PDF《物质科学_化学篇（下） 第六章 化学反应速率》

物质科学_化学篇(下)讲义 编者:陈义忠

1 物质科学_化学篇(下)

第六章 化学反应速率 6-1 碰撞学说 1.

内容: (1)化学反应的发生必须反应的粒子互相接近并发生碰撞才能发生反应 , 这种 理论称为碰撞学说. (2)碰撞不一定能产生化学反应,只有极少数的碰撞引起反应,大部分的碰撞 只是反应粒子间的互相碰撞,但并未引起反应即分开. (3)能引起反应的碰撞情形称为有效碰撞. 2. 有效碰撞的条件 (1)碰撞之粒子必须具有足够的能量:粒子的动能必须超过低限能,在一定温 度下,粒子具有一定的平均动能,但 个别粒子的动能并不相等,而是从低 能至高能呈曲线分布(如图),其中只 有分布於低限能右边的粒子才具有足 够的能量,产生有效碰撞. (2)碰撞时粒子必须具有适当的位向: 例如:

2 2 NO CO NO CO + → + 物质科学_化学篇(下)讲义 编者:陈义忠

2 3. 向不适当,即使碰撞次数再 不能引起化学反应,这样的碰撞称为无效碰撞. 例如:

4 3 4. 的机率不高,大於 反应,极为罕见. 1. )的意义 够的动能且碰撞时位向适当,互相碰撞时,彼此有短暂的结 常不稳定的过渡粒子,此粒子称为活 化错合物(活化复体).例如:

2 2 2. 活化错合物的性质 (1)新的化学键部分形成、旧的化学键部分破坏的过渡状态. 无效碰撞:反应粒子碰撞时,因能量不足或是位 多,也Cl NH HCl NH → + 三分子的 碰撞的发生以二分子的碰撞的机率最大,三分子同时碰撞 6-2 过渡状态学说 活化错合物(activated complex 反应物粒子具足 合,形成一个复杂且能量极高、化学非 NO CO NO CO + → + 物质科学_化学篇(下)讲义 编者:陈义忠

3 (2)只能暂时存在,可能转变成生成物,也可能转变回反应物. 活化能(activated energy) (1)活化能( a E ):反应粒子生成 3. 活化错合物所需的能量. 化错合物的位能 - 反应物的位能 )、浓度及反应热 (2)活化能高者,反应速率慢;

活化能低者,反应速率快. (3)化学反应的活化能必大於零,但放射性元素衰变时的活化能为零,即不需 要能量也可产生衰变反应. (4)活化能与反应途径有关,反应途径改变时,正逆方向的活化能同时改变, 使正逆方向的反应速率同时改变,但反应热( H )不变,故反应热不能影 响反应速率. 5. 反为能(2)正活化能( a E )=活(3)逆活化能( '

a E )=活化错合物的位能 C 生成物的位能 (4)反应热( H ? )=生成物的位能 C 反应物的位能 = a E - '

a E 4. 活化能的性质 (1)活化能的大小随反应物的种类而异,与温度(温差不大时 大小无关. ? 活化能与低限能的关系 (1)低限能: 应粒子发生有效碰撞所需的最小动能称 低限 . 物质科学_化学篇(下)讲义 编者:陈义忠

4 (2)活化能与低限能的能量相等但意义不同,活化能为位能,而低限能为动 (3)两者关系如下图: 6-3 反1. (2) 能. 应速率 反应速率的定义 (1)在化学反应系中,单位时间内反应物的消耗或生成物的生成变化量( C ? ). 反应速率r = = 反应物消耗量 t C ? ? ? 时间间隔 ,或写成 反应速率 C r ? = = 生成物生成量 t ? 时间间隔 2. 反应系数与反应速率之关系 中, 举例:化学反应 bB aA + dD cC + → A ? ] [ B ? ] [ C ? ] [ D ? ] [ t rA ? ? = , t rB ? ? = , t rC ? = , t rD ? = 由反应式中可知反应掉 A mol a 的同时,会用去 B mol b ,而产生 C mol c 及Dol , m d 即dcbrrrCBA::::arD : : = t D ? ? ? ] [ [ d t C A = ?