2023-2024学年高中化学竞赛辅导课件--反应动力学

反应动力学 授课教师：马运生 1 2 化学（反应）动力学§1 引言 实际化学反应 动力学  反应速率及外部条件的影响  反应历程（机理）  物质结构和反应能力之间的关系 热力学  反应的方向、限度;  外界对平衡的影响；  不考虑反应时间和中间历程 化学动力学定义：“化学动力学是研究化学反应 速率、反应历程的学科。” 3 §2 具有简单级数的反应 • 具有简单反应级数（如 n = 1，2，3 等） 的反应在速率方程的微分表达式、积分表 达式、半衰期计算公式、速率常数 k 的量 纲、浓度与时间变化曲线关系等方面都各 有其特点。 • 以下主要讨论具有反应级数为 1、2、3 的 反应的特性。 4 1）反应在恒温下进行，速率常数 k 不变； 2）体积恒定； 3）反应 “不可逆”，即没有大量逆反应发生 （平衡常数很大）。 首先必须了解已隐含如下假定： 5 一、一级反应 1kA P ，： 1 d[A]r k [A] dt    1 d[A] k dt [A]  ：解微分方程 0 [A] t 1[A] 0 d[A] k dt [A]   ：定积分 设反应 为一级反应 6 （[A]为时刻 t 时的浓度） 1 0 0 1 [A]ln k t [A] ln[A] ln[A] k t     1k t 0[A] [A] e  或者： 一级反应的反应物 A 的浓度随时间指数衰减。 1850年 Wilhemly 旋光仪研究蔗糖水解, 一级反应 lnA ~ t 作图为 直线：一级反应的判据 积分式 7  反应物[A]下降到它的一半值所需要的时 间称反应的半衰期（用 t1/2 表示）。 半衰期： （half-life) 8  根据定义，取： [A] = ½ [A]0 t = t1/2  代入方程： 1 0 [A]ln k t [A]    0 1 1/2 0 1 [A] 2ln k t [A]   9  由上式：一级反应的半衰期与反应速率常数 k1 (量纲为s-1)成反比，与反应物的起始浓度 无关；  “对于给定的反应，t1/2是一个常数 ” — 这 是一级反应的一个判据。 (推论t1/2:t3/4:t7/8=?） 1/2 1 ln 2t k   10 另一种表示方法: A → P t=0 [A]0= a 0 t=t [A]=a-x x 1 1 1 k xa aln t 1 dtk xa dx dt dx)xa(k dt )xa(dr        积分得 11 30.1 mol dm 50min k 1 2t 30.02 mol dm 已知物质A的分解反应是一级反应。在一定温度下，当A的起始浓 度为 时，分解20%的A需时 。试计算 (2) 该反应的半衰期 (3) 当A的起始浓度为 时，分解20%的A所需 的时间。 (1) 该反应的速率系数 12 (1) 因为是一级反应，已知在 50min 内 A 的分解分数，可利用一级反应的定积分式， 计算速率系数 k。即 1 1 ln 1 k t y   3 1 1 1ln 4.46 10 min 50min 1 0.2      （2）一级反应的半衰期与反应物的起始浓度无关，只要知道速率系数的值，就能计 算一级反应的半衰期，即 1 2 3 1 ln 2 ln 2 155.4 min 4.46 10 min t k       (3) 对于一级反应，在达到各种转化分数时，所需的时间与半衰期一样，都与反应物 的起始浓度无关。所以，只要转化分数相同，所需的时间也就相同。现在 A 的分解分数都是 20%，所以(3)的答案与已知的条件相同，也是50min 。 13 二、二级反应  反应速率和反应物的浓度的二次方成正比， 称为二级反应。一般有两种形式： 2k 2 1 A B P A B r k [A][B]     ） （ ） 2k 2 2 2 2A P r k [A]   ） k2的量纲为[浓度]-1·[时间]-1 14 t = 0 a b 0 t = t a  x b  x x