物化物化8教案
108页1、第七章 化学动力学,化学热力学的研究对象和局限性 研究化学变化的方向、能达到的最大限度以及外界条件对平衡的影响。化学热力学只能预测反应的可能性,但无法预料反应是否发生?反应的速率如何?反应的机理如何?例如:,热力学判断这两个反应都能发生,但如何使它发生,热力学无法回答。,化学动力学的研究对象 化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响,把热力学的反应可能性变为现实性。 例如:,第七章 化学动力学,化学动力学的任务和目的,一、变化的可能性与现实性 可能的变化是否一定发生? 可能性大、自发趋势大的反应是否速率也快? 热力学研究的反应方向、限度及能量转换的规律。 反应速率大小的规律是由化学动力学解决的。,二、化学动力学的任务: 研究各种因素对反应速率的影响规律,三、研究意义: 合成工业中,一定尺寸的反应器中,一定时间内的产率; 生物反应中,生物器官或细胞中,一定时间内营养的转化和吸收; 地球和大气反应空间中,反应速率关系着生态环境和资源等重大问题;,化学动力学的任务和目的,四、研究方式:两个分支宏观和微观,1、宏观化学动力学:从宏观变
2、量(浓度、温度、压力等)出发,研究反应速率。研究具有普遍意义的规律、特性参数速率常数、级数、活化能、指前因子等。,2、微观动力学:从物质微观特性(如分子尺寸、几何构型、以及分子各运动能级)出发,研究基元反应的速率。,化学动力学的任务和目的,五、化学动力学的发展,1889年阿累尼乌斯(Arrhenius)深入讨论了该式,提出了活化分子及活化能的概念,最终上式被称为阿累尼乌斯方程。,十九世纪: 1850年威廉米(法,Wilhelmy),用旋光仪研究了蔗糖水解; 1836年瓦格(挪威,Waage)和数学家古德贝格(Guldberg)提出了质量作用定律; 1884年范特霍夫(vant Hoff)由平衡热力学得出了,化学动力学的任务和目的,五、化学动力学的发展 二十世纪: 化学动力学得到蓬勃发展,目前宏观化学动力学的框架和基本规律已趋于完善。 结合实验测定和反应机理研究,建立了各种与实际情况相适应的反应速率方程; 另一方面微观动力学对反应速率本质的理解也逐渐深入,建立了对基元反应的两个主要理论碰撞理论和过渡状态理论; 近几十年来,研究进入态-态反应的层次分子动态学,实验技术在空间达nm量级,时间
3、达皮秒、飞秒级;,化学动力学的任务和目的,六、本章内容及学习要求: 熟悉反应速率的表示,理解动力学基本概念和速率方程的建立; 掌握简单级数的反应的动力学方程及特征,了解几种典型的复合反应的动力学方程及特征; 掌握平衡态及稳定态近似法确定速率方程的方法和链反应特征; 理解并掌握阿累尼乌斯方程及应用; 初步了解两个基元反应速率理论; 理解催化剂的催化作用和催化反应特征;,化学动力学的任务和目的,六、本章内容及学习要求: 7-1 反应速率及速率方程 7-2 浓度对速率的影响 7-3 几种典型的复合反应 7-4 复合反应速率方程与链反应 7-5 温度对反应速率的影响 7-6 基元反应速率理论简介 7-7 催化反应,习题:P288-296,11.3, 11.6, 11.7, 11.10, 11.23, 11.31, 11. 32, 11.37, 11.45, 11.46,,化学动力学的任务和目的,7-1 反应速率及速率方程,一、反应速率的表示 1、定容条件下,浓度随时间的变化率表示。,2、以单位体积中反应进度随时间的变化率描述:,一、反应速率的表示 二、速率方程及基本概念 三、反应速率的测量,二
4、、速率方程及基本概念,1、速率方程(动力学方程) 狭义:其它条件一定下,描述 v-c 或 c-t 的关系; 广义:定量描述各种因素对速率的影响。 速率方程可表示为微分式或积分式。,例如:,基元反应: 由反应物一步生成产物的反应,过程中无可由宏观实验方法探测到的中间产物。 基元反应的速率方程由质量作用定律直接给出反应速率与反应物浓度具有简单幂函数形式。,(7-1-1),二、速率方程及基本概念,如基元反应:aA+bBP 由质量作用定律:,反应分子数:基元反应方程中反应物的分子数(或粒子数)。可有单分子、双分子和三分子反应。 对于基元反应:aA+bBP; 反应分子数=a+b 3的正整数 基元反应级数n:由速率方程 v = kcAacBb 得 n=a+b为正整数,速率常数,:单位浓度时的速率; 量纲与反应级数有关,二、速率方程及基本概念,复合反应:两个或以上基元反应组合而成的反应。 反应机理(又称为反应历程)。 复合反应中,连续或同时发生的所有基元反应称为反应机理,每个基元步骤服从质量作用定律了解反应机理可以掌握反应的内在规律。 通常所写化学方程式只代表反应的化学计量式,而并不代表反应的真正历
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