人教版选修4高中化学第二章第2节：影响化学反应速率的因素(45张PPT)

(共45张PPT)
第2节
影响化学反应速率的因素
1
浓度对化学反应速率的影响
2
温度对化学反应速度的影响
3
催化剂对反应速度的影响
4
其它因素对反应速度的影响
影响化学反应速率的因素首先是反应物的本性，反应物的性质对化学反应的速率起决定性作用，其次，还受到外界条件如浓度、温度、压力、催化剂等因素的影响。
除本身性质外，受到浓度温度、压力、催化剂影响
1
浓度对化学反应速率的影响
实验证明，一定温度下，增加反应物的浓度可以增大反应的速率，其原因是增大反应物浓度，单位体积内活化分子的数目增多，从而增加了单位时间内反应物分子的有效碰撞频率，故导致反应速率增大。
增大反应物浓度，反应速率增大
1
浓度对化学反应速率的影响
一、反应物浓度和反应速率的关系
基元反应：反应物分子在有效碰撞中一步直接转化为产物分子的反应，又称简单反应
。
如：
（1）
SO2Cl2
?
SO2
+
Cl2
（2）NO2
+
CO
?
NO
+
CO2
（3）
2NO2
?
2NO
+
O2
一般基元反应很少，常见的基元反应有单分子、双分子的，很少有三分子的，四分子反应目前尚未发现。
1
浓度对化学反应速率的影响
非基元反应：经若干基元反应步骤才能由反应物分子转化为产物分子的反应称为复杂反应或非基元反应。
如：
（1）
H2
+
I2
?
2HI
（2）
H2
+
Br2
?
2HBr
（3）
H2
+
Cl2
?
2HCl
一个反应是基元反应还是复杂反应，需要通过实验研究来确定，由反应方程式不能确定。
二、浓度对反应速率的影响
一定温度下，反应物浓度越大，反应速率越快，反之，浓度越低，反应速率越慢。
实验证明，对基元反应，其反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。这称为质量作用定律。
1
浓度对化学反应速率的影响
例如，如下基元反应：
SO2Cl2
?
SO2
+
Cl2
v
=
k1[SO2Cl2]
①
NO2
+
CO
?
NO
+
CO2
v
=
k2[NO2][CO]
②
2NO2
?
2NO
+
O2
v
=
k3[NO2]2
③
V——为反应速率，
k——为反应的速率常数，指给定温度下，单位
浓度时的反应速率
[
]或c——表示的是相应反应物的浓度。
1
浓度对化学反应速率的影响
对一般基元反应，
a
A
+
b
B
?
g
G
+
h
H
其速率方程为：
v
=
k
[A]a[B]b
在基元反应中，反应速率与物质的量浓度的计量系数次方的乘积成正比。
（也称为动力学方程）
在相同条件下，可以通过比较不同反应的k
值，大致确定反应速率的快慢。k越大，反应速率越大。K是化学反应的本性。在恒温条件下，反应速率常数k不因反应物浓度的改变而改变，温度变化时，k随温度变化而变化，k可通过实验来测定。
温度一定，k值一定
对于基元反应：
则：
且可能有
，而m、n值只能由实验确定。
即：质量作用定律不能直接应用于非基元反应，但能应用
于构成该非基元反应的每一个具体步骤（基元反应）。
对于“非基元反应”：
则：
质量作用定律：基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的连乘积成正比。
复杂反应：由两个或多个基元步骤完成的反应。
例：A2
+
B
?
A2B
第一步：
A2
?
2A（慢反应）；
第二步
：2A
+
B
?
A2B（快反应）
复杂反应的反应速率是由最慢的一个基元步骤决定。
故：v
=
k
[A2]。
复杂反应的反应的速率方程只有通过实验确定。
例如：
2H2
+
2NO
?
2H2O
+
N2
v
=
k[H2][NO]2；而不是v
=
k[H2]2[NO]2
表述动力学方程时注意：
（1）溶剂参与反应，不标出溶剂浓度。
（2）固体物质参与反应，其浓度看作常数。
（3）气态物质参与反应，可用分压来代替浓度。如
v
=k
p(O2)等。
溶剂和固体参与反应，其浓度可视为常数，
可不必在动力学方程中标出
反应分子数
基元反应或复杂反应的基元步骤中发生反应所需要的微粒（分子、原子、离子或自由基）数目。例如：
单分子：SO2Cl2分解,
SO2Cl2
?
SO2
+
Cl2
双分子：NO2分解,
2NO2
?
2NO
+
O2
三分子：H2
+
2I
?
2HI
反应级数（用n表示，称为n级反应）
反应速率方程中各反应物浓度的指数之和称为反应级数。基元反应的级数等于反应式中反应物数量之和，和反应分子数相等。
三、
反应分子数和反应级数
实验测得速率方程式为：
则m称为反应物A的分级数；n称为反应物B的分级数；（m+n）为反应的级数。
对于基元反应m=a,
n=b,
m+n=a+b,
且a,b均为简单整数。
基元反应的级数为正整数，非基元反应的级数可能不是正整数。
如反应：
例如：
SO2Cl2
?
SO2
+
Cl2
v
=
k1[SO2Cl2]
一级反应
NO2
+
CO
?
NO
+
CO2
v
=
k2[NO2][CO]
二级反应
2NO2
?
2NO
+
O2
v
=
k3[NO2]
二级反应
2
反应级数（n）
速率常数k的单位
0级
1级
1/s
2级
3级
n级
例1：基元反应
CO
(g)
+
NO2
(g)
=
CO2
(g)
+
NO
(g)
V
=
k
(CO)
(NO2)
对CO：1级反应；对NO2：1级反应；
该反应为2级反应。
2级反应k量纲：mol-1.dm3.s-1.
