当前课程知识点：大学化学 > 第八章 化学动力学基础 > 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 > Video
同学们好
这一节我们开始一个
新的内容的学习
也就是浓度和温度
对化学反应速率的影响的讨论
一直以来化学反应的速率
和化学反应进程
一直是化学家们
关注的最重要的命题
早在19世纪
以荷兰化学家
范德霍夫为代表的
一批科学家就开始关注
温度对于化学反应进程的影响
通过大量的研究
范德霍夫发现
在室温附近
当温度每升高10K
反应速率呢大概会增加2到4倍
这个现象对于人们研究
化学反应的进程
和化学反应速率
受温度的变化的影响
提供了一个重要的实验的依据
比如说人们发现
如果一个反应在室温的时候
它的反应进程
大概需要七天的话
如果把反应体系的温度
提高到100℃
这时候
原来需要七天的反应历程
大约就会在10分钟内
迅速地完成
因此人们发现温度
对于化学反应的进程的影响
是最直接
最明了的一个影响因素
以此为基础
人们把温度
对于化学反应速率的影响呢
作为化学动力学研究的
重要内容
而实际上
温度对于化学反应速率的影响
其本质还是对于
反应速率常数的影响
把刚才范德霍夫
通过大量的实验总结
所归纳出的在室温附近
反应速率受温度影响的
变化规律
如果表述成
我们的反应速率常数的
影响规律的话
就会得到这样的一个
数学的表达式
也就是说在室温附近
当温度增加10℃的时候
相应的反应速率常数呢
会改变2~4倍
有了这样一个研究的基础
人们更希望呢
是找到能否
在更大的温度范围内变化的
温度对于反应速率的影响的
数学机制
针对这一命题
瑞典科学家
阿仑尼乌斯在19世纪末
通过总结大量的实验证据
发现了反应的速率常数k
与温度之间变化的定量关系
这样的定量关系
是从带有典型性的
化学反应过程当中
温度与反应速率常数之间的
数学关系的模型的建立
而入手讨论的
比如说我们可以看
NO2分解为NO
和O2的这样一个典型的反应
如果我们最初只是简单的
把速率常数作为纵坐标
把温度作为横坐标
这样得出来的
一个数学模型当中
我们似乎很难一眼就看出来
速率常数与温度变化之间的
数学关系
但是阿仑尼乌斯
巧妙地利用了数学变换工具
它把反应速率常数的对数
作为纵坐标
而把温度的倒数呢
作为横坐标
这时候通过变化以后的
纵坐标和横坐标所围成的
新的数学模型当中
原来看似没有一目了然的
数学关系的
这样一个变化
在新的坐标系当中
却变成了一个线性变化的规律
利用这样线性变化的规律呢
阿仑尼乌斯就直接推出了
反应的速率常数
与活化能和温度之间的
一个幂指数的函数关系
在这样一个关系当中
A称为指前因子
它的量纲呢
和我们的反应速率常数
是完全相同的
R是我们熟知的普适气体常数
而Ea我们称为反应的
活化能
这也是阿仑尼乌斯在讨论温度对于反应速率常数的
影响的时候
引入的一个重要的物理参量
它的量纲呢为kJ·mol-1
温度当然这里一定要用
开尔文温度
通过引入这样的一个指数方程
阿仑尼乌斯
还巧妙地利用对数关系
化简了反应的速率常数
与温度之间的数学关系
这时候人们只要用
反应速率常数的对数
与温度的倒数
作为我们相应的坐标轴
就可以反映出刚才
我们通过坐标变换以后
得到的速率常数的对数值
与温度倒数值的
线性关系
同样的
如果我们以常用对数
来代替自然对数
这样的方程当中
需要增加一个2.303的
相应的系数
这样就更方便我们
在后续处理反应的速率常数
与活化能和温度之间的
数学关系
有了这样的工具
人们对于一般化学反应的认识
就有了更深刻的理解
也就意味着
反应物的浓度或分压
在恒定的时候
温度如果升高
反应的速率常数呢
就会迅速地增加
而这种增加呢
不仅仅限于我们在
前边范德霍夫
关于近似规则当中提出的
在室温附近
每变化10℃呢
反应速率常数会增加2-4倍
而且我们可以把
这样的一个相互之间的
变化关系
推广到任何的温度
这也就为我们研究
化学反应的进程
把握化学反应的速率
与温度之间的影响关系
奠定了坚实的
物理和数学的基础
也为我们解决这样的问题呢
提供了最大的便利条件
利用阿仑尼乌斯方程
变化以后的
这样的对数方程的形式
我们就可以在利用纵坐标
为反应速率常数的对数
横坐标为温度的倒数
这样一个数学模型当中
通过直线的斜率还有截距
可以分别求得
我们反应的活化能
和指前因子A
通过相关数据的求解
就为我们解决
影响反应速率变化的
最关键的物理参量
活化能以及指前因子
提供了方便的数学工具
通过研究人们发现
常见的化学反应
它们的活化能呢
基本上都是在40~400kJ·mol-1
比如我们表当中列出来的
这一系列的反应
当反应它的活化能
如果处在40kJ·mol-1以下时
反应速度会非常快
反应在瞬间就会完成
如果当活化能
达到400kJ·mol-1以上呢
那么反应的进程
就会变得非常的迟缓
同时同学们要注意的是
活化能的大小
要通过我们具体的实验
来进行测定
注意 活化能的测定
是研究化学反应进程的
最关键的物理过程
在以后的讨论当中
每每遇到活化能的概念
同学们都要时刻回想起
活化能是怎么来的
它不是通过
我们简单的数学计算
而是通过用数学方法
去处理实验结果
所得到的这样一个
真实的物理的参量
