物理化学第八章化学动力学课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《物理化学第八章化学动力学课件.ppt》由用户(ziliao2023)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 物理化学 第八 化学 动力学 课件
- 资源描述:
-
1、第七章第七章 化学动力学化学动力学一、变化的可能性与现实性一、变化的可能性与现实性 可能的变化是否一定发生?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?可能性大、自发趋势大的反应是否速率也快?化学热力学的研究对象和局限性化学热力学的研究对象和局限性22322213NHNH(g)221HOH O(l)2 1/molkJGmr-16.63-237.19 热力学判断这两个反应都能发生,但如何使它发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。生,热力学无法回答。影响影响因素因素反应物、产物及其他物质的浓度;反应物、产物及其他物质的浓度;催化剂;催化剂;反应体系的温
2、度、压力;反应体系的温度、压力;光、电、磁等外场的作用;光、电、磁等外场的作用;二、化学动力学的任务: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研究各种因素对反应速率的影响规律第七章第七章 化学动力学化学动力学 化学动力学:研究反应速率、反应机理以及化学动力学:研究反应速率、反应机理以及各种因素对反应速率的影响规律,把热力学的反各种因素对反应速率的影响规律,把热力学的反应可能性变为现实性。应可能性变为现实性。例如:例如:22322213NHN H(g)221HOH O(l)2 动力学认为动力学认为一定的一定的T,pT,p和催化剂和催化剂点火,加温或催化剂点火,加温或催化剂第七章第七
3、章 化学动力学化学动力学22322213NHNH(g)221HOH O(l)2 1/molkJGmr-16.63-237.19表面催化表面催化支链反应支链反应三、研究意义:三、研究意义:合成工业中,一定尺寸的反应器中,一定时间合成工业中,一定尺寸的反应器中,一定时间内的产率;内的产率;生物反应中,生物器官或细胞中,一定时间内生物反应中,生物器官或细胞中,一定时间内营养的转化和吸收;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;环境和资源等重大问题;第七章第七章 化学动力学化学动力学四、研究方式:两个分支四、研究方式:两个
4、分支宏观和微观宏观和微观1、宏观化学动力学:、宏观化学动力学:从宏观变量从宏观变量(浓度、温度、压力浓度、温度、压力等等)出发,研究反应速率。研究出发,研究反应速率。研究具有普遍意义的规律、具有普遍意义的规律、特性参数特性参数速率常数、级数、活化能、指前因子速率常数、级数、活化能、指前因子等。等。宏观变量宏观变量cB,T,p,t宏观动力学宏观动力学宏观动力学宏观动力学特征特征k,n,Ea,A微观动力学微观动力学微观变量微观变量d,t,r,v,e2、微观动力学:、微观动力学:从物质微观特性从物质微观特性(如分子尺寸、几何如分子尺寸、几何构型、以及分子各运动能级构型、以及分子各运动能级)出发,研究
5、出发,研究基元反应的基元反应的速率速率。第七章第七章 化学动力学化学动力学五、化学动力学的发展五、化学动力学的发展 kkKRTEdTkdRTUdTKdcc;ln;ln22 1889年阿累尼乌斯年阿累尼乌斯(Arrhenius)深入讨论了该式,提出了活化深入讨论了该式,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。分子及活化能的概念,最终上式被称为阿累尼乌斯方程。RTEaAek 十九世纪:十九世纪:1850年威廉米年威廉米(法法,Wilhelmy),用旋光仪研究了蔗糖水解;,用旋光仪研究了蔗糖水解;1836年瓦格年瓦格(挪威挪威,Waage)和数学家古德贝格和数学家古德贝格(Gul
6、dberg)提出提出了质量作用定律;了质量作用定律;1884年范特霍夫年范特霍夫(vant Hoff)由平衡热力学得出了由平衡热力学得出了第七章第七章 化学动力学化学动力学五、化学动力学的发展五、化学动力学的发展二十世纪: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。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;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,另一方面微观动力学对反应速率本质的理解
