物理化学电子教案十章市公开课获奖课件省名师优质课赛课一等奖课件.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,*,上一内容,下一内容,回主目录,返回,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考!,物理化学电子教案,第十章,积分法,微分法,半衰期法,孤立法,平行反应,对峙反应,连续反应,链,反应,一级反应,1/62,/10/6,8.1,化学动力学任务和目标,第十章 化学动力学基础(一),8.2,基本概念,8.3,含有简单级数反应,8.4,温度对反应速率影响,8.5,复合反应,8.6,催化剂,2/62,/10/6,10.1,化学动力学任务和目标,化学热力学研究对象和不足,化学动力学研究对象,化学动力学发展简史,3/62,/10/6,10.1,化学动力学任务和目标,研究化学改变方向、能到达最大程度以及外界条件对平衡影响。化学热力学只能预测反应可能性，但无法预料反应能否发生？反应速率怎样？反应机理怎样？比如：,热力学只能判断这两个反应都能发生，但怎样使它发生，热力学无法回答。,化学热力学研究对象和不足,4/62,/10/6,10.1,化学动力学任务和目标,化学动力学研究化学反应速率和反应机理以及温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界原因对反应速率影响，把热力学反应可能性变为现实性。,化学动力学研究对象,比如：,动力学认为：,需一定T，p,和催化剂,点火，加温或催化剂,5/62,/10/6,10.1,化学动力学任务和目标,1848年,vant Hoff,提出：,1891年,Arrhenius,设,为与,T,无关常数,1935年,Eyring,等提出过渡态理论,1960年 交叉分子束反应，李远哲等人1986年获诺贝尔化学奖,化学动力学发展简史,6/62,/10/6,10.2,化学反应速率表示法,化学反应速率,基元反应,反应级数,速率常数,反应分子数,7/62,/10/6,化学反应速率,对某化学反应计量方程为：,转化速率定义为：,已知,8/62,/10/6,反应速率（,rate of reaction,）,通常反应速率都是指定容反应速率，它,定义为,：,对任何反应：,9/62,/10/6,速率方程,(,rate equation of chemical reaction),速率方程又称,动力学方程,。它表明了反应速率与浓度等参数之间关系或浓度等参数与时间关系。速率方程可表示为,微分式或积分式,。,比如：,10/62,/10/6,基元反应（,elementary reaction）,基元反应简称元反应，假如一个化学反应，反应物分子在碰撞中相互作用直接转化为生成物分子，这种反应称为基元反应。,比如：,11/62,/10/6,基元反应,由反应物一步改变直接得到生成物反应称为基元反应。由若干基元反应组成反应为复合反应或复杂反应。,对于基元反应,速率方程为,12/62,/10/6,质量作用定律（,law of mass action,）,对于基元反应，反应速率与反应物浓度幂乘积成正比。幂指数就是基元反应方程中各反应物系数。这就是质量作用定律，,它只适合用于基元反应。,比如：基元反应 反应速率,r,13/62,/10/6,总包反应,（,overall reaction）,我们通常所写化学方程式只代表反应化学计量式，而并不代表反应真正历程。假如一个化学计量式代表了若干个基元反应总结果，那这种反应称为总包反应或总反应。,比如，以下反应为总包反应：,14/62,/10/6,反应机理,（,reaction mechanism）,反应机理又称为,反应历程,。在总反应中，连续或同时发生全部基元反应称为反应机理，在有些情况下，反应机理还要给出所经历每一步立体化学结构图。,同一反应在不一样条件下，可有不一样反应机理。了解反应机理能够,掌握反应内在规律,，从而更加好驾驭反应。,15/62,/10/6,反应分子数,(,molecularity of reaction),在基元反应中，实际参加反应分子数目称为反应分子数。反应分子数可区分为单分子反应、双分子反应和三分子反应，四分子反应当前还未发觉。反应分子数只可能是简单正整数1，2或3。