当前课程知识点:无机化学 > 第3章 化学反应速率与化学反应平衡 > 3.2 化学反应速率理论 > 3.2.1 化学反应速率理论
同学你好
这一小节我们要讲的是反应速率理论
我们都知道浓度温度等条件改变时
对于一个化学反应的速率要产生
比较强烈的影响
为什么这些条件的变化
对于反应速率会产生影响
那么人们主要提出了两种理论
来解释这些影响因素
1918年的时候
路易斯提出了分子碰撞理论
这种理论认为一个化学反应如果要发生
必须分子之间
进行不断的碰撞
那么是不是所有分子之间的碰撞
都有可能产生化学反应
那么每一秒钟每一升体积内
分子之间的碰撞次数可以达到
十的三十二次幂或者更多
所以分子之间的碰撞
不可能每一次都会发生化学反应
什么条件下可以发生化学反应
在碰撞过程当中
只有那些少数能量比较高的分子
他们之间的碰撞
才可能发生化学反应
这样的碰撞
我们给它起个名字叫做有效碰撞
能够发生有效碰撞的分子
我们把它起个名字叫做活化分子
所以碰撞理论的核心内容就是
只有活化分子之间的碰撞
才能够产生一个化学反应
假如说我们认为活化分子的平均能量
我们用E花心来表示
反应物分子的总的平均能量
我们就用E来表示它俩的能量差
E花心减去E等于Ea
就是一个反应的活化能
对一个化学反应来说
它只有吸收了活化能
变成了红化分子
这时候这个反应才是可以发生的
一个反应的活化能
它通常的数值是在
40到400千焦每摩尔之间
对于一个化学反应来说
它的活化能越大
这个反应它的反应速率是越小的
按照分子碰撞理论
我们可以简单来解释一下
浓度和温度对于一个化学反应速率的影响
那我们都知道
如果增加反应物的浓度
这个化学反应速率是可以加快的
为什么
我们增加反应物的浓度
会增加单位体积内分子的个数
单位体积内分子的个数增加
意味着就会有更多的分子变成了活化分子
所以这样的话
导致有效碰撞次数增多
反应速度加快
温度对于化学反应速度的影响是升高温度
反应速度也是加快的
在一定浓度下
我们升高温度的时候
虽然单位体积内分子的总数没有变化
但是活化分子所占的比例是增加的
因为整体能量升高
所以也是相当于增加了活化分子的数目
有效碰到次数增多
使反应速率加快
继分子碰撞理论之后
随着量子力学和统计力学的发展
在1935年的时候
艾林和鲍兰尼又提出了过渡状态理论
或者叫活化络合物理论
下面我们通过下面一个能量曲线
来理解一下过渡状态理论
假如说我们用E1和E2分别代表
反应物分子和生成物分子的平均能量
我们看一看下面这个能量变化图
按照过渡状态理论
他认为就是反应物分子
当它们相互碰撞接近到一定程度的时候
它会形成一个过渡态
在过渡态里面旧化学键断裂
新化学键正在形成
这个过渡态
它的势能是非常高的
假如它的能量我们用Eac来表示
它的势能非常高
它是不稳定的
它可以变换变到产物分子
所以对于一个化学反应来说
它只有经过一个活化络合体
它才有可能从反应物活化络合体
形成产物分子
他们之间有一个什么能量关系
活化络合体的平均能量Eac
和E1它的能量差
我们把它叫做正反应的活化能
Eac的能量
和产物分子的平均能量之差
我们把它叫做逆反应的活化能
对一个化学反应
它的能量变化焓变等于什么
等于Ea正减去Ea逆
对于我们这个左图的能量变化曲线来说
它的正反应活化能是小于逆反应活化能的
所以减出来ΔH是小于零
意味着这是一个
放热反应的活化络合体的变化的能量曲线
下面我们再来看一看吸热反应的
它的能量变化情况
这是一个吸热反应
同样我们用E1代表反应物分子的
平均能量
E2代表产物分子的平均能量
用Eac代表活化络合体的平均能量
在这个变化过程当中
Ea正同样等于Eac减去E1
Ea逆等于Eac减去E2
ΔH等于Ea正减Ea逆
在这个能量变化过程当中
正反应的活化能要大于逆反应的活化能
所以减完这个ΔH是大于零的
这是一个吸热反应的活化能的变化曲线
