化学动力学课件

,*,Physical Chemistry CAI 物理化学教学课件,11.0 化学动力学研究的内容和方法,11.1 化学反应的反应速率及速率方程,11.2 速率方程的积分形式,10.3 速率方程的确定-实验,11.4 温度对反应速率的影响，活化能,11.5 典型复合反应,11.6 复合反应速率的近似处理法,11.7 链 反 应,11.8 气体反应的碰撞理论,11.9 势能面与过渡状态理论,11.10 溶 液 中 反 应,11.11 多 相 反 应,11.12 光 化 学,11.13 催化作用的通性,第十一章 化学动力学基础(10h),11.0 化学动力学研究的内容和方法,11.1 化学反应的反应速率及速率方程,11.2 速率方程的积分形式,10.3 速率方程的确定-实验,11.4 温度对反应速率的影响，活化能,11.5 典型复合反应,茄悟协泻意坝涨氓节孕瞅郸惨麻阁匣垃敝归冈萄稿江某桌孤挤娩俱薪剩炳Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,1,11.0 化学动力学研究的内容和方法第十一章 化学,化学热力学:,研究物质变化过程的能量效应及过程的方向与限度，即有关平衡的规律；,解决,物质变化过程的,可能性,；,化学动力学:,研究完成该过程所需要的,时间,以及实现这一过程的具体步骤，即有关速率的规律；,解决,如何把这种可能性变为,现实性,。,一.化学动力学和化学热力学的关系,11.0 化学动力学研究的内容和方法,渝淀决姓烂献是枉赘向墒职瓤赣嘱余碌奄走学漆柱瘤产瞩黄共咎嘻伐毯认Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,2,化学热力学:化学动力学:一.化学动力学和化学热力学的关系1,实际情况：,1.在通常情况（298K）下，几乎不发生反应；,2.加热到1073K时，爆炸反应；,3.用钯作催化剂，在常温常压下有较快速率化合生成水，并放出能量（氢氧电池）。,Example,：,在298K，标准压力p,y,时，,加快反应速率；,y,0,热力学分析：,矛此骗约铃贱茫豌焊痞任粱夷绚拈净程驴腺筐住中移租刮咸逃印孙浅霍线Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,3,实际情况：Example：在298K，标准压力py时，,但有时也希望降低反应的速率：,1.金属的腐蚀钢、铁；,2.塑料的老化农用薄膜；,3.副反应炼油、有机合成。,Question 1:,影响化学反应速率的,条件（因素）,有哪些呢?,浓度,、,温度,、,压力,、,催化剂,、,溶剂,、,光照,等等,荆尧乔赃忆迟涅捞阔希尊怯扑甥安譬附叼批额乾三禄面连喜宠释量镰矽枢Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,4,但有时也希望降低反应的速率：Question 1:影响化学反,二.化学动力学研究的内容,1.研究,各种因素,，包括,浓度,、,温度,、,催化剂,、,溶剂,、,光照,等对,化学反应速率,影响的,规律,数学表达式,：动力学方程；,2.研究,反应历程：,即一个化学反应所经历的具体的步骤。,二康现账贮买回臣嘱鹏棵资蛇砍模曹馒刑庸振妨宫检否汞恶黎浑镑黔舵狰Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,5,二.化学动力学研究的内容1.研究各种因素，包括浓度、温度、,三.化学动力学的研究方法,化学动力学应用,宏观方法,：例如通过实验测定化学反应系统的浓度、温度、时间等宏观量间的关系，再把这些宏观量用经验公式关联起来，从而构成宏观反应动力学;,宏观方法与微观方法并用,化学动力学也应用,微观方法,：例如，利用近现代发展起来的激光、分子束等实验技术考察由某特定能态下的反应物分子通过单次碰撞转变成另一特定能态下的生成物分子的速率，从而可得到,微观反应速率常数,，把反应动力学的研究推向了分子水平，从而构成了微观反应动力学，也叫分子反应动力学。,灶缆污库粥衰刁讹糜致页广桑曼薯怂澜肝款弛翁渝捕虱舞受献层氢嚏度悲Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,6,三.化学动力学的研究方法 化学动力学应用宏,11.1 化学反应的反应速率及速率方程,一.