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同学你好
本节内容是化学反应速率方程
和反应级数
那么首先介绍一下
化学反应速率它的表示方法
化学反应速率在表示的时候
首先我们要清楚
就是什么叫做化学反应速率
首先看一下它化学反应速率的定义
如果说我们用一个符号r
来表示化学反应速率的话
那么化学反应速率就是单位时间内
产物或者反应物的浓度
随时间的变化率
那么如果要这么样定义的话
大家可以知道它的量纲
就应该是浓度比上时间
那浓度通常我们用到的浓度
叫体积摩尔浓度就是摩尔每升
那时间
这个量纲就是可变的不一样
有的时候我们可能用秒
用s有的时候我们可以用m用分钟
用h或者d或者大写的M月份
有的时候可能反应时间比较长
还甚至可以用到年用Y来表示
这是时间的量纲
那么根据化学反应速率
它的定义我们可以写出来
它的定义式
r等于浓度随时间的变化率
浓度随时间的变化率
那么这个就是化学反应
它的瞬时速率在某一时刻它的速率
那么既然叫速率的话
我们要知道叫速率
那么它不可能小于0不可能是负值
它可以等于0也可以大于0
但是不能小于0
就是化学反应速率它的定义
那么针对某一个化学反应
我们给它写成一种这种通式的形式
或者说我们要看起来更清晰
我给它展开来写
反应物AB也有可能还有更多的反应物
也有可能只有一种反应物
我们假设它可以展开写成两个反应物
一个A一个B这两个物质呢反应
最后生成E和F这两种产物
小写的abef就是它前面的这个
计量系数
那么对于这样一个化学反应
那化学反应速率
我在表达的时候
他就可以有不同的表示方式
比如说我要讨论一个化学反应的速率
化学反应速率
刚才说了定义它是浓度随时间的变化率
那么针对一个整个的反应
你不可能说我整个反应
它的什么浓度变化率
一定是针对某一个物质它的变化率
所以那么这样的话
你比如说这个反应体系当中有A
A是一个反应物
那么这个反应物它的浓度随时间的变化率
就是dcA比上dt
但是我们又刚才说了
速率吗
它不可以小于0
而作为一个反应物A
它随着时间的延长
这个物质的浓度会逐渐的减小
浓度随时间变化就是一个负值
那我还希望它的速率不能用小于
不能小于0
那怎么办
我在写它的速率的时候
我在前面加上一个负号
代表什么
代表A的浓度随时间在不断的减小
这样保证整个
你算出来的这个速率的值
是一个大于或者是等于0的值
所以如果要用A的浓度随时间变化率
来表示反应速率的话
那么dcA比上dt前面要加上一个负号
那么同样道理B也是一个反应物
你再用B来浓度随时间变化率
来表示反应速率的时候
前面也要加上一个负号
那么作为产物
E和F它的浓度随时间的变化
它是逐渐的增加的
那么它的浓度随时间的变化率
也是大于0
或者说最极端的情况就是等于0
它肯定不会是小于0的
那么这样的话我在写的时候
就前面就不要再加上负号了
那么就是dcE比上dt
或者dcF比上dt
前面呢没有必要再加负号了
这是一个
那么我在用它们
来表达整个反应速率的时候
我们要知道
A物质它消耗的速率
和B物质消耗的数率
它可能相同也可能不相同
和什么有关
和他前面的这个计量系数a和b有关
包括E和F他增加的速率
他可能相同也可能不相同
那么这个时候
他增加的速率和消耗的速率
它们之间应该存在一个等式的关系
那么我把A消耗的速率
除上它前面的计量系数
B消耗的速率除上他前面的计量系数b
E增加的速率
除上它前面的计量系数
F增加速率
除上它前面的这个计量系数
它们之间就可以建立一个等式
它们之间是相等的
这个速率就代表的是
整个化学反应的反应速率
化学反应的反应速率
它表达的方式可以不同
什么地方可以不同
我们说化学反应速率是物质
它的浓度随时间的变化率
参加反应的物质的浓度随时间的变化率
那么我可以用浓度来表示
那我可不可以用物质的量来表示
没有什么不可以
物质的量
它随时间的增加也代表着这个反应的速率
所以另外一种表示方式
比如说当系统的体积为恒定的时候
A的消耗速率
我用A的物质的量
随时间的变化率来表示
前面加负号别忘了
之后B消耗的速率负的dnB比上dt
那么E和F他的物质的量
随时间的变化率就是这样子写
同样的也是把计量系数
各自的计量系数都除下去以后
那么整个化学反应的速率就直接
每一个物质它的反应速率之接
通过计量系数给它
就可以联系成一个等式
那么这个都可以代表的
化学反应的速率是用物质的量来表达的
同样我再换一种表达方式
比如说我不用物质的量了
对于气体反应而言
大家知道气体一个体系
如果是混合体系有好几种气体的话
那么通常我们愿意用分压
来表达这个气体的含量
那么这个时候呢
我也可以把气体的分压随时间的变化率
用它来代表
1个气体反应它的反应的速率
比如说A的分压
随时间的减少
B的分压随时间的减少
产物E的分压随时间的增加
F的分压随着时间的增加
之后再把计量系数放进去
我又可以建立一个等式
那么这些又代表的是这个气体反应
用分压随时间的变化率
来表达的化学反应的速率
那么我们讲化学反应速率
它的三种表达方式
那么这是一种化学反应速率
表达的一种方法
就是表达整个反应它的速率
还有一种表达
就是用单个物质它的消耗
或者它的增加来表达反应的速率
那A的消耗的速率
物质的浓度随时间的变化率
因为A在这个反应式当中
它是一个反应物所以它是消耗的速率
前面加上负号
比如说我也可以用物质的量
随时间的变化率来表达
那么就是这种方式
也可以用分压来表达
那同样的B它的消耗的速率
我也可以用这三种方式来表示
那这是对于反应物
那么对于产物
比如说E
这个产物它的浓度随时间是增加的
所以它前面没必要加负号了
就是浓度随时间变化率
或者物质的量随时间变化率
或者分压随时间变化率
包括另一种产物F
也是用这种方式来表达
那么上面讲的这些方式
都是针对某一个物质它的浓度的增减
来表达的是单个物质它的反应的速率
所以我在这个地方都用上这个下角标了
那么不管它是反应物还是产物
这些单个物质它的反应的速率之间
也可以通过计量系数给它联系起来
也可以建立等式关系
所以这个等式关系又出来了
把每一项都除上它自身前面的计量系数
他自己前面计量系数被除完以后
建立了一个等式
