化学反应速率理论共62页文档

学生分组探究一 正确理解化学反应速率 第 1 步探究——问题引入，自主探究 1．描述化学反应速率时为什么要指明具体物质？
【提示】 同一化学反应，用不同物质表示反应速率时数值 可能不同，其数值之比等于各物质的化学计量数之比。
2．用不同物质表示的化学反应速率间有何关系？存在此关系 的本质原因是什么？
B．5v(O2)＝6v(H2O)
C．3v(NH3)＝2v(H2O) D．5v(O2)＝4v(NO)
【解析】 利用各物质的化学反应速率之比等于化学方程式
中各物质的化学计量数之比的关系，采用转化的方法将选项变形。
A 项，4v(NH3)＝5v(O2)可转化为 v(NH3)∶v(O2)＝5∶4，错误；同 理可得，B、D 项错误，C 项正确。
第 3 步例证——典例印证，思源自深化 将化合物 A 的蒸气 2 mol 充入 0.5 L 容器中加热，发
生分解反应 2A(g)===B(g)＋nC(g)，反应到 3 min 时，容器中 A 的 浓度为 1.6 mol/L，并测得这段时间内，用 C 的浓度变化表示的平 均反应速率 v(C)＝1.2 mol/(L·min)。
②分别用 B、C、D 表示的反应速率其比值为 3∶2∶1 ③在 2 min 末的反应速率，用 B 表示是 0.3 mol·L－1·min－1
④在这 2 min 内用 B 表示的反应速率的值是逐渐减小的，用 C
表示的反应速率的值是逐渐增大的
A．①②
B．③
C．①
D．②④
【解析】 本题考查对反应速率定义的理解。 ①根据化学计量数知，A 的浓度减少 0.8 mol/L，故 v(A)＝0.4 mol/(L·min)。 ②B、C、D 的化学计量数之比为 3∶2∶1，故其反应速率之 比为 3∶2∶1。 ③中是 2 min 内的平均反应速率，而不是瞬时速率。 ④用 B 表示的反应速率的值逐渐减小，用 C 表示的反应速率 的值也逐渐减小。 【答案】 A

能量
Ea无催化 催化活化配合物 Ea催化 反应物 生成物 反应历程 催化剂改变反应 途径示意图
O
例如：反应 2 H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g) 无催化剂时，反应的活化能为 75. 3 kJmol1； 用 I 做催化剂时，反应的活化能为 56. 5 kJmol1； 若使用过氧化氢酶，更能把反应速率提高到 1023 倍以上。
催化剂对反应活化能的影响
2.多相催化：
催化剂与反应物种不属于同一物相的 催化反应。 汽车尾气(NO和CO)的催化转化：
Pt(Pd, Rh) 2NO g CO g N2 g CO2 g
反应在固相催化剂表面的活性中心上 进行，催化剂分散在陶瓷载体上，其表面 积很大，活性中心足够多，尾气可与催化 剂充分接触。
需要注意以下特点 ：
催化剂只能通过改变反应途径来改变反应速率， 但不能改变反应的焓变(rHm)、方向和限度 在反应速率方程中，催化剂对反应速率的影响 体现在反应速率常数（k）内。对确定反应来 说，反应温度一定时，采用不同的催化剂一般 有不同的k值。
对同一个可逆反应来说，催化剂等值地降低了 正、逆反应的活化能。
Ea( ) ＜Ea( )， ΔrHm ＜0 ，为放热反应；
正 逆
Ea( ) ＞Ea( )， ΔrHm ＞0 ，为吸热反应。
正 逆
3.3. 3催化剂与反应速率的关系
催化剂:一些能显 著改变化学反应速 率，而在反应前后 其自身的组成、质 量和化学性质基本 保持不变的物质.
无催化活化配合物
催化剂与反应物 之间形成一种能量较 低的活化配合物，改 变了反应的途径。
（4）化学平衡是动态平衡。
3.4.1.2平衡常数

