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化学反应速率化学反应速率 Chemical Reaction Rates 多相反应多相反应链反应链反应光化反应光化反应 几种类型的反应几种类型的反应 体体系系中中任任何何具具有有相相同同物物理理性性质质和和化化学学性性质质的的部部分分称称为为一一个个相相。相相与与相相之之间间有有界界面面隔隔开开，越过相界面时，性质发生突变。越过相界面时，性质发生突变。相的概念相的概念 PhasePhase 气态均匀体系。气态均匀体系。液态互溶，均匀体系。液态互溶，均匀体系。例如例如 H H2 2SOSO4 4=0.5mol=0.5mol m m-3-3的溶液的溶液不不互溶，多相体系。互溶，多相体系。例例如如水水和和油油的的混混合合物物是是二二相相，水水、油油和和汞汞的混合物是三相）。的混合物是三相）。固态除固溶体（固态溶液）外，有多固态除固溶体（固态溶液）外，有多 少种纯固态物质，便有多少相。少种纯固态物质，便有多少相。相与状态相与状态 Phase&State Phase&State 与与均均相相反反应应的的速速率率不不同同，多多相相反反应应的的速速率率既既依依赖赖化化学学因因素素，又依赖又依赖物理因素物理因素。多相反应多相反应 Multiphase ReactionMultiphase Reaction 以煤的燃烧反应为例，整个燃烧反应至以煤的燃烧反应为例，整个燃烧反应至少可分为三个步骤：少可分为三个步骤：反应物靠近表面；反应物靠近表面；在表面上发生化学反应；在表面上发生化学反应；反应产物从表面上离去。反应产物从表面上离去。其中其中、步骤的速率取决于煤的比表步骤的速率取决于煤的比表 面大小和氧气对流及扩散的快慢，属于面大小和氧气对流及扩散的快慢，属于 物理因素；物理因素；为化学因素。为化学因素。影响多相反应速率的因素影响多相反应速率的因素最最终终决决定定反反应应速速率率的的其其中中最最慢慢的的一一步步，称称为为控制步骤控制步骤。由由于于煤煤的的燃燃烧烧反反应应所所需需活活化化能能不不大大，因因而而增增大大煤煤的的比比表表面面和和加加强强氧氧气气的的对对流流，将将有有利利于于反反应的进行。应的进行。活活化化能能很很大大的的反反应应其其控控制制步步骤骤为为第第二二步步化化学学反反应应本本身身。例例如如，在在潮潮湿湿空空气气中中，氧氧对对铁铁的的氧氧化化不不会会由由于于增增加加金金属属表表面面空空气气的的供供给给而而加加速。速。控制步骤控制步骤 Rate Determining Step微微细细分分散散的的可可燃燃物物质质，如如面面粉粉厂厂、纺纺织织厂厂、煤煤矿矿中中的的“粉粉尘尘”，超超过过安安全全系系数数时时会会快快速速氧氧化化燃烧，甚至引起爆炸事故。燃烧，甚至引起爆炸事故。19871987年青岛棉纺厂年青岛棉纺厂粉尘爆炸粉尘爆炸，烧毁一个车间及烧毁一个车间及150台纺织机器，直接损失台纺织机器，直接损失92万元，万元，死亡死亡3人。人。19871987年年3 3月月1515日凌晨日凌晨2 2时时3939分，我国最大的麻纺分，我国最大的麻纺企业哈尔滨亚麻厂发生企业哈尔滨亚麻厂发生粉尘爆炸粉尘爆炸事故，死亡事故，死亡5858人、伤人、伤8282人、直接经济损失人、直接经济损失650650万元。万元。粉尘爆炸粉尘爆炸 链反应又称连锁反应，它是包括链反应又称连锁反应，它是包括大量反复循环的连串反应的复合反大量反复循环的连串反应的复合反应。应。链反应链反应 chain reaction chain reaction 链反应过程中出现一些高活性的微粒。链反应过程中出现一些高活性的微粒。例如自由基例如自由基,即具有不成对价电子的原即具有不成对价电子的原子或原子团。