那么这个等式建立了之后
它等于什么
等于整个反应它的反应的速率
我们这里面呢举一个例子
比如说大家都知道氢和氯反应
生成氯化氢
那么这个化学反应是很简单
那么这个反应的速率
我们在表达的时候
按照上面我们介绍的这种原则
就可以有三种表达速率的方式
氢它的浓度随时间的减少
氯它的浓度随时间的减少
但是前面都要加上负号
保证这个r大于0
大于或者是等于0
再有氯化氢
它的浓度随时间的减少
但是氯化氢这地方
如果说你这个反应速率r
下面没有角标的话
那么我们默认为
你表达的是整个化学反应的速率
那么如果是整个化学反应的速率
那么就要把它前面的计量系数
给它除下去
就是这个产物
氯化氢的浓度随时间的变化率
再除上他前面的计量系数
才等于整个反应的速率
那么我可以用来计算这个单个物质
它的浓度随时间变化率
比如说第一个氢它的浓度随时间变化率
等于整个反应的速率
它也等于氢的消耗的速率
氯它的代表的整个反应的速率
也等于这个氯它的消耗速率
而氯化氢它的浓度随时间的变化率
我们说它除了2以后
才能等于整个反应的速率
那么它自身呢就等于2倍的反应的速率
那这个代表的就是氯化氢
它的增加的速率
那么下面呢我们介绍一下
化学反应的动力学曲线
化学反应的动力学曲线
应该说是研究化学反应动力学的一个
最基本的曲线
我们千万不要忽视这样一个曲线
叫化学反应动力学曲线
什么曲线呢
浓度和时间之间的关系
所以我们在研究化学反应动力学的时候
其实第一步我们要做的
那么就是研究反应进行到不同的时刻
某一个物质它的浓度达到多少
那么进行到另外一个时刻
这个物质的浓度是多少
我们获取了反应
进行到t1t2等等不同的时刻
之后能够测得在这个时刻
某一个物质
比如说这个物质是第i个物质
这个i物质它的浓度ci1 ci2等等
我把这些浓度数据都测下来
之后对应的时间
横坐标时间纵坐标浓度
那么我就可以做出这样一个图形来
那这个曲线ABC这条曲线
代表的就是i这种物质
它的浓度随时间变化的这样一种趋势
那这个图就是所说的
化学反应的动力学的一个最基本的曲线
浓度时间曲线
那么这样一个浓度时间曲线
它线上的每一点除了代表的是
在反应进行到这一时刻
某一个物质i这个物质它的浓度之外
还有一个重要的一个
指示是什么
就是线上的任何一点我可以做它的切线
做出来切线之后这个切线的斜率
在数学上它就是什么
是浓度随时间的变化率
那么我就知道
它是和我的化学反应的速率
是一致的
所以说这个线上的任何一点
我做它的切线
这个切线的斜率
就代表这个反应进行到这一个时刻
这个反应它的反应速率
或者说这个i物质
它的浓度随时间的这个变化率
i物质它的反应速率
这个是化学反应的动力学曲线当中
最直接的能够得来的这样一个结论
那么要注意的就是这个
任何一点做切线切线的斜率所代表的
这个反应的速率呢
一定是一个瞬时速率
那么获取这样一个
化学动力学曲线的方法
这个是比较比较关键的
我们要研究化学反应动力学
我们首先要获得最基本的
化学动力学数据
我才能往下研究
那么这样一个最基本的
化学动力学曲线这些数据你怎么获取
方法可以归成两大类
一类叫化学方法
一类叫物理方法
化学方法我们把它叫做静态法
就是我不同的时间我去取样
我一个反应进行到某一时刻之后
我取样取样之后让这个反应停止
停止以后我分析这个体系当中
物质反应物的浓度或者是产物的浓度
这是化学的方法静态的方法
那么这个方法大家也可以自己想象一下
他会不会很麻烦
因为反应进行到某一时刻
你要让这个反应要停止
如果这个反应不停止的话
那么你在测出来的这个浓度
就已经不是你取样时候的那个浓度了
已经过去了
所以化学法比较复杂也比较难做
另外一种方法叫什么
叫物理法
物理法我把它称之为流动法
比如说我用旋光仪去测
这个整个体系他的反应
他这个反应体系它的旋光度
比如说我用光谱的方法
气相色谱仪相色谱等等
我可以用光谱的方法
我可以用电脑的方法
比如说有电脑律仪
我测这个反应体系
它的电导率随时间的变化
从而我可以跟踪这个反应体系当中
物质的浓度的变化这是物理的方法
所以物理的方法
现在用的要更广泛一些
也非常的方便
我们物理化学讲的什么
用物理的方法来研究化学的问题
所以我们在动力学研究当中
我们更多的是采用这种物理的方法
去研究我们化学反应动力学的问题
那用化学的方法呢
当然也是一个很好的一个方法
但是它的要求要更高一些
而且实验操作起来要更难一些
那么下面呢我们再介绍一下
这个化学反应的速率方程
化学反应的速率方程
首先它的定义就是一定温度下
一个反应体系由m个物种
它会发生化学反应
比如说反应物有A有B等等等
还有其它的
也许还会有其他的
产物有E有F等等
也有可能有其他的
那么我要表达这个反应的速率的时候
有一种通用的一种表达方式
就是r和每一种参与反应的物质
它的浓度
可能会有关系
那么我就可以写下来
这个反应的速率等于
A物质的它的浓度有一个指数
阿尔法次方
B物质的浓度
贝塔次方
那么E物质它是一个产物了
它的指数伽马次方
F物质它的指数德尔塔次方等等
有几种我把它都列下来
之后呢
这个反应的速率和指数
都是成正比的关系
前面乘上一个正比例的系数k
这样的话我建立了一个等式
这个我们就把它称之为
化学反应的速率方程
这是一个通用的一个形式
那么下一步我们要定义什么
定义反应级数
我们现在有化学反应的数据方程了
写到这之后怎么定义反应级数呢
这不是浓度向上面都有指数
我把阿尔法贝塔伽马德尔塔等等
如果还有其他项的话
我把所有的指数加和
定它等于n
这个n
我们就把它称作为化学反应的基数
整个化学反应的一个基数
那么这里面对应的这些指数
A的指A的浓度的指数阿尔法
B的浓度的指数贝塔等等
这些叫什么
这些叫做这种物质的反应级数
比如说阿尔法
我把它叫做反应物A的反应级数
比如说贝塔叫做反应物B的级数
这是我们定义了一下这个
反应的级数
那么关于反应的速率常数
反应的速率常数
在这个反应速率方程当中看
r等于k乘上一堆的这些浓度项
那么这个k叫什么
k就是我们所说的那个
反应的速率常数
它是反应速率方程当中的一个比例系数
关于这样一个反应的速率常数
我们有几点需要注意的问题
首先根据这个反应的速率方程