,基元反应,单分子反应,双分子反应,三分子反应,反应分子数,16/62,/10/6,反应级数,（,order of reaction）,速率方程中各反应物,浓度项上指数,称为该反应物,级数,；,全部浓度项指数代数和称为该反应总级数，通惯用,n,表示。,n,大小表明浓度对反应速率影响大小。,反应级数能够是正数、负数、整数、分数或零,，有反应无法用简单数字来表示级数。,反应级数是由试验测定。,17/62,/10/6,反应级数,反应级数是反应速率方程中反应物物质量浓度项指数加和。它大小表示反应物物质量浓度对反应速率影响程度，级数越高，表明浓度对反应速率影响越强烈。当,n=1,时称为一级反应，,n=2,时称为二级反应，以这类推。,反应级数普通是经过动力学试验确定，,反应级数能够是正数或负数；能够是整数或分数；也能够是零。,18/62,/10/6,反应级数（,order of reaction,）,比如：,19/62,/10/6,反应速率系数,（,rate coefficient of reaction）,速率方程中 百分比系数,k,称为反应速率系数，以前称为速率常数，现改为速率系数更确切。,它物理意义是当反应物浓度均为单位浓度时,k,等于反应速率,，所以它数值与反应物浓度无关。在催化剂等其它条件确定时，,k,数值仅是温度函数。,k,单位伴随反应级数不一样而不一样。,20/62,/10/6,练习题,21/62,/10/6,10.4,含有简单级数反应,一级反应,二级反应,22/62,/10/6,一级反应,（,first order reaction）,反应速率只与,反应物浓度一次方成正比,反应称为一级反应。常见一级反应有放射性元素蜕变、分子重排、五氧化二氮分解等。,23/62,/10/6,一级反应微分速率方程,或,反应：,24/62,/10/6,一级反应微分速率方程,25/62,/10/6,一级反应积分速率方程,定积分式,反应物消耗二分之一所需时间称为半衰期，用,表示,。,26/62,/10/6,一级反应特点,1.速率系数,k,单位为时间负一次方,，时间,t,能够是秒(,s)，,分(,min)，,小时(,h)，,天(,d),和年(,a),等,2.,半衰期,(,half-life time,),是一个与反应物起始浓度无关常数,，,。,3.与,t,呈线性关系。,(1)全部分数衰期都是与起始物浓度无关常数。,引伸特点,(2),(3),反应间隔,t,相同,有定值。,27/62,/10/6,一级反应例子,题目：某金属钚同位素进行,放射，14,d,后，同位素活性下降了6.85%。试求该同位素：,(1)蜕变常数，(2)半衰期，(3)分解掉90%所需时间。,解：,28/62,/10/6,练习题,29/62,/10/6,二级反应(,second order reaction,),反应速率方程中，浓度项指数和等于2 反应称为二级反应。常见二级反应有乙烯、丙烯二聚作用，乙酸乙酯皂化，碘化氢热分解反应等。,比如，有基元反应：,30/62,/10/6,二级反应速率方程,differential rate equation of second order reaction,31/62,/10/6,二级反应积分速率方程,integral rate equation of second order reaction,不定积分式：,（,1）,32/62,/10/6,二级反应积分速率方程,不定积分式：,33/62,/10/6,二级反应,（,a,=,b,）,特点,3.与,t,成线性关系。,1.速率系数,k,单位为浓度,-1,时间,-1,2.半衰期与起始物浓度成反比,引伸特点：,对 二级反应，,=1：3：7。,34/62,/10/6,练习题,35/62,/10/6,8.3,温度对反应速率影响,温度对反应速率影响类型,阿仑尼乌斯公式,活化能,36/62,/10/6,温度对反应速率影响类型,r,T,r,T,r,T,r,T,r,T,(1),(2),(3),(4),(5),通常有五种类型：,（1）反应速率随温度升高而逐步加紧，它们之间呈指数关系，这类反应最为常见。,（2）开始时温度影响不大，抵达一定极限时，反应以爆炸形式极快进行。,37/62,/10/6,温度对反应速率影响类型,（3）在温度不太高时，速率随温度升高而加紧，抵达一定温度，速率反而下降。如多相催化反应和酶催化反应。