2
Question 1
反应 2W+X Y+Z 哪种速率表达式是正确的？
a.
dc(X ) =dc(Y)
dt
dt
b.
dc(X ) =- dc(W)
dt
dt
c.
dc(Z ) =dc(Y )
dt
dt
d.
dc(Z) =- dc(W)
dt
dt
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第二节 反应速率理论
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2.2. 反应速率理论
若使用过氧化氢酶，更能把反应速率提高到 1023 倍以上。
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催化剂能缩短平衡到达的时间，但不能改变平 衡状态，反应的平衡常数不受影响。催化剂不能启 动热力学证明不能进行的反应（即 r Gm 0 的反 应）。
催化剂有均相催பைடு நூலகம்和多相催化
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1.均相催化： 催化剂与反应物种在同一相中的催化反应。
2.2.1分子碰撞理论
只有具有足够能量的反应物分子的碰撞才有可能发 生反应。这种能够发生反应的碰撞叫有效碰撞。
那些具有足够高能量，能发生有效碰撞的分子称 为活化分子，要使普通分子成为活化分子所需最小能量 称为活化能。
发生反应的有效碰撞的分子，还必须沿着特定的 方向碰撞。
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活化能
1之间。反应的活化能越小，反应速率越大。一般认为Ea小于63 kJ·mol-1的反
应为快速反应。
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3.3.2.过渡态理论
具有足够能量的分子彼此以适当的空间取向相互靠近到 一定程度时，会引起分子或原子内部结构的连续性变化，使 原来以化学键结合的原子间的距离变长，而没有结合的原子 间的距离变短，形成了过渡态的构型，称为活化络合物。

（4）活化能和反应速率的关系: 活化能越低，单位体积内活化分子数越多，化
学反应速率就会越快。
一个反应经历的过程
普通 分子
活化 能
活化 分子
合理 取向的 碰撞
有效 碰撞
新物质
能量
活化分子百分数：
（活化分子数/反应物分子数）×100% n活=n总×活%
化学反应速率主要取决于： 有效碰撞频率
所有能够改变内能,运动速率,以及碰撞几率的方法，都 可以用来改变、控制反应的速率。
（二）压强对反应速率的影响 请试根据浓度对化学反应速率的影响推出压强对化 学反应速率的影响情况
压强增大 →浓度增大→单位体积内n活↑→有效碰撞↑
结论：其它条件不变时，有气体参加的反应中，增 大压强，反应速率加快；减小压强，反应速率减慢。 注意：
1、压强对反应速率的影响适用于有气体参加的反应。
2、由于固体、液体粒子间的空隙很小，增大压强几 乎不能改变它们的浓度，因此对只有固体或液体参加的 反应，压强的变化对于反应速率的影响可以忽略不计。
练习3：
将一定浓度的盐酸倒入碳酸钙中，若作如下改变的情况，
其中能使最初的化学反应速率增大的是 （ BG ）
A、盐酸的浓度不变，而使盐酸的用量一倍 B、盐酸的浓度增大一倍，而使盐酸用量减少到原来的一半 C、盐酸的浓度和用量都不变，增加碳酸钙的量 D、盐酸和碳酸钙不变，增大压强一倍 E、加入CaCl2溶液 F、加入CaCl2固体 G、将CaCO3用CaCO3粉末代替
变现象。
3、对于气体有下列几种情况:
(1)、恒温时：增大压强→体积减少→C增大→反应速 率增大 (2)、恒容时：
A、充入气体反应物→反应物浓度增大→总压增 大→反应速率增大；
B、冲入“无关气体”（如He、N2等）→引起 总压增大，但各反应物的分压不变，各物质的浓度 不变→反应速率不变

2 N2O5（g）→4NO2(g) + O2(g)
c起始/ mol·L-1
2.1
0
0
c100秒末/ mol·L-1 1.95
0.30 0.075
试计算反应开始100秒内的平均速率。
解
vN 2O5
1.95 2.1 100
1.5 10 3 mol l 1 s 1
v NO 2
0.30 0.0 3.0 10 3 mol l 1 s 1 100
▲ 一些反应的Ea 2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g), N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g), HCl + NaOH → NaCl+H2O,
Ea=251 kJ·mol-1 Ea=175.5 kJ·mol-1
Ea≈20 kJ·mol-1
离子反应和沉淀反应的Ea都很小
E*
Ek
碰撞理论 过渡态理论
活化分子与 活化能
活化能与反 应热
影响化学反应速率的因素
一 浓度对化学反应速率的影响 二 温度对化学反应速率的影响 三 催化剂对化学反应速率的影响
一、浓度对化学反应速率的影响
在纯O2中
在空气中（20%O2）
白磷在纯氧与空气中的燃烧反应
结论：在一定条件下，增大反应物的浓度，化学反应速 率会加快；减少反应物的浓度，化学反应速率会减慢。
解v N 2O5
1.95 2.1 100
1.5 10 3 mol l 1 s 1
v NO 2
0.30 0.0 3.0 10 3 mol l 1 s 1 100
vO2
0.075 0.0 7.5 104 mol l1 s1 100
1 2

