当前课程知识点：大学化学 > 第八章 化学动力学基础 > 8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率 > Video
同学们好
今天我们开始
新的一章的学习
这章的内容啊
我们叫化学动力学基础
在前边我们讨论了
热化学方程式
和化学反应的
方向的判据问题
有关内容是属于
化学热力学的研究范畴
化学热力学啊
帮我们建立了判断
化学反应过程的
方向性的判据
利用这些判据
我们可以寻找自发反应
和非自发反应的区别
但是
仅有这样方向性的判据
对于我们研究化学反应的进程
还是不够的
所以这一章当中
我们要从动力学的角度
来跟大家来探讨
化学反应的速率的概念
同时
还要依据化学反应的
速率的概念
为我们建立起
化学反应的速率方程
以及浓度、温度
对化学反应速率的影响机制
此外
我们还和大家一起探讨
催化剂
对化学反应速率的影响
为了更好的了解
化学反应动力学的内容呢
我们首先要从
化学反应速率入手来讨论
不同的化学反应
它的反应的进程
首先我们看一下
化学反应的方向
和反应速率之间的关系
中学里同学们被老师带入
化学课堂的第一个实验
或许就是金属Mg
在O2当中的
燃烧的实验
在那个实验当中
同学们印象最深刻的
也许是Mg燃烧当中
发出来的亮闪闪的光芒
同时在这样一个燃烧过程当中
产物MgO
它的标准摩尔生成焓呢
是-569.3kJ·mol-1
从这样的一个判据当中
同学们就很容易发现
这样一个氧化反应
是一个自发反应
这样一个强烈的自发反应呢
经常被我们用来在生活当中
作为装点夜空的焰火的
主要的反应之一
Mg在瞬间的氧化
放出来的光灿的亮度呢
给我们照亮夜空提供了
极大的方便
这也就是自发反应
能够在快速条件下完成的
一个典型的例子
同样
当Fe处在含有O2的水中时
生成的Fe(OH)3的
这样的一个生成物
它的标准摩尔生成焓呢
也是一个代数值非常小的
这样的一个数值
那么依据我们前边
判断自发反应的
判据的理论
我们自然可以得到
像这样的反应呢
也是一个具有
强烈自发反应倾向的
一个化学进程
但是
在实际生活当中
人们却发现
对于这样一个反应
即使像沉默在大洋深处的
一个多世纪的泰坦尼克号
它的甲板上的钢铁的结构
依然清晰可见
因此
对比Mg和Fe
在含有O2的氛围当中的
氧化还原反应
我们发现它们的氧化物
和氢氧化物的标准
摩尔生成焓相差并不大
但是一个在瞬间就会完成
而另外一个呢
经过了一个世纪的时间
仍然保留了它基本的原貌
所以利用前边一个反应
人们制造了
耀眼绚丽的焰火
而利用后面的反应呢
人们却得到了重要的提示
也就是
在海上运行的万吨巨轮
如果把它们放在地面上
会像我们的高楼大厦一样的
这样的一个庞然大物
它们所用的钢板呢
却往往都只有20mm左右
这样的厚度就能够经受住
在它的使用寿命当中
海洋和多变的气侯
对它的腐蚀和破坏
因此化学反应进程
不仅为我们
预示着一个化学反应
它的快与慢
同时
也为我们利用这样的反应
提供了参考和判断的依据
对比前面两个反应
同学们说
也许仅仅去看
标准的摩尔生成焓
还不足以能够判断
自发反应它的快与慢
如果我们把前述学习的
化学平衡常数
再纳入到我们对自发反应的
方向和进度的讨论当中
会不会对我们
准确把握化学反应的进程
有更好的帮助呢
我们来看下一个例子
在这个例子当中
CO和NO
这两个都是我们环境当中
所需要尽量避免的
有害气体
而它们经常出现在
我们的汽车尾气的排放当中
通过化学实验人们发现
如果把这样的两个
有害的尾气
加以混合的话
它们就有可能生成
对我们害处较小
或环境影响较低的
CO2和N2
对于这个可逆反应来讲
它的反应的
标准摩尔吉布斯焓变
等于-344.8kJ·mol-1
而这个可逆反应的
标准平衡常数呢
在室温下会达到
1.84×1060
如果从我们自发反应
方向的判据
和标准平衡常数的大小
来判断
这样一个可逆反应
似乎是我们期待的
可以自发进行的反应
而且有可能进行的
比较彻底的反应
如果真是这样
我们今天的汽车的尾气
就不应该成为公害
今天在尾气处理装置上
我们的许多的花费
也许就可以节省
但是
事实出乎于同学们的意料
研究发现
这样的反应
虽然具备了自发反应
和平衡的条件
但是汽车尾气的排放
必须得通过一个
三元催化的处理装置
才能够使尾气当中含有的
巨毒的CO
和NO
这样对环境有严重危害的
