《化學(xué)動(dòng)力學(xué)》PPT課件.ppt

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1、1, 11.0 化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容和方法 11.1 化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率及速率方程 11.2 速率方程的積分形式 10.3 速率方程的確定-實(shí)驗(yàn) 11.4 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，活化能 11.5 典型復(fù)合反應(yīng) 11.6 復(fù)合反應(yīng)速率的近似處理法 11.7 鏈 反 應(yīng) 11.8 氣體反應(yīng)的碰撞理論 11.9 勢(shì)能面與過渡狀態(tài)理論 11.10 溶 液 中 反 應(yīng) 11.11 多 相 反 應(yīng) 11.12 光 化 學(xué) 11.13 催化作用的通性,第十一章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(10h), 11.0 化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容和方法 11.1 化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率及速率方程 11.2 速率方程的積分形式 10.3 速

2、率方程的確定-實(shí)驗(yàn) 11.4 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，活化能 11.5 典型復(fù)合反應(yīng) ,2,化學(xué)熱力學(xué): 研究物質(zhì)變化過程的能量效應(yīng)及過程的方向與限度，即有關(guān)平衡的規(guī)律；解決物質(zhì)變化過程的可能性；,化學(xué)動(dòng)力學(xué): 研究完成該過程所需要的時(shí)間以及實(shí)現(xiàn)這一過程的具體步驟，即有關(guān)速率的規(guī)律；解決如何把這種可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)性。,一.化學(xué)動(dòng)力學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)的關(guān)系,11.0 化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容和方法,3,實(shí)際情況： 1.在通常情況（ 298K ）下，幾乎不發(fā)生反應(yīng)； 2.加熱到1073K時(shí)，爆炸反應(yīng)； 3.用鈀作催化劑，在常溫常壓下有較快速率化合生成水，并放出能量（氫氧電池）。,Example： 在298K，

3、標(biāo)準(zhǔn)壓力py時(shí)，,加快反應(yīng)速率；,y,0,熱力學(xué)分析：,4,但有時(shí)也希望降低反應(yīng)的速率： 1.金屬的腐蝕鋼、鐵； 2.塑料的老化農(nóng)用薄膜； 3.副反應(yīng)煉油、有機(jī)合成。,Question 1:影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件（因素）有哪些呢?,濃度、溫度、壓力、催化劑、溶劑、光照等等,5,二.化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的內(nèi)容,1. 研究各種因素，包括濃度、溫度、催化劑、溶劑、光照等對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的規(guī)律數(shù)學(xué)表達(dá)式：動(dòng)力學(xué)方程；,2. 研究反應(yīng)歷程： 即一個(gè)化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的具體的步驟。,6,三.化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究方法,化學(xué)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用宏觀方法：例如通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的濃度、溫度、時(shí)間等宏觀量間的關(guān)系，再把這些宏觀量

4、用經(jīng)驗(yàn)公式關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而構(gòu)成宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué);,宏觀方法與微觀方法并用,化學(xué)動(dòng)力學(xué)也應(yīng)用微觀方法：例如，利用近現(xiàn)代發(fā)展起來(lái)的激光、分子束等實(shí)驗(yàn)技術(shù)考察由某特定能態(tài)下的反應(yīng)物分子通過單次碰撞轉(zhuǎn)變成另一特定能態(tài)下的生成物分子的速率，從而可得到微觀反應(yīng)速率常數(shù)，把反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究推向了分子水平，從而構(gòu)成了微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，也叫分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。,7,11.1 化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率及速率方程,一.反應(yīng)速率的定義,反應(yīng)進(jìn)度：,反應(yīng)進(jìn)度體現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度，但沒有體現(xiàn)與時(shí)間的關(guān)系。,8,IUPAC建議，將化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化速率( )定義為：,轉(zhuǎn)化速率：,式中， 化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化速率，量綱mols-1； 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度；

5、 t反應(yīng)時(shí)間。,9,對(duì)于定容反應(yīng)：,化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率，量綱molm-3s-1 ， 與參加反應(yīng)的物質(zhì)B的選擇無(wú)關(guān)。,10,對(duì)反應(yīng)：aA + bB yY + zZ,則有：,反應(yīng)物（A、B）的消耗速率,生成物（Y、Z）的生成速率,11,對(duì)于恒溫恒容的氣相反應(yīng)，也可用壓力來(lái)定義速率。,氣相反應(yīng)的反應(yīng)速率：,亦有：,例: aA(g) + bB(g) yY(g) + zZ(g),反應(yīng)物A、B的消耗速率,生成物Y、Z的生成速率,12,Question 2:對(duì)于氣相反應(yīng)， p 與 關(guān)系?,由定義式：,（基于壓力）,（基于濃度）,若把氣體看成理想氣體：,13,二.基元反應(yīng)和非基元反應(yīng),基元反應(yīng)： 由反應(yīng)物一步