)1/2
式中 MAMB
MA MB
NA[A]L NB[B]L
V
V
当体系中只有一种A分子，两个A分子
互碰的相对速度为： ur (28M RA T)1/2
每次碰撞需要两个A分子，为防止重复 计算，在碰撞频率中除以2，所以两个A分 子互碰频率为：
ZAA22dA 2A(N VA)2(8M RTA)1/2
2dA 2A(NVA)2(RM TA)1/22dA 2AL2(RM TA)1/2[A]2
反应阈能又称为反应临界能。
大的原子团，由于位阻效应，减少了这个键与 其它分子相撞的机会等等。
碰撞理论优缺点 优点： 碰撞理论为我们描述了一幅虽然粗 糙但十分明确的反应图像，在反应速率理论的 发展中起了很大作用。
对阿仑尼乌斯公式中的指数项、指前因子和阈 能都提出了较明确的物理意义，认为指数项相当于 有效碰撞分数，指前因子A相当于碰撞频率。
过渡态理论是1935年由艾林(Eyring)和波兰尼（Polany)等人在统计热力学和量子力学的基础上提出来的。 碰撞理论计算速率系数的公式： Ec值与温度无关，实验尚无法测定，而是从实验活化能Ea计算。
(2)有的分子从相撞到反应中间有一个能量传 过渡态理论是1935年由艾林(Eyring)和波兰尼（Polany)等人在统计热力学和量子力学的基础上提出来的。
它解释了一部分实验事实，理论所计算的 速率系数k值与较简单的反应的实验值相符。
缺点：但模型过于简单，所以要引入概率因子， 且概率因子的值很难具体计算。阈能还必须从实 验活化能求得，所以碰撞理论还是半经验的。
过渡态理论
过渡态理论是1935年由艾林(Eyring)和波兰 尼（Polany)等人在统计热力学和量子力学的 基础上提出来的。

二、化学反应速率的测定
化学反应的速率是通过实验来测定的。包括能够直接观 察的某些性质，如释放出气体的体积和体系的压强；也包括
必须依靠仪器来测量的性质，如颜色的深浅、光的吸收、光
的发射、导电能力等。在溶液中常常利用颜色深浅和显色物 质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应的速率。
一、化学反应速率的计算规律
解析 由图可知，X、Y的物质的量随反应的进行而减小， Z的物质的量随反应的进行而增大，则X和Y为反应物，Z为 生成物。且2 min后，X、Y、Z三种物质的物质的量不再发生 改变，则可确定该反应为可逆反应。
Δn(X)＝1.0 mol－0.7 mol＝0.3 mol Δn(Y)＝1.0 mol－0.9 mol＝0.1 mol Δn(Z)＝0.2 mol－0＝0.2 mol Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z) ＝0.3 mol∶0.1 mol∶0.2 mol ＝3∶1∶2 故反应的化学方程式为： 3X＋Y 2Z
在1 L固定容积的容器中发生反应：N2＋3H2 2NH3， 在1 min内2 mol N2与6 mol H2反应生成了4 mol NH3。在该反 应中，各物质的化学计量数之比、发生化学变化的物质的量
之比、发生化学变化的物质的量浓度之比、各物质表示的化
学反应速率之比如下：
化学计量数之比
N2 ＋ 3H2
答案 在2 min内，氮气、氢气、氨气的平均反应速率分
别 是 0 . 1 m o l ·L － 1 ·m i n － 1 、 0 . 3 m o l ·L － 1 ·m i n － 1 、
0.2 mol·L－1·min－1。
知识点2：判断化学反应速率的快慢 例2 反应：A＋3B＝2C＋2D在四种不同情况下的反应速率分别为： ①v(A)＝0.15 mol·L－1·min－1，②v(B)＝0.01 mol·L－1·s－1，③v(C) ＝0.40 mol·L－1·min－1，④v(D)＝0.45 mol·L－1·min－1，该反应进行的快 慢顺序为________________(填序号)。 解析 比较四种不同情况下反应速率的快慢，需要用同一物质的变 化来表示。 v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝1∶3∶2∶2，转化为用A的浓度变化来表 示 的 反 应 速 率 为 ： ① v ( A ) ＝ 0 . 1 5 m o l ·L － 1 ·m i n － 1 ； ② v ( B ) ＝ 0 . 0 1

