当前课程知识点：大学化学 > 第八章 化学动力学基础 > 8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程 > Video
同学们好
这一节我们继续
化学反应的
速率方程的讨论
在上一节当中
为大家讨论了
化学反应速率方程的建立
而这一节当中
我们要讨论
化学反应的级数
与速率方程之间的关系
首先
我要问大家一个问题
在中学里面
同学们是否考虑过
这样一个话题
也就是说
是否对于所有的化学反应
都是增加反应物的浓度
正向的反应速率
一定会增加吗
如果没有讨论今天的话题之前
同学们的回答
可能是唯一的
也就是肯定的回答
因为在平衡当中
我们通过勒夏特列的原理的学习
已经知道了
在一定的温度下
当达到平衡时
如果增加反应物的浓度
反应就会向右进行
也就是向正向进行
这时候正向的反应速度呢
就会相应地增加
这是我们中学里
已经建立起来的一个概念
在学习化学平衡的
有关问题的当中呢
我们也没有加以细化和区分
不同反应的反应特点
是我们忽略了
在我们的常规的这样的一个
通过勒夏特列的原理判断的
反应速度变化
与反应物的变化
之间的关系时
还有一类特殊的反应
也就是我们今天要讨论的
零级反应
零级反应有什么样的特点呢
我们首先来看一个
金属钨催化NH3分解的反应
当NH3分子吸附到
金属钨的表面的时候
受到钨表面的活性位点的催化
NH3分子会相应地分解为
N2和H2
这和我们的前面讨论的
哈伯的合成NH3的反应
正好相反
如果考察
这样一个反应过程当中
它的反应速率
与反应速率常数
和浓度物变化之间的关系
我们就会发现
无论我们怎么样去探讨
反应物的浓度的变化
当反应物达到一定量的时候
这时候我们就会发现
反应的速率和
反应的速率常数
是完全相等的
而不受我们的反应物的
量的变化的影响
相对于我们的速率方程来讲
这时候我们的反应物
NH3的浓度的幂次方呢
就是零次方
为什么会发生这样的现象呢
经过研究人们发现
在金属钨的表面
能够促使NH3发生分解的
这样一些
具有活性的中心位置
它的数量是一定的
当它们被NH3分子占满以后
这时候无论你再增加
整个体系当中的
NH3分子的浓度
对于正向反应速率来讲
就不会起作用了
因此当我们的金属表面的
活性位点
被反应物完全占据以后
增加反应物的浓度
不会影响正向反应速率
这样的反应呢
就被我们称为零级反应
典型的零级反应还有很多
比如像Au
作为一种贵金属的催化剂
来催化N2O(笑气)
它的分解反应的时候
也会遇到同样的反应的规律
酶和光催化
它的反应过程当中
也会遇到类似的特点
比如说
生活当中我们喝酒以后
酒当中的C2H5OH
就需要通过肝脏酶的代谢
来代谢为对身体无害的CH3CHO
而这样的一个转化的速率呢
也是与酶的工作特性有关
它与我们的
酒精的摄入量无关
因此
这就需要我们了解一个
生活常识
在生活当中
当一个人饮酒过量的时候
我们习惯上
常会给他喝一点醋
喝一点茶
或者用其它的方式
来帮助他解酒
而实际上
从反应的机制上来讲
由于肝脏酶对于C2H5OH的催化
是一个零级反应
也就是说
这时候无论你用什么方式
来改变反应的条件
由于反应是零级反应的
这样一个
基本的特征没有改变
所以C2H5OH的代谢速度呢
它是恒定的
这时候
用茶、用醋
或用其它的方式来解酒
不但不会对
酒精的消耗产生帮助
而会更多地给醉酒者呢
带来身体的伤害
了解了这样一个原理以后
同学们在今后的生活当中
一方面要注意提醒
身边的朋友和家人
尽量不要过度地饮酒
一旦出现了过度饮酒的
意外情况的时候呢
也要促使饮酒者呢多休息
靠时间来推动
这样一个反应的进程
而不用其它的外力
因为那样的外力
必然会适得其反
这也是我们学习化学反应
给我们的生活提供的
有效的帮助
同时
了解了刚才的
这样的吸附反应和
酶的催化反应
它的零级反应的特征
我们针对这样的零级反应
来讨论浓度变化
与速率常数之间的关系
我们可以写出这样的一个
浓度变化与反应速率常数
之间的数学方程
通过移项以后
我们发现浓度变化
实际上
是与我们的时间的变化
成正比的
如果我们把终态
与始态之间的浓度变化
用一个数学方程
来完整地表述的话
我们发现
对于零级反应来讲
初态的浓度
与时间和速率常数
之间的乘积的差值
就代表了
我们的终态的浓度值
这个方程就称为
零级反应的动力学方程
而终态浓度的大小
就决定于
我们反应的时间的长短
和我们反应物的初始的
浓度的大小
利用这样的方程
我们可以解决
许多实际的问题
比如像刚才的N2O的反应
我们可以把N2O的浓度
随时间的变化
按照纵坐标为N2O的浓度
横坐标为反应的时间
来做出一个
二维的数学图象
这样的二维数学图象当中
我们可以连接起各点
可以得到一个
线性的数学方程
同学们很快就发现
这个方程的斜率
实际上就是
我们的速率常数的
它的相反数
如果我们要计算
这样的一个
反应速率常数的话
只需要相应的
把我们这样的一个
时间和浓度和变化量
带入到我们这样一个式子当中
我们就可以算出来
金对于N2O的催化反应
这样一个反应的
反应速率常数
是0.0010mol·L-1·min-1
为了帮助大家更好地了解
化学反应的进程
我们这里还向大家介绍一个
重要的物理参量
也就是化学反应的半衰期
我们用t1/2来表示
所谓半衰期
是我们要了解
在可逆反应的
这样的一种情况下
如果我们要使一个反应
能够达到反应的终点
是很困难的
我们如何把握反应的进程
需要掌握反应过程当中
反应物的消耗量
与生成物的
生成量之间的关系
这时候
一个非常有代表性的物理参数
也就是
当反应物消耗一半的时候
所需要的时间
也就是这里我们讨论的半衰期
成为了我们讨论的热点
因为
一个反应如果进行到
完全反应完成
可能需要的时间
我们没有办法期待
但是我们反应进行到