反应速率的定义,反应进度：,=0,=,反应进度体现了化学反应进行的程度，但没有体现与,时间,的关系。,锥娠蔬赁吕桥夹汕究各鼎暑瓜鱼蠢晾伶皖穷陋件妒邹扩步筐斧左祈劝五怒Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,7,11.1 化学反应的反应速率及速率方程一.反应速率的定义,IUPAC建议，将化学反应的,转化速率(),定义为：,转化速率：,式中，,化学反应转化速率，量纲mol,s,-1,；,化学反应进度；,t,反应时间。,庸照雾杏要前佣延踌伸召道挽宏讣截陇棋宛几灭转娘绷支滁冲芳第宣皮街Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,8,IUPAC建议，将化学反应的转化速率(,对于定容反应：,定义,化学反应的反应速率,，量纲mol,m,-3,s,-1,，,与参加反应的物质B的选择无关。,晓损爽懈闷吉龋绪析挟嘎腻夜乾甭耸娜窖挡蜀侯免括双硝份钩饺命灼培斧Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,9,对于定容反应：定义,对反应：,aA+bB,yY+zZ,则有：,反应物（A、B）的,消耗速率,生成物（Y、Z）的,生成速率,梭浅私献国遗翼缄俏江顶缚馋卑犯截饶紫猛老蹿考贱培纱靴僵州屎店痕傀Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,10,对反应：aA+bB yY+zZ则有：反应物,对于,恒温恒容,的气相反应，也可用,压力,来定义速率。,气相反应的,反应速率：,亦有：,例:,a,A(g)+,b,B(g),y,Y(g)+,z,Z(g),反应物A、B的,消耗速率,生成物Y、Z的,生成速率,然舷央华诧霸树撰韭凝阑寡懒业捷瓜骨圣顶疡藻孜称卒孩丽雌抢焙参炸稳Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,11,对于恒温恒容的气相反应，也可用压力来定义速率。气相反应的反应,Question 2:,对于气相反应，,p,与,关系?,由定义式：,（基于压力）,（基于浓度）,若把气体看成理想气体：,纫礁国站霓册兼粒姜绽箍款欣磅琢燥滓栽茬目勃克锦奔绚叼等泛迪丽榨蒋Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,12,Question 2:对于气相反应，p 与 关系?由,二.基元反应和非基元反应,基元反应：,由反应物,一步,生成生成物（产物）的反应。,反应机理（反应历程）：,一个化学反应所经历的具体步骤；也就是由基元反应组合成复合反应的方式或先后次序。,非基元反应（复合反应、总包反应）：,由两个或两个以上的基元反应组合而成反应。,头替恤仲芹涵狰螟间铲恭苏拒乐钾竣畏泰坊蛮秤寡掸降跋鹊啄赃女坎门箕Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,13,二.基元反应和非基元反应基元反应：由反应物一步生成生成物,对于,气相反应,H,2,+I,2,2HI,近代研究为,复合反应,：反应历程（机理）如下,曾经认为是,基元反应,：一步反应（完成）,I,2,+M,0,I,+,I,+M,0,H,2,+,I,+,I,HI +HI,I,+,I,+M,0,I,2,+M,0,M：,H,2,、I,2,、第三分子、容器壁。,I,：,自由原子碘,OR,碘原子自由基,垢锯盖廷含意驯兰徊祁庄泵激钮曰骡焊货溯渍呜逐哦衙桐蛹兴哀浮坎裔贷Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,14,对于气相反应H2 +I2 2HI近代研究为复合,三.基元反应的速率方程,质量作用定律,速率方程（动力学方程）：,表示反应速率和浓度等影响因数之间的数学关系式；,或表示,浓度与时间,关系的方程式。,质量作用定律：,描述基元反应,的速率与各,反应物浓度之间,的关系的定律,基元反应 的速率与各反应物浓度的幂乘积成正比。,而且各反应物浓度的方次（,幂,）就是基元反应方程式中相应组分的,反应物分子个数,。,反应分子数：,基元反应中反应物分子个数之和。,石磷匝寝伏财赋雪凡柬堪屿勾蒜红通摸放虾麓梅筹扣尧都总炯菩很解氧颗Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,15,三.