线上A点切 线的斜率，去负号即为第20min时的瞬时速率
v 20min
(0.40 0.68)mol L1 20min
平均速率和瞬时速率两种表示方式。
二、 化学反应的平均速率
H2O2(aq)
I-
H2O(l) +
1
2 O2(g)
分解过程中浓度 v 变化如表7-1所示
表7-1中的仅表示某一个20分钟间隔内的平 均速率:
v Δc(H Δt2O2)
t /min v 0 20 40 60 80
[H2O2]/ (molL-1) 0.80
任一元反应： aA+bB→dD+eE v = k ca(A) cb(B)
(二) 速率方程式
表示反应速率与反应物浓度之间定量关系的数
学式称为反应速率方程式 。
N O 2 ( g )C O ( g ) N O ( g ) C O 2 ( g )
如 v = k c(NO2) c(CO)
注意：1、质量作用定律仅适用于元反应
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
反应并不是按反应计量方程式一步直接完
成，而是经历了一系列单一的步骤，这类反应
称为复合反应。
H 2 ( g ) + I 2 ( g )
它是由两步组成的：
2 H I ( g )
( 1 ) ( 2 )
I 2 ( g ) 2 I ( g )
快 反 应
H 2 ( g ) + 2 I ( g ) 2 H I ( g ) 慢 反 应 ( 速 率 控 制 步 骤 )
第七章 化学反应速率
第一节 化学反应速率及其表示方法 第二节 化学反应速率理论简介 第三节 浓度对化学反应速率的影响 第四节 温度对化学反应速率的影响 第五节 催化剂对化学反应速率的影响
CO(g) + NO(g) = CO2(g) + ½ N2(g) rGθm(298K) = - 334kJmol-1 Kpθ=1.91060(298K)
0.014mol L1 min
1
V40min=0.0075molL-1min-1 V60min=0.0038molL-1min-1
第二节 反应机理和元反应
一、简单反应与复合反应
反应机理：就是化学反应进行的实际步骤，即 实现该化学反应的各步骤的微观过程。
简单反应：反应物一步就直接转变为生成物的 反应。
(g)
➢ 三分子反应 H2 (g) + 2I (g) = 2HI (g) ➢ 由于四分子同时相遇的机会极小，更高分子
数的反应没有出现
单分子反应:
H2C
H2C
双分子反应：
CH
C2H CHCHC2H CH
2 N 2 O ( g ) 2 N 2 ( g ) + O 2 ( g )
三分子反应：
H 2 ( g ) + 2 I ( g ) 2 H I ( g )
v (molL-1min-1)
0.40
0.40/20=0.020
0.20
0.20/20=0.010
0.10
0.10/20=0.0050
0.050
0.050/20=0.002 5
三、 化学反应的瞬时速率
由于分解速率是随浓度变化而变化，而浓度 又随时间的变化而改变，为了确切地表示反应的 真实速率，通常用瞬时速率来表示。
研究化学反应速率的科学称为化学动力学，
它主要研究化学反应速率的理论，反应机理以及 影响反应速率的因素。
本章介绍一些化学反应速率的基本理论和基础 知识。
第一节 化学反应速率的表示方法
一 化学反应速率
化学反应速率 ：是衡量化学反应过程进行的快 慢，即反应体系中各物质的数量随时间的变化 率。
用反应进度()的概念来表示，则反应速率ν可 定义为：单位体积内反应进度随时间的变化率， 即：
def νA = 1/V
d—nA dt
=
-
d— dctA
由于nA随时间减少，dnA/dt为一负值，在其前加
一负号是为使νA 为正值。
反应速率是反应体系中各物质的浓度随时间的变
化率，因而它具有“浓度时间-1” 的量纲。其中的浓 度 用 molL-1 表 示 ， 而 时 间 则 根 据 需 要 可 用 s( 秒 ) ， min(分)，h(小时)，d(天)，a(年)等表示。对绝大多数 反应而言，反应速率随时间而变化，因而反应速率有
①对元反应，根据质量作用定律可直接写出速
率方程式：
如上例 任一元反应
v = k c(NO2) c(CO)
aA+bB→dD+eE