对于基元反应：m
=
a,
n
=
b,
m+
n
=
a
+
b,
且a、b均为简单整数。
例2：
非基元反应
对S2O82-,1级反应，对I-
为1级反应，该反应为2级反应。
例3：H2(g)
+
Cl2(g)
=
2
HCl(g)
v
=
k
(H2)(Cl2)1/2
（链式反应机理）
对H2：1级反应，对Cl2：1/2级反应
反应为3/2级反应。
例4：2
Na(s)
+
2
H2O
(l)
=
2
NaOH
(aq)
+
H2
(g)
v
=
k
(Na)0
=
k
0级反应——反应速率与反应物浓度无关
注意：
非基元反应不能仅由化学反应方程，而应由实验确定反应级数。
如：H2
+
I2?2HI；
反应分子数只能是1，2，3等整数，反应级数可为0和分数。
如：2Na
+
H2O
?
2NaOH
+
H2
，v
=
k；
如：H2
+
Cl2
?
2HCl
，v
=
k[H2][Cl2]1/2；
速率方程较复杂、不属v
=
k[A]m[B]n形式的反应，无所谓反应级数。
如：H2
+
Br2
?
2HBr,
v(H2)
=
k[H2][Br2]1/2/{1+k’[HBr]/[Br2]}
反应速度方程，可为研究反应机理提供线索。
如：C2H4Br2
+
3KI
?
C2H4
+
2KBr
+
KI3，
v
=
k[C2H4Br2][KI]。
四、浓度影响反应速率的应用
（1）由反应物浓度及反应速率可确定（测知）反应级数，并可通过改变反应物浓度比例达到所需要的反应速率。
（2）根据实验数据可确定反应的速率方程。
例题：P13
例2—1
略
（确定反应速率方程和反应级数）
2
温度对化学反应速度的影响
（1）
实验现象
温度每升高10K，反应速率大约提高二到三倍。
无论吸热还是放热反应，温度升高，反应速率都加快。
温度升高，一般k也增大，
但k~T不是线性关系。
（2）
Arrhenius
关系（阿伦尼乌斯公式）
1889年，
Arrhenius总结了大量实验事实，得出：
Ea为反应活化能，A为“指前因子”或“频率因子”。在一般温度范围内活化能Ea和指前因子A均不随温度改变。
例：
把T1，k1和T2，k2分别代入
式，相减得
据此可以求出Ea
已知不同温度下的速率常数，也可求出Ea
根据上式可知，已知一个温度下的速率常数，可求出另一温度下的速率常数
应
用（例2—2、2—3）
利用Arrhenius方程进行有关计算。求k，Ea，v等。
在
k
=
A
exp(-Ea/RT)，Ea处于指数项，对k有显著影响，在室温下，
Ea每增加4
kJ?mol-1，k值降低约80%。
根据
对同一反应，升高相同温度，在高温区值增加较少，
在低温区增加较多，因此对于原本反应温度不高的反应，可采用升温的方法提高反应速率。
对不同反应，升高相同温度，
Ea大的反应
k
增大的倍数多，因此升高温度对反应慢的反应加速明显
Arrhenius方程的应用
3
催化剂对化学反应速率的影响
(1)
催化剂和催化作用
催化剂(Catalyst)：能改变化学反应速度，本身在反应前后质量和化学组成均不改变的物质。
催化剂
催化作用（Catalysis）
催化剂改变反应速率
原因：改变了反应机理（途径）、使
，使
，因此
催化剂（K）改变反应途径示意图
例1
（零级反应）
据Arrhenius公式（基元、非基元反应均适用）。
当
，则
，使
例2、
（503K）
（503K）
同样，
，则
，使
v
?
?
使用催化剂并不改变反应体系的始态和终态，因此总反应的△H
?
,
△S?
,
△G
?
均不变，由
△G
?
=
-RT
lnK
可知，平衡常数K也不变。
正催化剂能改变反应途径，降低Ea，同等地提高正、逆反应速率，但不会使原来的平衡移动，也不能改变平衡常数。
对于热力学预言非自发的反应，使用催化剂无作用，即催化剂不能改变反应自发的方向。
不同的反应要用不同的催化剂，即使这些不同的反应属于同一类型也是如此。例如SO2的氧化，Pt或V2O5作催化剂，而乙烯的氧化则要用Ag作催化剂。
同样的反应物可能有许多反应时，选用不同的催化剂可增大工业上所需要的某个反应的速率，同时对其它不需要的反应加以抑制。例：
CO(g)
+H2(g)
(1)
300×105Pa/Cu催化，573K
?
CH3OH
(2)
20×105Pa/活化Fe-Co催化，
473K
?
烃的混合物+H2O
(合成油)
(3)常压/Ni催化，523K
?
CH4
+
H2O
(4)150×105Pa/Ru催化，423K
?
固体石蜡
（2）
催化剂的选择性
影响反应速率的其他因素
增大接触机会
破碎固体（固固、固液）
喷淋（气液）
搅拌（固液，液液）
让生成物及时离开反应界面
其他形式的能量
超声波
紫外光
激光、高能射线等
重点掌握反应速率的定义、表示方法及浓度、温度、催化剂
的影响情况。
3.
重点掌握Arrhenius公式
，
及“活化
能”概念。
4.
理解基元反应速率两种理论。
5.
了解催化作用。
本
章
小
结
2.
重点掌握基元反应的速率方程式、反应级数；
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