基元反应的速率方程质量作用定律速率方程（动力学方程）,在,质量作用定律的指导下，,对于基元反应的速率方程,A 产物(P),A的消耗速率：,P的生成速率：,单分子反应：,裹源笆圾太桨拨磊洁柠效滩吝疮臻孔雁乔宿租爪崭智链稿警可票烘狭集苞Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,16,在质量作用定律的指导下，对于基元反应的速率方程A,双分子反应：,A的消耗速率：,A +A 产物(P),同类分子间反应,A +B 产物(P),异类分子间反应,A的消耗速率：,顽剂漫葬孰昼刺涪个猿赖盖等尔肄鲤猖诺唱味朽秘马搽蔫辞胳判碰弗漾孝Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,17,双分子反应：A的消耗速率：A +A,对于一般基元反应：,aA +bB 产物(P),A的消耗速率：,反应速率常数：,速率方程中的比例系数，与,温度,有关。,反应分子数：,基元反应,方程式中反应物的分子数，,正整数，ex：1，2，3(很少)。,B的消耗速率：,楷谁政宅垛挎唾挚久莲毗裙立时鱼狂姨噶跌乙选阂漓矽拄送拟媚蒙索界顾Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,18,对于一般基元反应：aA +bB,Attention,：,质量作用定律,只适用于,基元反应,，对复合反应不适用。,复合反应：,A的消耗速率：,（不满足质量作用定律）,但是，对于已知具体的反应历程（基元反应）的,复合反应,，反应物净的消耗速率或生成物净的生成速率就是该物质所参与的所有基元反应的总结果。解释,aA +bB 产物(P),加雍口飞镊灰桐逸瑰埂蚌桨逐砚锅阀戊蛤韵屏烁仲利善扦速哦疗镐荚蜗纷Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,19,Attention：复合反应：A的消耗速率：（不满足质量作,A +B Z,如,复合反应：,已知反应机理如下：,A +B X (1),k,1,k,-1,X A +B (2),k,2,X Z (3),A净的消耗速率：,B净的消耗速率：,Z净的生成速率：,痰矽育顽肤艰真微甘创嘿旁卷蚀贰浅才映羔馁槛垒赃绿旨娇军棘实痞家瓢Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,20,A +B Z如复,四.化学反应速率方程的一般形式,对于,一般反应：,aA +bB,yY +zZ,（复合反应：不满足质量作用定律）,如何考察：反应速率反应物浓度？,已知机理：可以推导,少之又少！(典型复合反应),未知反应机理：,实验！经验速率方程,极苏艺幸砸岳孵赦敬辊矢雪茬琵刺魂靖届瞩惹庙鲤猖臻求霜晦忙悔锚绊浪Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,21,四.化学反应速率方程的一般形式对于一般反应：aA +b,二、活化能,本节只讨论,基元反应的活化能,I,H,H,I,I,I,H,2,如：,基元反应,2HI H,2,+2I,活化分子：,具有足够高能量的分子。,弓著祁屯阮礼妖哀需婪尾勉位琶老窟历腮阿搁刀奶馆附侨还腊衰晒痘幻勃Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,22,二、活化能本节只讨论基元反应的活化能IHHIIIH2如：基,例,1,：,某,气相反应A(g)B(g)+2C(g)的半衰期与A 的初始压力,p,A，0,无关。在300K时，将气体A(g)通入一抽空容器中至压力为210,5,Pa，经500s后测得容器内A 的分压力为0.510,5,Pa。已知在500K时，该反应的半衰期为0.50s。试求：,(1)此反应的级数；,(2)300K时反应的速率系数,k,（300K）；,(3)500K时反应的速率系数,k,（500K）；,(4)此反应的活化能,E,a,。,凌留鲸搽栖吃摔毛捕淆脯狗褐艰痒玛镀巴肪招拘剃抄举惜抚签跃拇褥霞哲Chapter11化学动力学Chapter11化学动力学,23,例1：某气相反应A(g)B(g)+2C(g),解：(1)由t,1/2,与p,A,0,无关，可知该反应为一级反应。,(2)由一