第十章复杂反应课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,典型的复合反应 P182,对峙反应,平行反应,连串反应,对峙反应的微分式,对峙反应的积分式,对峙反应的特点,两个一级平行反应的微分、积分式,两个二级平行反应的微分、积分式,平行反应的特点,连串反应的微分、积分式,连串反应的近似处理,连串反应的,c,t,关系图,8/8/2024,典型的复合反应 P182对峙反应对峙反应的微分式两个一级,1,一.对峙反应 P183,在正、逆两个方向同时进行的反应称为对峙,反应，又称,可逆反应,正、逆反应可以为相同级,数，也可以为具有不同级数的反应；可以是基元,反应，也可以是非基元反应例如：,A+B,k,-2,k,2,C+D,A,k,-2,k,1,C+D,A,k,-1,k,1,B,8/8/2024,一.对峙反应 P183在正、逆两个方向同时进行的反应称为对,2,1.对峙反应的微分式 P183,对峙反应的净速率等于正向,速率减去逆向速率，当达到,平衡时，净速率为零为简单起见，考虑1-1级对峙反应,t,=,0,a,0,t,=,t,a-x,x,t,=,t,e,a-x,e,x,e,A,k,-1,k,1,B,(11.44),8/8/2024,1.对峙反应的微分式 P183对峙反应的净速率等于正向为简,3,2.对峙反应的积分式,测定了,t,时刻的产物浓度,x,，已知,a,和,x,e,，就可分别求出,k,1,和,k,-1,。

11.46),8/8/2024,2.对峙反应的积分式 测定了t 时刻的产物浓度x，已知,4,3.对峙反应的特点,1.,净速率等于正、逆反应速率之,差,2.,达到平衡时，反应净速率等于,零,3.,正、逆速率系数之,比,等于平衡常数,K,=,k,+,/,k,-_,4.,在,c,t,图上，达到平衡后，反应物和产物的,浓度不再随时间而改变,8/8/2024,3.对峙反应的特点1.净速率等于正、逆反应速率之差2.达到,5,4.温度对对峙反应的影响 P194,根据vant Hoff公式,从动力学来看，温度升高，正、逆反应速率,都升高,，正反应速率升高的更快，对正向反应有利对于吸热反应，：从热力学上看，温度升高，增大，对正向反应有利8/8/2024,4.温度对对峙反应的影响 P194根据vant Hoff,6,(2)对于放热反应，：从热力学上看，温度升高，减小，对正向反应不利从动力学来看，温度升高，正、逆反应速率都升高，逆应速率升高的更快8/8/2024,(2)对于放热反应，：从热力学上看，,7,二.平行反应 P185,相同反应物,同时进行,若干个不同的反应称为平行反应这种情况在有机反应中较多，通常将生成期望产物的一个反应称为,主反应,，其余为,副反应,。

总的反应速率等于所有平行反应速率之,和,8/8/2024,二.平行反应 P185 相同反应物同时进行若干个不同,8,两个一级平行反应 P185,A,B,C,k,1,k,2,A B C,t,=0,a,0 0,t,=,t,a-x,1,-,x,2,x,1,x,2,令,x,=,x,1,+,x,2,8/8/2024,两个一级平行反应 P185ABCk1k2 A,9,(11.51),8/8/2024,(11.51)8/20/2023,10,若反应从纯A开始，,若在反应中保持两速率常数比值不变，反应过程中各反应的产物量之比会保持不变具有,相同级数,的平行反应其总速率常数等于每个平行反应的速率常数之,和,，总反应速率取决于平行反应中最,快,的一步11.54,8/8/2024,若反应从纯A开始，若在反应中保持两速率常数比值不变，反应过,11,平行反应的特点,1.平行反应的总速率等于各平行反应速率之,和,2.速率方程的微分式和积分式与,同级,的简单反,应的速率方程相似，只是速率系数为各个反,应速率系数的和3.当,各产物的起始浓度为零时,，,在任一瞬间，,各产物浓度之比等于速率系数之比，,若各平行反应的级数不同，则无此特点。

8/8/2024,平行反应的特点1.平行反应的总速率等于各平行反应速率之和2.,12,平行反应的特点,4.用合适的催化剂可以改变某一反应的速率，,从而提高主反应产物的产量5.用改变温度的办法，也可以改变产物的相对含,量活化能高的反应，速率系数随温度的变,化率也大8/8/2024,平行反应的特点4.用合适的催化剂可以改变某一反应的速率，5.,13,连续反应 P187,有很多化学反应是经过连续几步才完成的，前一步生成物中的一部分或全部作为下一步反应的部分或全部反应物，依次连续进行，这种反应称为连续反应或连串反应连续反应的数学处理极为复杂，我们只考虑最简单的由两个单向一级反应组成的连续反应8/8/2024,连续反应 P187 有很多化学反应是经过连续几步才完成,14,连续反应的微、积分式,t,=0,a,0 0,t,=,t,x y z,x+y+z=a,A B C,k,1,k,2,(1),(2),8/8/2024,连续反应的微、积分式t=0a 0,15,A B C,k,1,k,2,(1),(2),P188 (11.60),8/8/2024,A B Ck1,16,连续反应的近似处理 P189,由于连续反应的数学处理比较复杂，一般作近似处理。