4）速率在随温度升到某一高度时下降，再升高温度，速率又快速增加，可能发生了副反应。,（5）温度升高，速率反而下降。这种类型极少，如一氧化氮氧化成二氧化氮。,r,T,r,T,r,T,r,T,r,T,(1),(2),(3),(4),(5),38/62,/10/6,范霍夫（,vant Hoff,),近似规律,范霍夫依据大量试验数据总结出一条经验规律：,温度每升高10,K,，,反应速率近似增加24倍,。这个经验规律能够用来预计温度对反应速率影响。,比如,：某反应在390,K,时进行需10,min。,若降温到290,K，,到达相同程度，需时多少？,解：,取每升高10,K，,速率增加下限为2倍。,39/62,/10/6,阿仑尼乌斯公式,（1）指数式：,描述了速率随温度而改变指数关系。,A,称为,指前因子,，称为,阿仑尼乌斯活化能,，阿仑尼乌斯认为,A,和 都是与温度无关常数。,（2）对数式：,描述了速率系数与,1/,T,之间线性关系。能够依据不一样温度下测定,k,值，以,ln,k,对,1/,T,作图，从而求出活化能 。,40/62,/10/6,阿仑尼乌斯公式,（3）定积分式,设活化能与温度无关，依据两个不一样温度下,k,值求活化能。,（4）微分式,k,值随,T,改变率决定于 值大小。,41/62,/10/6,活化能,Tolman,用统计平均概念对基元反应活化能下了一个定义：,活化分子平均能量与反应物分子平均能量之差值，称为活化能。,设基元反应为,A P,正、逆反应活化能 和 能够用图表示。,42/62,/10/6,基元反应活化能,43/62,/10/6,基元反应活化能,44/62,/10/6,例题,45/62,/10/6,例题,46/62,/10/6,例题,47/62,/10/6,例题,计算结果为,T=697K,48/62,/10/6,10.5,几个经典复杂反应,对峙反应,平行反应,连续反应,49/62,/10/6,对峙反应(,Opposing Reaction),在正、逆两个方向同时进行反应称为对峙,反应，俗称可逆反应。正、逆反应可认为相同级,数，也可认为具有不一样级数反应；可以是基元,反应，也可以是非基元反应。例如：,50/62,/10/6,对峙反应微分式,对峙反应净速率等于正向,速率减去逆向速率，当到达,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,51/62,/10/6,对峙反应积分式,测定了,t,时刻产物浓度,x,，,已知,a,和,x,e,，,而,，平衡常数可用热力学方法求出，这么就可分别求出,k,1,和,k,-1,。,52/62,/10/6,平行反应(,Parallel or Side Reaction,),相同反应物,同时进行,若干个不一样反应称为平行反应。,平行反应级数能够相同，也能够不一样，前者数学处理较为简单。,这种情况在有机反应中较多，通常将生成期望产物一个反应称为,主反应,，其余为,副反应,。,总反应速率等于全部平行反应速率之和。,53/62,/10/6,两个一级平行反应微、积分公式,A,B,C,(,k,1,),(,k,2,),AB C,t,=0,a,0 0,t,=,t,a-x,1,-,x,2,x,1,x,2,54/62,/10/6,连续反应(,Consecutive Reaction,),有很多化学反应是经过连续几步才完成，前一步生成物中一部分或全部作为下一步反应部分或全部反应物，依次连续进行，这种反应称为连续反应或连串反应。,连续反应数学处理极为复杂，我们只考虑最简单由两个单向一级反应组成连续反应。,55/62,/10/6,连续反应微、积分式,t,=0,a,0 0,t,=,t,x y z,x+y+z,=,a,56/62,/10/6,连续反应微、积分式,57/62,/10/6,连续反应,c,t,关系图,58/62,/10/6,练习,设一总包反应：,A,B,Y,若其机理为,（,a,）,A,B D,k,1,k,-,1,（,b,）,式中，,k,1,k,2,k,-,1,为元反应反应速率系数，叫,反应速率常数,。依据质量作用定律，写出速率方程,59/62,/10/6,练习,设一总包反应：,A,B,Y,若其机理为,（,a,）,A,B D,k,1,k,-,1,（,b,）,速率方程,60/62,/10/6,61/62,/10/6,62/62,/10/6,