过渡状态理论
它给出了一个反应的焓变和正逆反应
活化能的定量关系
有的时候
我们可以根据正逆反应的活化能
计算一个化学反应的焓变
另外一个成功之处
在于它很好地解释了
催化剂对于一个化学反应速率的影响
下面我们来具体看一下
催化剂
是我们在化学反应当中经常要用到的
什么样的物质叫做催化剂
我们给它下了一个定义
那些能够显着的改变一个化学反应的速率
但是它自身的组成数量和化学性质
在反应前后基本不发生改变的
这样的物质我们把它叫做正催化剂
催化剂
有正负之分
正催化剂是可以加快化学反应速率的
负催化剂是用来减慢化学反应速率的
我们都知道正催化剂
它可以加快化学反应速率
按照过渡状态理论
怎么理解正催化剂
对于化学反应速率的加快作用
它是这么解释的
正催化剂的存在改变了反应途径
降低了反应的活化能
从而使反应速率加快
我们可以看下面这个能量变化曲线
反应物是A加B
产物生成C
如果没有催化剂存在的话
它的反应路径是经过一个活化络合体
这Eac的势能在这个位置
然后
变成产物分子
现在假如我加了一个催化剂K
他的反应途径就可能变成从A加B
先是经过一个AK的一个活化络合体
然后到达一个中间产物
再经过一个活化络合体
然后形成相应的产物分子
通过这个能量变化曲线
我们可以看出来
这个K的存在
它改变了反应路径
降低了一个反应所需要的活化能
所以它会使这个反应速率加快
所以催化剂对于一个化学反应的速率影响
它是通过改变反应途径
来改变一个化学反应速率的
那么我们都知道
催化剂它可以改变反应速率
但是
它不能改变的是反应的焓变方向和限度
也就是说这些化学热力学的因素是无法改变的
催化剂对于反应速率的影响
体现在速率常数K上
所以我们讲这个速率常数K
它是和温度和催化剂有关系的
对于同一个反应
当你选用不同催化剂的时候
这个速率常数K可能是不同的
对于一个可逆反应来说
当催化剂存在的时候
催化剂的存在它是等值的
降低了正逆反应的活化能
催化剂
我们都知道它是具有选择性的
以上就是这一节知识点的内容
-1.1 物质的聚集状态和分压定律
--第1.1节讨论 应用理想气体状态方程的时候应注意哪些问题
--第1.1节测试 物质的聚集状态和分压定律
-1.2 稀溶液的依数性
--第1.2节讨论 为什么讨论稀溶液的依数性时将溶质限定为难挥发非电解质
--第1.2节测试 稀溶液的依数性
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-2.1 化学热力学基本概念
--第2.1节测试 化学热力学基本概念
-2.2 化学反应热效应
--第2.2节测试 化学反应的热效应
-2.3 化学反应热效应计算
--第2.3节测试 化学反应热效应计算
-2.4 化学反应方向判据
--第2.4节测试 化学反应方向判据
-第2章测试 化学热力学基础
-3.1 影响化学反应速率的因素
--第3.1节测试 影响化学反应速率的因素
-3.2 化学反应速率理论
--第3.2节讨论 有人说根据反应方程式可以直接写出速率方程,这种说法对吗?
--第3.2节测试 化学反应速率理论
-3.3 化学平衡理论
--第3.3节测试 化学平衡理论
-3.4 化学平衡移动
--第3.4节测试 化学平衡移动
-第3章测试 化学反应速率与化学反应平衡
-4.1 酸碱理论
--第4.1节讨论 阿雷尼乌斯电离理论、酸碱质子理论和酸碱电子理论各有什么优缺点?
--第4.1节测试 酸碱理论
-4.2 水的电离平衡
--第4.2节测试 水的电离平衡
-4.3 弱酸弱碱平衡
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-4.4 盐水解平衡
--第4.4节测试 盐水解平衡
-4.5 缓冲体系
--第4.5节讨论 人体血浆中有哪些缓冲系统,最重要的是哪一个?