反应物消耗一半的时间
我们却可以通过
实际的反应过程的监测呢
所得到相关的物理量
因此半衰期
是体现化学反应进程的
一个极其重要的物理参数
有关这一点
在后期我们讨论
化学反应的进程的时候呢
同学们一定要引起注意
同时我们来看
对于零级反应来讲
它具备以下的主要特征
首先
反应的速率
与我们的反应物的浓度
或分压无关
只与反应的速率常数有关
这是我们的零级反应的
最主要的特征
其次呢
由于反应的总的级数为零
所以这时候
速率常数的量纲
就等于反应速率的量纲
也就是mol·L-1·s-1
同时反应速率常数
是在给定的温度下
实际测定的
反应的速率常数
当温度变化时
反应速率常数呢
也会发生相应的变化
半衰期与我们的反应物的
起始的浓度有关
起始的浓度越高
起始的分压越大
这时候它的半衰期呢 就会越长
同时
由于我们的反应速率呢
是与反应速率常数
相一致的
如果反应速率越快呢
半衰期就会越短
因此我们的半衰期呢
又与反应的速率常数成反比
理解了以上的关系
就为我们把握
零级反应的重要特征呢
奠定了良好的基础
也为我们后续进一步的学习
一级和二级等高级反应
创造了良好的条件
有关这一部分的内容呢
希望同学们课后呢
针对我们的参考书
和我们的作业题呢
多加练习和复习
为我们后续的
继续学习呢
奠定一个良好的基础
这一节的内容
我们就介绍到这
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-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
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-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
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-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
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-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）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
--Video
-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)
--Video
-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)
--Video
-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)
--Video
-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
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-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
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-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
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-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
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-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）
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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（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
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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-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）
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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（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
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-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）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-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