混合气体呢
在短时间内转化为CO2
和无害的N2
同前面的例子对比
同学们就不难发现
自发反应的方向的判据
虽然在一定程度上
帮我们把握了反应的方向
但是却很难帮我们
正确的去了解反应的速率
和达到平衡的时间
因此
要了解反应的具体的进程
就需要我们准确的把握
反应达到平衡的时间
和反应过程当中的
反应速率
为了更准确的把握
化学反应的进程
我们还需要了解
化学反应的速率
有关化学反应的速率
我们通常定义为
反应物浓度或分压它的减少
或者是生成物的它的浓度
或分压的增加
它们与单位时间的比值呢
就是我们要考察的
化学反应速率
通常
为了更准确的把握
化学反应的速率的本质呢
我们也用反应进度
随时间的变化来作为
我们的反应速率的数学量度
通常用符号J来表示
J的数学方程
我们可以了解成从这样的一种方式
也就是
对于任何一个
参与反应的物质来讲
它在单位时间内的
物质的变化量
与其相应的
化学计量比系数的比值
更细节的就是
我们前面讨论过的反应进度
与时间的比值
对于这样一个典型的
可逆反应而言
它的反应进度可以表达成
这样一个典型的数学公式
在这个公式当中
同学们已经熟悉了
我们各物质的
化学计量比系数的取值规则
也就是对于反应物而言
它们的化学计量比系数取负号
而对于生成物而言呢
化学计量比系数取正号
有了这样的基础
我们来一起讨论
对于这样典型的可逆反应
它的反应速率与化学计量比
以及反应物和生成物变化量
之间的关系
一般来讲
我们讨论反应速率
都是基于恒容条件来讨论的
在这样的条件下
反应速率呢
我们用希腊字母υ来表示
这个字母啊
经常会引起同学们的误会
在前面我们讨论
化学平衡的时候
也跟大家一起分享过
有的时候因为它的长相
酷似我们英语里面的
小写的v
而英语里面的v呢
又是速度的第一个缩写字母
但是要注意
v和υ两者之间
有本质的差别
因为v是velocity
它指的是物质在单位时间内
移动的距离的量度
而这里的υ
我们指的是
在单位时间内
物质的量的变化
这两者之间有本质的区别
所以同学们一定
不要产生误解哦
那么在恒容条件下的
我们的反应速率υ
就需要我们把
我们反应的速率
与相应的体积加以联系
这时候代入我们前述
对于物质的变化量
与化学计量比系数
之间的关系
我们可以得到
相应的这样一个变化
那么也就是说
单位时间内
某个参与化学反应的物质的
它的浓度的变化
与化学计量比的比值
这也就是指
我们单位时间内
参与化学反应的
物质量的变化
与其化学计量比系数的比值
是准确的反映
我们在恒容条件下
物质的反应速率的
这样的一个基本的物理模型
有了这样一个模型
我们就需要找到它的量纲
这个量纲呢
由于我们用了浓度
和我们化学计量比的系数
还有相应的时间
因此
υ的量纲为mol·L-1·s-1
当然有的时候
因为时间取得量度不一致
也有可能用分钟
或者是小时来表示
这中间的差异呢
同学们可以视情况加以区分
要提醒大家注意的是
J和υ
也就是反应速率
和我们在恒容条件下的
物质的反应速率
都与物质的种类无关
但是与化学反应
方程式的写法有关
原因是什么呢
因为我们在定义
J和υ的时候
都用到了
相应的物质的变化量
与其反应的化学计量比系数
之间的比值
而这个比值呢
在前面我们讨论过
它是对于化学反应进程的
一个最直接的量度
就是我们的反应进度
当我们用反应进度的变化
来描述反应速率的时候
这时候无论是否在
恒容条件下
它的直接变化量的关系呢
就与我们
整体的反应方程的写法有关
更与物质的种类
没有任何的关系
因此用这样的方式来表示
我们化学反应的反应速率
和恒容条件下的反应速率
是直观的有效的
而且是完全准确的
了解了反应速率
和恒容条件下的反应速率
之间相互的联系
和变化关系
我们从下边的具体的例题来看
反应速率表达式
为什么一定要除以
我们的化学剂量比系数ν
首先
我们以这样一个
N2O5的分解反应为例
我们可以看到
如果我们用反应物
它的减少来表示
我们在单位时间内的
这样一个变化量
我们就会发现
这是一个用反应物来表示的
υ的它的变化的关系
如果用生成物呢
生成物由于有
NO2和O2
两个生成物
我们就发现
由于生成物当中
它们的化学计量比系数的不同
我们可以得到相应的数值
就会与我们原来
用单一反应物所描述的
υ两者之间就会出现
相应的差异
这种差异如果单独用
绝对值来表示的话
我们很难把其统一
既然这三个速率表达式