象子或原子团。象H H（原子氢）、（原子氢）、HOHO（氢氧基）、（氢氧基）、CHCH3 3（甲基）等。（甲基）等。自自由由基基不不稳稳定定，一一但但产产生生，它它们们往往往往能能和和其其它它分分子子作作用用生生成成产产物物再再加加上上自自由由原原子子或或自自由由基基。这这个个过过程程一一旦旦引引发发，便便会会自自动动地地进进行行下下去去，如如一一条条锁锁链链，一环扣一环，直至反应停止。一环扣一环，直至反应停止。自由基自由基 FREE RADICALSFREE RADICALS链反应一般包括三个阶段：链反应一般包括三个阶段：链的引发链的引发链的传递链的传递链的终止链的终止 链反应的阶段链反应的阶段这是由起始分子藉光、热、辐射这是由起始分子藉光、热、辐射或引发剂等到外因作用而裂解生成或引发剂等到外因作用而裂解生成自由原子或自由基的反应阶段。这自由原子或自由基的反应阶段。这一步所需活化能较高，与断裂化学一步所需活化能较高，与断裂化学键的能量同一数量级。如：键的能量同一数量级。如：ClCl2 2+hv+hvClCl+Cl+Cl 链的引发链的引发链链的的传传递递：自自由由原原子子或或自自由由基基参参与与反反应应，反反应应结结果果又又产产生生新新的的自自由由原原子子或或自自由由基基 ，如如此此一一环环接接一一环环地地传传递递下下去去。活活化化能能较较小小，一一般般小小于于40KJ40KJ molmol-1-1。ClCl+H+H2 2 HCl+H HCl+H H H+Cl+Cl2 2 HCl+Cl HCl+Cl 链的传递链的传递链链的的终终止止：自自由由基基彼彼此此结结合合成成稳稳定定基基团团、被被反反应应器器吸吸附附或或与与反反应应体体系系中中惰惰性性质质点点碰碰撞撞而而失失去去活活性性，都都可可引引起起链链终终断断。此此步步反反应应的的活活化化能能较较小，有时为零。小，有时为零。链的终止链的终止 ClCl+Cl+Cl Cl Cl2 2 链的终止链的终止链链反反应应又又分分直直链链反反应应和和支支链链反反应应两两大大类类。直直链链反反应应每每进进行行一一步步，消消耗耗掉掉的的活活泼泼微微粒粒数数目目与与新新生生成成的的活活泼泼微微粒粒数数目目相相等等，反反应应象象链链条条一一样样连连续进行，比如续进行，比如HClHCl生成反应。生成反应。链反应的类型链反应的类型支支链链反反应应每每进进行行一一步步，生生成成的的活活泼泼微微粒粒数数多多于于消消耗耗掉掉的的活活泼泼微微粒粒数数，反反应应体体系系中中的的活活泼泼微微粒粒迅迅速速增增多多，反反应应速速率率也也急急剧剧加加快快，最最后后可可以以达达到到爆爆炸炸的程度。的程度。支链反应支链反应例如氢和氧的反应：例如氢和氧的反应：链的引发链的引发 H H2 2+O+O2 2 HOHO2 2+H+H 链的传递链的传递 H H2 2+HO+HO2 2 HO HO +H+H2 2O O H H2 2+HO+HO H H +H+H2 2O O H H+O+O2 2 HO HO +O+O O O+H+H2 2 HO HO +H+H 链的终止链的终止 OHOH2 2+M +M 消毁消毁 H H+M +M 消毁消毁 HOHO+M +M 消毁消毁 自由基自由基+自由基自由基消毁消毁 M M代表不参与反应的第三体，如器壁和其它惰性质点。代表不参与反应的第三体，如器壁和其它惰性质点。支链反应支链反应按按爆爆炸炸的的原原因因可可分分成成热热爆爆炸炸、链链爆爆炸炸、核核爆爆炸炸等等三三类。类。链链爆爆炸炸是是由由支支链链反反应应引引起起的的，但但并并非非所所有有的的支支链链反反应应都都会会发发生生爆爆炸炸。因因为为链链是是会会中中断断的的，既既可可以以和和器器壁壁碰碰撞撞，也也可可以以和和惰惰性性质质点点碰碰撞撞而而销销毁毁，只只要要链链的的销销毁毁速速率率等等于于或或大大于于其其产产生生速速率率，反反应应就就能能以以平平稳稳的的速速率率进行。