第三章-化学反应速率和化学平衡（课件）《基础药用化学》（上海交通大学出版社）

第三章 化学反应速率和 化学平衡 目 录 CONTENTS 1 2 3 化学反应速率 化学平衡 影响化学反应速率的因素 对于化学反应，特别是在将其应用于生产实践时，主要探讨两个方面的问题：一是要知道反应进行的方向和能够进行的最大程度，以及外界对平衡的影响；二是要掌握反应进行的速度和反应的机理。前者是热力学的问题，后者是动力学的问题。本章学习在给定条件下反应进行的快慢，反应能够达到的最大程度，以及外界因素对反应速度和反应进行程度的影响。 PART 1 化学反应速率 化学反应速率 指反应进程中某时间间隔内参与反应的物质的量的变化量，通常以单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，表达式为： 式中，△t为反应时间，单位用s（秒）、min（分钟）、h（小时）、d（天）或a（年）等；△cB为△t时间内某组分浓度的变化，当其表示反应物浓度的变化时，取负号，表示生成物浓度的变化时，取正号；为平均速率，单位一般用 等。 （一）化学反应速率表示方法 1、平均速率 化学反应速率 （一）化学反应速率表示方法 1、平均速率 化学反应速率 （一）化学反应速率表示方法 2、瞬时速率 平均速率只能描述在一定时间间隔内反应速率的大致情况，在实际生产中，了解某一时刻的反应速率，即瞬时速率，更具实际意义。要想精确表示化学反应在某一时刻的瞬时速率，可将观察的时间无限缩短△t0，所得速率即为某一时刻的瞬时速率，其表达式为： 瞬时速率可用实验作图法求得。即将已知浓度的反应物混合，在指定温度下，每隔一定时间，连续取样分析某一物质的浓度，然后以c – t作图，求某一时刻时曲线的斜率，即得该时刻的瞬时速率。 化学反应速率 （一）化学反应速率表示方法 2、瞬时速率 对化学反应速率要注意以下几个问题。 （1）化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种物质表示且应标明是什么物质的反应速率。 （2）用不同的物质表示同一时间的反应速率时其数值可能不同，但表达的意义是相同的，各物质表示的反应速率的数值有相互关系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算： 对于化学反应 mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g) 有： 化学反应速率 （二）反应速率理论简介 1、有效碰撞理论 1918年，化学家路易斯提出了适用于气体双原子反应的有效碰撞理论，其主要论点如下。 （1）反应物分子之间的碰撞是化学反应进行的先决条件。反应物分子必须相互碰撞才能发生化学反应，碰撞的频率越高，反应速度越快，即反应速率的快慢与单位时间内碰撞次数成正比，而碰撞频率与反应物浓度成正比。 根据气体分子运动理论，常温常压下，单位时间内分子的碰撞次数是惊人的，如果每次碰撞都发生反应，那么反应速率将是一个高得离谱的数值。实际情况并非如此，有相当多的碰撞并不发生反应，只有极少数的碰撞能发生反应，被称为有效碰撞。 （2）碰撞中能发生反应的分子必须具备足够的能量，以克服分子无限接近时电子云之间的斥力，从而使分子中的原子重排，发生化学反应。这种具有足够能量并能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化分子的最低能量与反应物分子的平均能量之差称为活化能Ea。 化学反应速率 （二）反应速率理论简介 1、有效碰撞理论 活化能Ea是化学反应的“能垒”。一定条件时，反应的活化能Ea越大，活化分子所占的百分数越小，发生有效碰撞的概率越低，反应速率越小；反之，反应的活化能Ea越小，反应速率越大。活化能可以通过实验测定。 因此，活化能Ea是决定化学反应速率的主要因素。多数化学反应的活化能Ea约在 之间；当Ea < 时，反应速度很快；当Ea > 时，反应速度很慢；中和化学反应的Ea约在 之间。 碰撞理论直观地解释了一些简单的气体双原子反应的反应速率与活化能的关系，但没有从分子内部的结构及运动揭示活化能的意义，因而具有一定的局限性。 化学反应速率 （二）反应速率理论简介 2、过渡态理论 1930年，物理化学家艾林把量子力学和统计力学应用于化学，建立了反应速率的过度态理论。该理论认为：化学反应并不是通过反应物分子的简单碰撞完成的，在反应物到产物的转变过程中，先形成一种过渡状态，即反应物分子活化形成配合物的中间状态。如： A + BC [A…B…C] AB + C [A…B…C]为A和BC处于过度状态时，所形成的类似配合物结构的物质，称为活化配合物。此时原有的化学