选择性必修一《2.3 化学反应的速率》（1）优秀ppt课件

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在学完上一节化学反应的限度之后，就有同学提出，化学反应的限度越大，反应正向进行的程度就越大，是否意味着反应越容易进行，化学反应速率越大呢？你也有这样的困惑吗？要解决这个困惑，我们可以以具体反应为例，看看这些反应的限度和速率是否存在一致性。

氢气与氧气生成水是我们非常熟悉的化学反应。通过计算可以得出该反应在常温常压下的化学平衡常数非常大，数量级高达10的83次方。(d)这表明：常温常压下该反应正向进行的趋势极大。 那这个反应在常温常压下反应情况到底如何呢？

事实是：

1.常温常压下，即使经过几千年，氢气和氧气的混合气也不会发生反应。

2.在点燃条件下，混合气会立即发生爆炸，反应瞬间完成。

这个反应在常温常压下正向进行的趋势极大，但反应速率却极慢。

具有类似特点的反应还有很多，如氮气与氢气合成氨的反应，该反应在常温下平衡常数数量级达10的5次方，反应趋势很大，但速率极慢，无法直接用于工业生产。又如汽车尾气中CO、NO均为污染气体，二者可以发生化学反应变成无毒无害的气体二氧化碳和氮气，在常温下该反应平衡常数数量级达10的120次方，反应趋势极大，可惜速率极慢，不能付诸实际应用。

科学家们通过研究找出了有效加快化学反应速率的方式，现在合成氨成为了关乎国计民生的重要工业生产，一氧化碳和一氧化氮反应也成功应用于汽车行业，在解决大气污染问题上发挥着他的价值。

根据前面的实例来看，化学反应的限度和化学反应的速率是化学反应的两种不同的特征，是化学反应研究中十分重要的两个方面。化学反应的限度表示化学反应能够进行的程度，而化学反应速率表示化学反应进行的快慢。不能依据化学反应的限度的大小来预测化学反应的速率的快慢。

化学反应速率的大小由什么决定？为什么许多化学反应需要满足一定的条件才能够发生呢?

为了更加准确、深入的认识化学反应速率相关问题，我们需要了解化学反应究竟是如何进行的。事实上，化学反应是有历程的，并不像我们想象的那样简单。接下来，具体以氢气和氧气的反应为例。

从化学方程式来看，该反应似乎很简单，在点燃或催化剂条件下，氢气分子和氧气分子化学键断裂为氢原子、氧原子，然后氢原子、氧原子重新结合形成新的化学键。但实际上，科学家研究发现，氢气和氧气并不是这样简单的反应生成水的。 (d)该反应的反应历程大约需要经历12步，图中列出其中主要的4步反应，可以看出，看似简单的反应实际上有着复杂的反应过程，(d)这样氢气和氧气的反应实际上是一个总反应，也称为复杂反应。(d)反应历程中每一步反应称为基元反应。也就是说，复杂反应是一系列基元反应的总和。

如何认识反应历程呢？我们需要先了解一下自由基。用圆点表示未成对电子，存在未成对电子的微粒就称为自由基。显然，由于存在未成对电子，自由基很不稳定，反应活性很强，寿命极短。

反应历程中第一步是氢气在点燃或催化剂的条件下可断键产生氢原子自由基，氢原子自由基与其他分子作用可产生更多的氢原子自由基，在该条件，产生氢原子自由基的速率很快，(d)0.3s内可以产生10的15次方个氢原子自由基。

有了高反应活性的氢原子自由基以后。氢原子自由基与氧分子发生反应，产生羟基自由基和氧原子自由基，羟基自由基和氧原子自由基反应活性高，与氢分子发生反应，产生水和自由基，整个过程进行的非常快，最终产物为水。可以看出，(d)产生氢原子自由基的反应是决定反应顺利进行的关键！(d)若在常温常压下，也没有催化剂，体系中就几乎没有氢原子自由基，反应也就很难发生。(d)从反应历程来看，充分的说明了反应是有条件的！

基于以上，我们认识到，化学反应是有历程的，化学方程式只能表示最初的反应物和最终的反应产物以及他们之间的化学计量关系，不能表示反应历程。

事实上，大多数化学反应都是由一系列基元反应组成的复杂反应，在我们熟悉的反应中也存在少量简单反应，如H+与OH-结合生成水。

事实上，反应物结构不同，反应历程就不同，即使是同一反应，在不同的条件下反应历程也可能不同。反应物结构和反应条件共同决定着化学反应的反应历程。

而反应历程决定着化学反应速率，反应历程的差别造成了化学反应速率的不同。

实际研究中，反应的具体过程是不易观察到的。这也是化学家们感兴趣的研究难题。