如果每一种物质的浓度都是1的话
那么这时候整个反应的速率
它就等于k了r和k相等了
所以为什么有的人愿意把这个k
叫做比数
叫做比数是指什么
浓度全等于1的时候
速率和速率常数相等
第二个就是速率常数k
它不是一个绝对的常数
我们这里说它是一个正比例的系数
但是它不是一个绝对的常数
你不同的反应
这个k值是不一样的
即使对于同样一个反应
反应条件不一样
k值也不相同
那么第三个要注意的问题
就是k的大小
会反映出一个反应的快慢
所以k的大小
它其实表征的
是一个化学反应的速率的特征
比如说两个不同的反应
第一个反应rA等于kA乘上cA
kA呢等于0.1
第二个反应
rB等于kB乘上cB
k呢等于0.01
那么我们通过这个kA和kB
这个比较我就可以知道
第一个反应的速率
是第二个反应速率的十倍
那么它的大小
可以反映出你这个反应速率的大小
另外要注意的就是k有量纲
k有量纲
但是k的量纲也不是一定的
它与什么有关
与你这个反应的反应级数有关
与n有关
你看它的量纲浓度的1减n次方
时间的-1次方
那么你这个反应级数不一样
当然它的这个量纲不一样
你看我这里列出来了0级反应
n等于0的时候量纲
n等于1的时候量纲最简单
时间的-1次方
n等于2的时候的量纲也不一样
n等于3你看没有一个相同的
那么讲到这
我想起来以前我们出过一道考试题
我这个题当中给了你大量的数据
最后让你算什么呢
让你算这个反应是几级的
实质上我给你的这些数据
你肯定算不出来他是几级的
因为数据不够
但是这里面有一个关键的数据给你了
什么呢
这个反应的反应速率常数k
这个速率常数
也给了你一个像模像样的一个数值
之后单位是x的-1次方
当我们第一次用这个题去考试的时候
90%的同学都没答上来
为什么呢
他根本算不出给了那么多的数据
他根本算不出这个反应级数来
你也算不出来
但是他就没有注意到
这个k的量纲的问题
只要你看到k的量纲是秒的-1次方
那好你一定能确定这个反应
就是一个一级的反应
这一节的内容呢就介绍到这
-绪论
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--绪论
-1.1 原电池与电解池
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--原电池与电解池
-1.2 离子的迁移数与迁移速率
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-1.3 电导、电导率和摩尔电导率
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-1.4 离子独立移动定律
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--离子独立移动定律
-1.5 电导的测定及应用
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--电导的测定及应用
-1.6 强电解质溶液理论
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--强电解质溶液理论
-1.7 可逆电池
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--可逆电池
-1.8 电池设计
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--电池设计
-1.9 可逆电池热力学
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--可逆电池热力学
-1.10 电极电势和液体接界电势
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-1.11 电池电动势
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--电池电动势
-1.12 极化作用
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--极化作用
-1.13 金属的电化学腐蚀、防腐和钝化
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-1. 电化学--习题
-2.1 化学动力学概述
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--化学动力学概述
-2.2 化学速率，速率方程和反应级数
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-2.3 基元反应和质量作用定律
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-2.4 一级反应
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-- 一级反应
-2.5 二级反应
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--二级反应
-2.6 零级反应和n级反应
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-2.7 反应级数测定方法
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--反应级数测定方法
-2.8 温度对反应速率的影响
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-2.9 活化能和指前因子
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--活化能和指前因子
-2.10 典型复杂反应——平行反应
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-2.11 典型复杂反应——对峙反应