它们不相等
但却反应的事实却是相同的
那么它们内在的联系
究竟是什么呢
如果分析相应的规律
我们就发现
这也就是每两个
N2O5的分子
消耗掉以后
就会形成4个NO2分子
和1个O2分子
这是我们没有办法回避的事实
而这样的事实
如何能用反应物
或生成物当中的
任何一个的变化量
都能够准确把握
这样一个变化关系呢
那么显然
如果我们把刚才的
υ表达式当中
各自除以它们各自的
化学计量比系数的话
我们就会发现
这样一个式子呢
就会变成一个
完全相等的一个变化式
而这时候的υ
就是在恒容条件下
针对于我们这个反应的
一个反应速率的具体的体现
而无论这时候
我们用的是反应物的减少
还是生成物的增加来表示的
更直接的
同学们会发现
在这当中
如果我们把标红的部分
直接提出来
那么这部分
代表的是什么呢
这也就是我们在前面讨论的
最直接反映反应进程的
一个重要的物理参数
也就是反应的进度
也就是当我们用不同的物质
它的变化量来反映
我们的反应进程的时候
单位时间内的
反应进度的变化
对于不同的物质
它们在相同时间内的变化
所反映出来的反应速率
是完全等效的
这也就是为什么
我们要在取反应物或生成物
来表示我们反应的速率的时候
我们需要把它们分别除以
相应的化学计量比系数
有了这样的处理
才最终能够保证
我们在恒容反应速率
这样的一个处理过程当中
得到最符合
化学反应进程实际情况的
这样一个物理量
因此恒容反应的速率呢
υ就等于单位时间内
反应进度ξ的变化
这就是我们在后续
化学动力学当中所讨论的
化学反应速率它的基本的
物理模型
有了这个模型
会对我们后续
建立速率反应方程
了解反应速率的影响因素的
变化规律
有极大的帮助
有关这部分的内容啊
同学们课后要多加以复习
为我们后续的学习呢
奠定一个良好的基础
这一节呢
我们就先介绍到这儿
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
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-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
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-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
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-2.1 物质的聚集状态—等离子体
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-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
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-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
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-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
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-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
--Video
-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
--Video
-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
--Video
-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
--Video
-化学与材料-相变材料（二）
--Video
-化学与材料-范德华力与二维材料
--Video
-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