当其中某一步反应的速率很慢，就将它的速率近似作为整个反应的速率，这个,慢步骤,称为连续反应的速率控制步骤，简称速控步1)当,k,1,k,2,，第二步为速控步,(2)当,k,2,k,1,，第一步为速控步,8/8/2024,连续反应的近似处理 P189 由于连续反应的数学处理比,17,连续反应的,ct,关系图 P188,由图可见，A的浓度x随时间单调减小，C的浓度z随时间单调升高，而B的浓度y先随时间而增大，以后又减小，中间出现,极大值，这是连串反应的特点8/8/2024,连续反应的ct关系图 P188由图可见，A的浓度x随时间单,18,链反应 P201,直链反应,链反应中三个主要步骤,稳态近似,支链反应,8/8/2024,链反应 P201 直链反应链反应中三个主要步骤稳态近似支链反,19,链反应的三个主要步骤 P202,（1）链引发,处于稳定态的分子吸收了外界的能量，如加热、光照或加引发剂，使它分解成自由原子或自由基等活性传递物，是链反应中最困难的一步8/8/2024,链反应的三个主要步骤 P202（1）链引发 处于,20,（2）链传递,链引发所产生的活性传递物与另一稳定分子作用，在形成产物的同时又生成新的活性传递物，使反应如链条一样不断发展下去。

8/8/2024,（2）链传递链引发所产生的活性传递物与另一稳定分子作用，在形,21,两个活性传递物相碰形成稳定分子或发生岐化，失去传递活性；或与器壁相碰，形成稳定分子，放出的能量被器壁吸收，造成反应停止3）链终止,8/8/2024,两个活性传递物相碰形成稳定分子或发生岐化，失去传递活性；或与,22,按照链传递步骤中机理的不同，可将链反应分成直链反应和支链反应在链增长过程中，一个活性粒子参加反应后，只产生一个新的活性粒子的链反应称为,直链反应,在链增长过程中，一个活性粒子参与反应，产生二个或以上的活性粒子称为,支链反应,直链反应和支链反应 P202,8/8/2024,按照链传递步骤中机理的不同，可将链反应分成直链反应和支链反,23,链引发,链终止,链传递,1、直链反应 P202,实验,8/8/2024,链引发链终止链传递1、直链反应 P202实验8/20/202,24,其中，只有（,2,）（,3,）两步与,HCl,有关速率公式可写成,P203 公式中涉及到H,2,、Cl,2,的浓度而且还有H、Cl的浓度，由于H、Cl等中间产物十分活泼，寿命很短，一般的实验方法很难测定它们的浓度可近似认为在达到稳定状态后，它们浓度不再随时间而变化，即,稳态近似法,8/8/2024,其中，只有（2）（3）两步与HCl有关。

速率公式可写成P20,25,支链反应 P205,在链传递过程中，消失一个自由基后产生两个或更多的自由基由于销毁自由基的链终止反应速率不高，自由基浓度会迅速上升，反应链的数目迅速增加，总反应速率迅速加快，这样又产生更多的自由基如此循环下去，总反应速率极快地增长导致爆炸发生，此即为,支链爆炸,若一个放热反应在无法散热的情况下进行，体系的温度急升，而升温的结果会使反应速率按指数规律上升，放出更多的热，如此重复反应速率几乎无止境的增加，导致最后发生爆炸称为热爆炸8/8/2024,支链反应 P205在链传递过程中，消失一个自由基后产生两个或,26,氢气与氧气生成水汽的反应,2H,2,(g)+O,2,(g)2H,2,O(g),这个反应看似简单，但反应机理很复杂，至今尚不十分清楚但知道反应中有以下几个主要步骤和存在,H、O、OH和HO,2,等,活性物质8/8/2024,氢气与氧气生成水汽的反应 2H2(g)+O2(g)2,27,8/8/2024,8/20/2023,28,直链传递,链引发,支链传递,链终止(气相）,链终止(器壁上),8/8/2024,直链传递链引发支链传递链终止(气相）链终止(器壁上)8/2,29,压力和温度对爆炸界限的影响,爆炸反应通常都有一定的爆炸区，当反应达到燃烧或爆炸的压力范围，反应速率由平稳而突然增加。