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-2.12 典型复杂反应——连锁反应
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-2.13 速率方程近似处理方法
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-2.14 气体反应碰撞理论
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--气体反应碰撞理论
-2.15 过渡态理论
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--过渡态理论
-2.16 链式反应
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--链式反应
-2.17 光化学反应（一）
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--光化学反应（一）
-2.18 光化学反应（二）
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--光化学反应（二）
-2.19 催化作用原理
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--催化作用原理
-2. 化学动力学--习题
-3.1 表面张力
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--表面张力
-3.2 弯曲表面上的附加压力
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-3.3 物质的亚稳状态
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--物质的亚稳状态
-3.4 液固界面
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--液固界面
-3.5 溶液表面的吸附
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--溶液表面的吸附
-3.6 表面活性剂
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--表面活性剂
-3.7 固体表面
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--固体表面
-3.8 表面吸附方程
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--表面吸附方程
-3.9 分散系统和胶体
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--分散系统和胶体
-3.10 胶体的性质（1）
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--胶体的性质（1）
-3.11 胶体的性质（2）
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--胶体的性质（2）
-3. 表面化学与胶体--习题
-4.1 概述
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-- 概述
-4.2 Boltzmann 统计
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-4.3 撷取最大项
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--撷取最大项
-4.4 最概然分布
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-- 最概然分布
-4.5 a, b值的推导
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--a, b值的推导
-4.6 Boltzmann 公式的讨论
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-4.7 配分函数
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--配分函数
-4.8 配分函数的分离
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-4.9 原子核配分函数
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-4.10 电子配分函数
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--电子配分函数
-4.11 平动配分函数
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--平动配分函数
-4.12 单原子理想气体热力学函数
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-4.13 转动配分函数
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-- 转动配分函数
-4.14 振动配分函数
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--振动配分函数
-4.15 分子的全配分函数
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--分子的全配分函数