理解了活化能
与化学反应速率之间的关系
我们就可以利用
阿仑尼乌斯给我们提供的
这样一个数学模型
来解决反应速率与活化能
以及反应速率常数
之间的相互关系
从阿仑尼乌斯公式当中
我们可以看到
反应速率常数的大小
取决于活化能和指前因子
相对于指前因子而前
由于活化能它是处在
我们的指数项当中的
因此
它对于反应速率常数的变化
影响会更大
同时活化能越低
就意味着反应速率越快
反映到反应速率常数上
也就是
反应速率常数就会越大
所有的这些结果
和我们前述
已经讨论的有关结论
是完全一致的
因此阿仑尼乌斯方程呢
它是对于前述人们研究
特别是像范德霍夫这样的一个
温度影响速率常数的
近似规则的
一个完善和补充
同时通过这样定量的研究
更为我们提供了方便的解析
化学反应速率
受温度影响的
物理机制的有效工具
利用阿仑尼乌斯
给我们提供的
这样一个对数方程
我们就可以很方便的计算
在不同温度下的
反应速率常数和活化能
如果我们针对
这样的一个对数方程当中代入
在不同的温度下
已知的反应速率常数
我们就可以很方便地求出
反应的活化能
同时如果我们已知了
反应的活化能
而其中一个温度下的
反应的速率常数
也是已知条件
那么我们就可以
从同样的途径
求出在另一温度下
对应的反应的速率常数
利用这样的一个对数方程
就为我们建立了完整的解决
不同温度下
反应进程
反应速率常数
和反应速率之间的变化规律
有了这样的工具
我们就可以很方便的解决
像这样典型的
化学反应当中的反应速率
与反应的活化能
受温度影响的变化规律
比如说
像N2O5的分解反应
如果我们已知了
在300K时的反应速率常数
和310K时的反应速率常数
这时候t1,k1,t2,k2
都是已知的数值
那么我们需要求
反应的活化能Ea
通过刚才的对数方程
我们就可以建立起k1,k2
与t1,t2的数学关系
这当中的未知数Ea呢
就可以依照
我们初等数学的计算规律呢
直接找到最准确的答案
我们把已知的相应的参数
代入到这样一个
对数方程当中
我们已知了不同温度下的
反应速率常数
那么Ea的值呢
我们用初等数学的方法
就可以很方便地获得
通过计算同学们一定会得到
对于这个反应来讲
反应的活化能是102.4kJ·mol-1
通过对阿仑尼乌斯方程的
对数形式的解析
同学们已经了解了
我们可以用
这样方便的数学工具
来了解温度
对于反应速率常数的影响
同时也可以解决
已知温度下的反应速率常数
与活化能之间的数学关系
掌握了这些关系
对于我们理解温度
对于化学反应进程的影响
会有极大的帮助
同时通过对于这样的
类型的例题的研析
同学们也会更好地理解
范德霍夫为我们总结的
实验规律
但是通过这一系列的研究
人们似乎还不能够
更深层次的去把握
反应过程当中的每一步
在每一步当中化学反应
到底发生了什么样的变化
活化能的高低
可以在一定程度上
为我们反映化学进程快慢的
影响机制
但是
化学反应过程当中的活化能
到底是怎样形成的
它又与哪些
化学反应过程当中的
本质相连呢
要了解这些问题
就需要我们发展
更完备的理论体系
来对化学反应的进程
进行详细的解析
在以后的几十年当中
人们针对这些
动力学问题的研究
陆续发展出了碰撞理论模型
和过渡态理论模型
通过这些模型的建立
为我们提供了更好的
更直接和更准确的解析
化学反应过程的物理工具
有关这部分内容
在后续的章节当中
我们将会为大家
陆续地一 一介绍
这节课
我们就先介绍到这
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-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
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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
--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
--Video
-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
--Video
-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
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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
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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
--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）
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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