--第4.5节测试 缓冲体系
-第4章测试 酸碱平衡
-5.1 溶度积常数
--第5.1节测试 溶度积常数
-5.2 溶度积常数与溶解度换算关系
--第5.2节测试 溶度积常数与溶解度换算关系
-5.3 溶度积规则
--第5.3节测试 溶度积规则
-5.4 影响沉淀生成因素
--第5.4节测试 影响沉淀生成因素
-5.5 分步沉淀
--第5.5节测试 分步沉淀
-5.6 沉淀溶解
--第5.6节测试 沉淀溶解
-5.7 沉淀转化
--第5.7节测试 沉淀转化
-第5章测试 沉淀-溶解平衡
-6.1 原电池
--第6.1节测试 原电池
-6.2 电极电势
--第6.2节测试 标准电极电势
-6.3 Nernst方程
--第6.3节讨论 电池反应和电极反应的能斯特方程有什么异同点?
--第6.3节测试 电极电势Nernst方程
-6.4 电极电势的应用
--第6.4节讨论 怎么解释单质银不能从盐酸溶液中置换出氢气,但可从氢碘酸中置换出氢气
--第6.4节测试 电极电势应用
-6.5 元素电势图及其应用
--第6.5节测试 元素电势图及其应用
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-7.1 玻尔氢原子模型
--第7.1节测试 玻尔氢原子模型
-7.2 波粒二象性
--第7.2节测试 波粒二象性
-7.3 薛定谔方程
--第7.3节测试 薛定谔方程
-7.4 四个量子数
--第7.4节测试 四个量子数
-7.5 波函数角度分布图
--第7.5节测试 波函数角度分布图
-7.6 多电子原子结构
--第7.6节测试 多电子原子结构
-7.7 元素性质的周期性变化
--第7.7节讨论 说说电离能和电子亲合能的变化趋势,其中有哪些特例
--第7.7节测试 元素性质的周期性变化
-第7章测试 原子结构与元素周期律
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--第8.1节测试 现代价键理论
-8.2 杂化轨道理论
--第8.2节讨论 sp、sp2、sp3杂化轨道的成键能力的大小次序?
--第8.2节测试 杂化轨道理论
-8.3 价层电子对互斥理论
--第8.3节测试 价层电子对互斥理论
-8.4 分子轨道理论
--第8.4节测试 分子轨道理论
-第8章讨论 为什么说杂化轨道理论和价层电子对互斥理论存在互补关系
-第8章测试 分子结构
-9.1 晶体结构
--第9.1节测试 晶体结构
-9.2 金属键理论与金属晶体
--第9.2节测试 金属键与金属晶体
-9.3 离子键与离子晶体
--第9.3节测试 离子键与离子晶体
-9.4 离子极化理论
--第9.4节测试 离子极化理论
-9.5 分子间力与分子晶体
--第9.5节测试 分子间力与分子晶体
-9.6 氢键
--第9.6节测试 氢键
-第9章测试 晶体结构
-10.1 配位化合物组成及命名
--第10.1节测试 配位化合物组成和命名
-10.2 配合物解离平衡
--第10.2节测试 配合物解离平衡
-10.3 配合物解离平衡的移动
--第10.3节测试 配合物解离平衡移动
-10.4 配合物的化学键理论-杂化轨道理论
--第10.4节测试 配合物的化学键理论-杂化轨道理论
-10.5 配合物的晶体场理论
--第10.5节测试 配合物的晶体场理论
-第10章讨论 为什么大多数金属水合离子有颜色,但是锌离子、银离子无色
-第10章测试 配位化学基础
-第11章测试 氢和稀有气体
-第12章测试 碱金属和碱土金属
-第13章测试 硼族、碳族和氮族元素
-第14章测试 氧族元素和卤素
-第15章测试 过渡元素
-动植物体中微量元素的检测
-趣味实验小视频
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--指纹重现江湖
--紫甘蓝汁的传奇