起始浓度 1.15mol·L-1 0
100s后
1.0 mol·L-1
0.15 4 2
则反应在100s内的平均速率为：
0
0.15 1 2
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用三种物质表示,平均速率不同, 这是因为它们 的化学计量系数不同
v= 1 2v(N 2 O 5)1 4v(N2O )v(O 2)
v ci
t
活化分子百分数 f ：活化分子在总分子中占的百 分数: f大、有效碰撞多、反应速率快.
-Ea
f = e RT
活化能: 1mol具有平均能量的分子变成活化分 子需吸收的最低能量.
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分子分数%
Ea = Ec - E
Ea
E
Ec
E
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重点掌握
影响活化能大小的因素
1.活化能Ea由反应本性决定,与反应物浓度无关； 2. Ea受温度影响较小，可忽略，T 变，Ea基本不变
例：N2+3H2=2NH3 若dt内N2浓度减少dx,则：
v(N2) = -dc(N2)/ dt = -dx/dt v(H2) = -dc(H2)/ dt = -3dx/dt 数值不等 v(NH3) = dc(NH3)/ dt = 2dx/dt
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不同物质浓度变化表示同一反应速率时,其反 应速率之比就等于方程式中计量系数之比:
； 3. 催化剂对Ea影响较大，催化剂可大大降低Ea， 加快反应速率； 一4.般Ea反小应，的活E化a分40子-4百00分kJ数·m增o大l-1多，数反在应6速0-率25加0之快间， Ea ﹤ 40 kJ·mol-1反应速率大 Ea ﹥ 400 kJ·mol-1反应速率非常小

§6.2化学反应速率和限度
一、化学反应速率
1.定义 ：单位时间内反应物浓度的减少或生成物 浓度的增加
2.表达式：
v=
Δc ——
Δn = —V—
Δt
Δt
3.单位：mol/(L•s)、mol/(L•min) 也可写成：mol.L-1.s-1、mol.(L. min) -1
4.注意 ：
①v只表示一段时间的平均速率，不是瞬时速率
水浴加热产生 气泡快
加热能加快反 应速率
实验二：取2只试管，各加入5 mL 4%的过氧化氢溶液，分别滴 加入二氧化锰粉 使用催化剂能 入几滴洗涤剂，往其中1支试管中 末产生气泡快 加快反应速率
加入少量二氧化锰粉末
实验三：取2只试管，各加入5 mL 2%、6%、12%的过氧化氢溶 液，分别滴入几滴0.2 mol·L－1氯
（3）温度对化学反应速率的影响 升高温度，可以增大化学反应速率 降低温度，可以减小化学反应速率
（4）催化剂对化学反应速率的影响 使用催化剂，能显著地增大反应速率。
正催化剂和负催化剂
§影响反应速率的因素
内因: （1）反应物的本性； (2)反应物的浓度 (3)反应物的温度
外因 (4)反应物粒子的大小(表面积) (5)催化剂的存在与否 (6)光能(或辐射能)等等
三、化学反应限度
一、可逆反应:
1、定义：在同一条件下, 既能向正反应方
向进行，同时也能向逆反应方向进行的反应。
2、符号：
催化剂
2SO2+O2 △ 2SO3
3、可逆反应的特点
(1)、同一条件 同时进行（两同）
在某密闭容器中发生反应：2SO2+O2
催化剂
△ 2SO3
500℃ 1.01×105 Pa

催化剂具有选择性
不同的催化剂对同一反应可能有不同的效果，选择合 适的催化剂可以提高目标产物的收率和选择性。
03
化学反应速率理论
碰撞理论
01
02
03
有效碰撞
发生化学反应的分子间碰 撞，必须满足能量和取向 的要求。
活化能
分子从常态转变为容易发 生化学反应的活跃状态所 需要的能量。
碰撞频率
单位时间内发生碰撞的分 子对数，与分子浓度、温 度、压力等因素有关。
02
影响化学反应速率的因素
温度对反应速率的影响
温度升高，反应速率加快
一般来说，温度越高，分子的平均动能越大，碰撞频率和有效碰撞几率增加，从而加快反应速率。
温度对反应速率的影响程度因反应而异
不同的化学反应对温度的敏感性不同，有些反应在低温下就能进行，而有些则需要高温条件。
浓度对反应速率的影响
浓度增加，反应速率加快
化学反应速率方程
描述了反应速率与反应物浓度的关系， 其中速率常数k与温度有关。
影响化学反应速率的因素
包括反应物浓度、温度、催化剂、压 力（对气体反应）等。
阿累尼乌斯方程
揭示了反应速率常数k与温度T的关系， 为预测不同温度下的反应速率提供了 依据。
学生自我评价报告
知识掌握程度
通过本次课程学习，我对化学反 应速率的概念、影响因素及相关 方程有了更深入的理解。
对于有气体或溶液参加的反应，增加反应物的浓度可以提高单位体积内活化分子的数目， 从而增加有效碰撞几率，使反应速率加快。
浓度对反应速率的影响受其他因素制约
例如，在固体或纯液体参加的反应中，由于它们的浓度是常数，因此改变它们的用量不 会改变反应速率。
催化剂对反应速率的影响