6、生成生成物（產(chǎn)物）的反應(yīng)。,反應(yīng)機(jī)理（反應(yīng)歷程）： 一個(gè)化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的具體步驟；也就是由基元反應(yīng)組合成復(fù)合反應(yīng)的方式或先后次序。,非基元反應(yīng)（復(fù)合反應(yīng)、總包反應(yīng)）： 由兩個(gè)或兩個(gè)以上的基元反應(yīng)組合而成反應(yīng)。,14,近代研究為復(fù)合反應(yīng)：反應(yīng)歷程（機(jī)理）如下,曾經(jīng)認(rèn)為是基元反應(yīng)：一步反應(yīng)（完成）, I2 + M0 I + I + M0 H2 + I + I HI + HI I + I + M0 I2 + M0,M： H2 、 I2 、第三分子、容器壁。 I ：自由原子碘OR碘原子自由基,15,三.基元反應(yīng)的速率方程質(zhì)量作用定律,速率方程（動(dòng)力學(xué)方程）： 表示反應(yīng)速率和濃度等影響因數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系

7、式； 或表示濃度與時(shí)間關(guān)系的方程式。,質(zhì)量作用定律： 描述基元反應(yīng)的速率與各反應(yīng)物濃度之間的關(guān)系的定律基元反應(yīng) 的速率與各反應(yīng)物濃度的冪乘積成正比。 而且各反應(yīng)物濃度的方次（冪）就是基元反應(yīng)方程式中相應(yīng)組分的反應(yīng)物分子個(gè)數(shù)。 反應(yīng)分子數(shù)：基元反應(yīng)中反應(yīng)物分子個(gè)數(shù)之和。,16,在質(zhì)量作用定律的指導(dǎo)下，對(duì)于基元反應(yīng)的速率方程,A的消耗速率：,P的生成速率：,單分子反應(yīng)：,17,雙分子反應(yīng) ：,A的消耗速率：, 同類分子間反應(yīng), 異類分子間反應(yīng),A的消耗速率：,18,對(duì)于一般基元反應(yīng) ：,A的消耗速率：,反應(yīng)速率常數(shù)： 速率方程中的比例系數(shù)，與溫度有關(guān)。 反應(yīng)分子數(shù)：基元反應(yīng)方程式中反應(yīng)物的分子數(shù)，

8、 正整數(shù)，ex：1， 2，3(很少)。,B的消耗速率：,19,Attention： 質(zhì)量作用定律只適用于基元反應(yīng)，對(duì)復(fù)合反應(yīng)不適用。,復(fù)合反應(yīng) ：,A的消耗速率：,（不滿足質(zhì)量作用定律）,但是，對(duì)于已知具體的反應(yīng)歷程（基元反應(yīng)）的復(fù)合反應(yīng)，反應(yīng)物凈的消耗速率或生成物凈的生成速率就是該物質(zhì)所參與的所有基元反應(yīng)的總結(jié)果。 解釋,20,如復(fù)合反應(yīng)：,已知反應(yīng)機(jī)理如下：,A凈的消耗速率：,B凈的消耗速率：,Z凈的生成速率：,21,四.化學(xué)反應(yīng)速率方程的一般形式,對(duì)于一般反應(yīng)：,aA + bB yY + zZ,（復(fù)合反應(yīng)：不滿足質(zhì)量作用定律） 如何考察：反應(yīng)速率反應(yīng)物濃度？,已知機(jī)理：可以推導(dǎo) 少之又少

9、！(典型復(fù)合反應(yīng)) 未知反應(yīng)機(jī)理：實(shí)驗(yàn)！ 經(jīng)驗(yàn)速率方程,22,二、活化能,本節(jié)只討論基元反應(yīng)的活化能,活化分子：具有足夠高能量的分子。,23,例1：某氣相反應(yīng)A (g) B (g) + 2C (g) 的半衰期與A 的初始?jí)毫A，0無(wú)關(guān)。在300K時(shí)，將氣體A (g)通入一抽空容器中至壓力為2105Pa，經(jīng)500s后測(cè)得容器內(nèi)A 的分壓力為0.5105Pa。已知在500K時(shí)，該反應(yīng)的半衰期為0.50s。試求： (1) 此反應(yīng)的級(jí)數(shù)； (2) 300K時(shí)反應(yīng)的速率系數(shù)k（300K）； (3) 500K時(shí)反應(yīng)的速率系數(shù)k（500K）； (4) 此反應(yīng)的活化能Ea 。,24,解：(1) 由t1/2與pA,0無(wú)關(guān)，可知該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。 (2) 由一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：,(3) 在300K時(shí)，,在500K時(shí)，,