北京大学：《普通化学》课程教学资源（讲义）第四章 化学反应动力学基础——反应速率与反应机理

第四章化学反应动力学基础 反应速率与反应机理 4.1什么是化学动力学? 4.2化学反应速率的含义及其表示法 4.3浓度与反应速率:微分速率方程与反应级数 44温度与反应速率:活化能与反应速率理论 4.5反应机理 4.6催化作用 4.7化学动力学前沿话题

第四章 化学反应动力学基础 化学反应动力学基础 —— 反应速率与反应机理 反应速率与反应机理 4.1 什么是化学动力学？ 什么是化学动力学？ 4.2 化学反应速率的含义及其表示法 化学反应速率的含义及其表示法 4.3 浓度与反应速率：微分速率方程与反应级数 浓度与反应速率：微分速率方程与反应级数 4.4 温度与反应速率：活化能与反应速率理论 温度与反应速率：活化能与反应速率理论 4.5 反应机理 4.6 催化作用 4.7 化学动力学前沿话题 化学动力学前沿话题

Ahmed Zewail (Caltech, USA) 1999年度诺贝尔化学奖获得者 for his studies of the transition states of chemical reactions using femtosecond spectroscopy Receiving the award from the ki kholm, December 10. 19o0 ntp: /nobelprize.org/

Ahmed Zewail (Caltech, USA) (Caltech, USA) 1999 年度诺贝尔化学奖获得者 "for his studies of the transition for his studies of the transition states of chemical reactions using states of chemical reactions using femtosecond femtosecond spectroscopy spectroscopy” http:// http://nobelprize nobelprize.org/

4.1什么是化学动力学 瞬间完成的炸药爆炸反应

4.1 什么是化学动力学 什么是化学动力学 瞬间完成的炸药爆炸反应 瞬间完成的炸药爆炸反应

大西洋底泰坦尼克 船首的腐蚀过程

大西洋底泰坦尼克号 大西洋底泰坦尼克号 船首的腐蚀过程 船首的腐蚀过程

NO, CO 网ZV34「 NO(g)+Co(g)-1/2N2(g)+C02(g 7 △Gn0(2098)=-334kJmo KB=1.9×10(298K 若该反应能发生,则可解决尾气污染问题。实际上,尽管该 反应的限度很大,但反应速率极慢,不能付诸实用。研制该反应 的催化剂是当今人们非常感兴趣的课题

NO, CO NO (g) + CO(g) → 1/2N2 (g) + CO2 ∆rGmө (298) ＝−334 kJ⋅mol−1 (g) ？ Kpθ ＝ 1.9 × 1060 (298 K) 若该反应能发生，则可解决尾气污染问题。实际上，尽管该 若该反应能发生，则可解决尾气污染问题。实际上，尽管该 反应的限度很大，但反应速率极慢，不能付诸实用。研制该反应 反应的限度很大，但反应速率极慢，不能付诸实用。研制该反应 的催化剂是当今人们非常感兴趣的课题。 的催化剂是当今人们非常感兴趣的课题

化学平衡和反应速率 对于合成氨反应, 是化学反应问题的两 大不可分割的方面 N2(g)+3H4g)→2NH3(g) 均十分重要。 △Gn0(298)=-33kJmo K6=6.1×10 (298K 化学热力学判断常温常压下反应能进行,且转化率很高, 但实际反应速率太慢,毫无工业价值

∆rGmө(298) ＝ −33 kJ⋅mol−1 Kpө ＝ 6.1 × 105 5 (298 K ) (298 K ) 对于合成氨反应， 对于合成氨反应， N2(g) + 3H (g) + 3H2(g) → 2NH3(g) 化学热力学判断常温常压下反应能进行，且转化率很高， 化学热力学判断常温常压下反应能进行，且转化率很高， 但实际反应速率太慢，毫无工业价值。 但实际反应速率太慢，毫无工业价值。 化学平衡和反应速率 化学平衡和反应速率 是化学反应问题的两 是化学反应问题的两 大不可分割的方面， 大不可分割的方面， 均十分重要

0化学动力学的任务: 化学反应的速率问题 2)化学反应的机理问题

● 化学动力学的任务： 化学动力学的任务： 1) 化学反应的速率问题 化学反应的速率问题 2) 化学反应的机理问题 化学反应的机理问题

42化学反应速率的含义及其表示法 反应速率的定义 单位时间内反应物或生成物浓度改变量的正值。 一般用v表示。 H2O2aq)→H2O①)+1/204g)室温 (H2O2) 反应应速率Am2O2 min mol, dm mol, dm3At n 0.40/20=0.020 0.20 0.20/20=0.010 0.10 0.10/20=0.0050 80 0.050 0.050/20=0.0025

4.2 化学反应速率的含义及其表示法 化学反应速率的含义及其表示法 ● 反应速率的定义： 反应速率的定义： 单位时间内反应物或生成物浓度改变量的正值。 单位时间内反应物或生成物浓度改变量的正值。 一般用v表示。 H2O2(aq) → H2O(l) + 1/2O O(l) + 1/2O2(g) 室温 I− 80 0.050 0.050/20=0.0025 0.050/20=0.0025 60 0.10 0.10/20=0.0050 0.10/20=0.0050 40 0.20 0.20/20=0.010 0.20/20=0.010 20 0.40 0.40/20=0.020 0.40/20=0.020 0 0.80 min t 3 2 2 mol dm (H O ) − • 3 1 2 2 mol dm min ∆t ∆(H O ) − − • • 反应应速率−

●从平均速率到瞬时速率: △(H2O2) (平均速率) At 08 △(H2O2) △t→0 △t d(H202) A dt 0,2 (化学反应在t时刻的瞬时速率 40 80 t/min 图71H2O2分解反应的浓度时间曲线

● 从平均速率到瞬时速率： ∆(H2O2) ∆t v ＝ － (平均速率) - −∆(H2O2) ∆t v ＝ lim ∆t Æ 0 d(H2O2) ＝－ dt (化学反应在 t 时刻的瞬时速率 时刻的瞬时速率)

用反应物浓度变化和用生成物浓度变化表示的差异 现行国际单位制的建议 aA+bB子cC+dD 1d(4) d( B) d(C)1d①D) dt b dt c dt d dt 按此规定,一个化学反应就只有一个反应速率值

aA ＋ bB cC + dD ● 用反应物浓度变化和用生成物浓度变化表示的差异 用反应物浓度变化和用生成物浓度变化表示的差异 —— 现行国际单位制的建议 现行国际单位制的建议 v ＝ − d(A) dt 1 a ＝ − d(B) dt 1 b ＝ d(C) dt 1 c ＝ d(D) dt 1 d 按此规定，一个化学反应就只有一个反应速率值。 按此规定，一个化学反应就只有一个反应速率值