进行。在在氢氢氧氧混混合合气气体体中中，当当氢氢的的体体积积百百分分数数在在4 494%94%就就会会发发生生爆爆炸炸。4%4%为为氢氢在在氧氧中中的的爆爆炸炸低低限限，后后者者94%94%为为爆爆炸炸高高限限。氢氢和和空空气气混混合合的的爆爆炸炸低低限限4.1%4.1%，高高限限为为74%74%。爆炸爆炸反应反应在光的作用下进行的化学反应称在光的作用下进行的化学反应称为为光化反应光化反应或光化学反应。或光化学反应。如胶片的感光，植物的光合作用，如胶片的感光，植物的光合作用，大气中大气中O O2 2转变为转变为O O3 3和光化学烟雾的和光化学烟雾的形成等都涉及到光化反应。形成等都涉及到光化反应。光化反应光化反应photochemical reaction 靠分子热运动聚积足够的碰撞动能而引起的靠分子热运动聚积足够的碰撞动能而引起的化学反应，称为热化学反应，简称化学反应，称为热化学反应，简称热反应热反应。通过电流引起的化学反应称为通过电流引起的化学反应称为电化学反应电化学反应。热是体系与环境交换的无序能量，电和光则热是体系与环境交换的无序能量，电和光则是体系与环境交换的有序能量。热反应只能在是体系与环境交换的有序能量。热反应只能在 rG0rG0rG0的反应也能发生。的反应也能发生。光化反应光化反应 热反应热反应 电化学反应电化学反应光合作用：光合作用：6CO6CO2 2+6H+6H2 2O CO C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2 r rG Gm m=2245KJ=2245KJ molmol-1-1 在日光照射下，绿色植物中的在日光照射下，绿色植物中的叶绿素将叶绿素将COCO2 2和和H H2 2O O化合成碳水化合物质和氧气。化合成碳水化合物质和氧气。COCO2 2和和H H2 2O O不能不能吸收波长吸收波长400400700nm700nm的太阳光，而叶绿素能够的太阳光，而叶绿素能够吸收，所以叶绿素起光合作用的催化剂（也叫吸收，所以叶绿素起光合作用的催化剂（也叫光敏剂）的作用。光敏剂）的作用。光合作用光合作用叶绿素叶绿素photosynthesisphotosynthesis有有些些自自发发进进行行的的化化学学反反应应可可以以发发光光，将将化化学学能能转转化化成成光光能能。常常温温下下化化学学能能转转化化成成光光能能的的现现象象称称为为化化学学发发光光。如如萤萤火火虫虫尾尾部部的的荧荧光光素素被被氧氧化化时时可可发发光光，黄黄磷磷在在空空气气中中氧氧化化时时的发光等均为化学发光。的发光等均为化学发光。化学发光化学发光Chemiluminescence 萤火虫萤火虫体内的体内的虫萤虫萤光素遇到氧气时，光素遇到氧气时，即可经由其体內的生理机制，使即可经由其体內的生理机制，使虫萤虫萤光光素进行下列反应，同时将能量以光的形素进行下列反应，同时将能量以光的形式放出。式放出。萤火虫萤火虫发光发光 光棒在它的塑料管內有苯基草酸酯、染光棒在它的塑料管內有苯基草酸酯、染料及一根玻璃管。玻璃管內则有溶在磷苯二料及一根玻璃管。玻璃管內则有溶在磷苯二甲酸酯中的过氧化氢。在使用時将光棒轻轻甲酸酯中的过氧化氢。在使用時将光棒轻轻一折，即可使装有过氧化氢的小管压破，用一折，即可使装有过氧化氢的小管压破，用力搖晃后，反应物混合就可看到光线。力搖晃后，反应物混合就可看到光线。光棒光棒发光的原理发光的原理 本章小结本章小结掌握了解反应速率基本定义反应速率基本定义多相反应多相反应质量作用定律质量作用定律链反应链反应反应级数反应级数光化反应光化反应阿仑尼乌斯公式阿仑尼乌斯公式活化能活化能催化作用催化作用