8/8/2024,压力和温度对爆炸界限的影响 爆炸反应通常都有一定的,30,1.压力低于,ab,线，不爆炸2.随着压力的增大，活性物质与反应分子碰撞次数增加，使支链迅速增加，就引发支链爆炸，这处于,ab和bc,之间因活性物质在到达器壁前有可能不发生碰撞，而在器壁上化合生成稳定分子，,ab,称为爆炸下限P206,8/8/2024,1.压力低于ab线，不爆炸2.随着压力的增大，活性物质与反,31,3.压力进一步上升，粒子浓度很高，有可能发生三分子碰撞而使活性物质销毁，也不发生爆炸，,bc,称为爆炸上限4.压力继续升高至,c,以上，反应速率快，放热多，发生热爆炸5.温度低于,730 K，,无论压力如何变化，都不会爆炸8/8/2024,3.压力进一步上升，粒子浓度很高，有可能发生三分子碰撞而使活,32,催化反应 P283,酶催化反应历程,用稳态近似法处理,酶催化的反应速率曲线,酶催化反应的级数,米氏常数,酶催化反应特点,8/8/2024,催化反应 P283酶催化反应历程用稳态近似法处理酶催化的反应,33,催化剂与催化作用 P283,催化剂：把某物质加到化学反应体系中，可以改变反应的速率，而本身在反应前后,没有,数量上和化学性质的改变。

催化反应类型：均相催化、复相催化和生物催化催化作用基本原理：,1.催化剂能否启动化学反应？,不能，只有 的反应，才能使用催化剂，使其改变反应速率,8/8/2024,催化剂与催化作用 P283 催化剂：把某物质加到,34,2.催化剂能否改变反应的平衡常数?,不能；催化剂,同等程度,地改变了正逆反应的反应速率，因此，对于正反应有效的催化剂对于逆反应也有效8/8/2024,2.催化剂能否改变反应的平衡常数?不能；催化剂同等程度地改,35,3.催化剂是否参与化学反应？,（1）催化机理 P284,催化剂参与了反应，改变了反应途径，,降低了活化能,8/8/2024,3.催化剂是否参与化学反应？（1）催化机理 P284催化剂,36,（2）催化剂对反应速率的影响很大,一般活化能要降低80kJ/mol，才能明显加快反应速率,8/8/2024,（2）催化剂对反应速率的影响很大一般活化能要降低80kJ/m,37,4.催化剂具有特殊的,选择性,5.催化剂易于,中毒,8/8/2024,4.催化剂具有特殊的选择性5.催化剂易于中毒8/20/,38,酶催化反应历程 P292,Michaelis-Menten,Briggs,Haldane,Henry,等人研究了酶催化反应动力学，提出的反应历程如下：,他们认为酶(E)与,底物,(S)先形成中间化合物,ES,中间化合物再进一步分解为产物(P)，并释放出酶(E)。

8/8/2024,酶催化反应历程 P292 Michaelis-Ment,39,酶催化反应特点 P296,酶催化反应与生命现象有密切关系，它的主要特点有：,1.高选择性,一种酶只能催化一种反应，而对其它的反应不具有活性,，例如脲酶它只能将尿素迅速转化成氨和二氧化碳，而对其他反应没有任何活性2,.,高效率,酶催化反应的效率特别高，比一般催化剂高出,10,9,至,10,15,倍例如：一个过氧化氢分解酶分子，在1秒钟内可以分解十万个过氧化氢分子,3,.,反应条件温和 一般在常温、常压下进行4.反应历程复杂 受,pH、温度、离子强度影响较大8/8/2024,酶催化反应特点 P296酶催化反应与生命现象有密切关系，它的,40,光化学概要 P266,8/8/2024,光化学概要 P2668/20/2023,41,光化学基本定律 P268,1.光化学第一定律,只有被分子吸收的光才能引发光化学反应2.光化学第二定律,在初级过程中，一个被吸收的光子只活化一个分子8/8/2024,光化学基本定律 P2681.光化学第一定律只有被分子吸收的光,42,3.朗伯比尔定律 P269,平行的单色光通过浓度为,c,，长度为,d,的均匀介质时，,未被吸收的,透射光强度,I,t,与入射光强度,I,0,之间的关系为(,e,为摩尔消光系数),P269,一摩尔光量子能量称为一个“Einstein”。

波长越短，能量越高8/8/2024,3.朗伯比尔定律 P269 平行的单色光通过浓度为c，,43,量子产率 P269,可直接形成产物,和低能量分子碰撞失活引起一系列次级反应发生反应的分子数,吸收光子数,发生反应的物质的量,吸收光子的物质的量,用,反应物的消耗,来求算量子产率8/8/2024,量子产率 P269可直接形成产物和低能量分子碰撞失活引起,44,用,产物的生成,求算量子产率产物分子生成数目,吸收光子数,产物生成物质的量,吸收光子的物质的量,由于计量系数的影响，和 可能不相等8/8/2024,用产物的生成求算量子产率产物分子生成数目吸收光子数产物生成,45,感光反应光敏剂 P277,有些物质对光不敏感，不能直接吸收某种波长的光而进行光化学反应如果在反应体系中加入另外一种物质，它能吸收这样的辐射，然后将光能传递给反应物，使反应物发生作用，而该物质本身在反应前后并未发生变化，这种物质就称为,光敏剂,，又称,感光剂,8/8/2024,感光反应光敏剂 P277 有些物质对光不敏感，不能,46,。