7、也逐渐深入,建立了对基元反应的两个主要理论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;碰撞理论和过渡状态理论;近几十年来,随着实验技术在空间达近几十年来,随着实验技术在空间达nm量级,时间达皮秒、量级,时间达皮秒、飞秒级,研究进入态飞秒级,研究进入态-态反应的层次态反应的层次分子动态学;分子动态学;第七章第七章 化学动力学化学动力学六、本章内容及学习要求: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;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
8、合反应的动力学方程及特征;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;和链反应特征;理解并掌握阿累尼乌斯方程及应用;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;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;理解催化剂的催化作用和催化反应特征;第七章第七章 化学动力学化学动力学 7-1 反应速率及速率方程反应速率及速率方程7-2 浓度对速率的影响浓度对速率的影响7-3 几种典型的复合反应几种典型的复合反应7-4 复合反应速率方程与链反应复合反应速率方程与链反应7-5
9、温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响7-6 基元反应速率理论简介基元反应速率理论简介7-7 催化反应催化反应习题:习题:P288-296,11.3,11.6,11.7,11.10,11.23,11.31,11.32,11.37,11.45,11.46,第七章第七章 化学动力学化学动力学7-1 7-1 反应速率及速率方程反应速率及速率方程一、反应速率的表示一、反应速率的表示1、定容条件下,浓度随时间的变化率表示。、定容条件下,浓度随时间的变化率表示。dtdcdtdcPAPA或或:如对反应如对反应 dtdcdtdcdtdcPBAPBA 22显然有:显然有:但对反应但对反应2、以单位体积中反应进
10、度随时间的变化率描述:、以单位体积中反应进度随时间的变化率描述:dtdcdtdnVdtdVvhHgGbBaABBBB 11有:有:对反应对反应ctcA0dtdcAdtdcP一、反应速率的表示一、反应速率的表示二、速率方程及基本概念二、速率方程及基本概念三、反应速率的测量三、反应速率的测量二、速率方程及基本概念二、速率方程及基本概念1 1、速率方程、速率方程(动力学方程动力学方程)狭义:其它条件一定下,描述狭义:其它条件一定下,描述 v-c 或或 c-t 的关系;的关系;广义:定量描述各种因素对速率的影响。广义:定量描述各种因素对速率的影响。速率方程可表示为速率方程可表示为微分式或积分式微分式或
11、积分式。例:例:kctcv ddktcc 0lncAeRTEa tAeRTEa 2、基元反应: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。实验方法探测到的中间产物。基元反应的速率方程由基元反应的速率方程由质量作用定律质量作用定律直接给出直接给出反反应速率与反应物浓度具有简单幂函数形式应速率与反应物浓度具有简单幂函数形式。bBaAckcv (7-1-1)二、速率方程及基本概念二、速率方程及基本概念 如基元反应:如基元反应:aA+bBP 由质量作用定律:由质量作用定律:反应分子数:反应分子数:基元反应方程中反应物的分子
12、数基元反应方程中反应物的分子数(或或粒子数粒子数)。可有单分子、双分子和三分子反应。可有单分子、双分子和三分子反应。对于基元反应:对于基元反应:aA+bBP;反应分子数反应分子数=a+b 3的正整数的正整数 基元反应级数基元反应级数n:由速率方程:由速率方程 v=kcAacBb 得得 n=a+b为正整数为正整数 速率常数速率常数bBaAccvk :单位浓度时的速率;:单位浓度时的速率;量纲与反应级数有关量纲与反应级数有关二、速率方程及基本概念二、速率方程及基本概念例:例:(1)C2H5Cl C2H4+HCl(2)NO2+CO NO+CO2(3)2NO+O2 2NO215211 nckvClHC
13、2222 ncckvCONO32233 ncckvONO二、速率方程及基本概念二、速率方程及基本概念3、复合反应:复合反应:两个或以上基元反应组合而成的反应。两个或以上基元反应组合而成的反应。反应机理反应机理(又称为又称为反应历程反应历程)。复合复合反应中,连续或同时发生的所有基元反应反应中,连续或同时发生的所有基元反应称为反应机理,称为反应机理,每个基元步骤服从质量作用定律每个基元步骤服从质量作用定律了解反应机理可以了解反应机理可以掌握反应的内在规律。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,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程。而并不代表反
14、应的真正历程。例如,总反应例如,总反应2HBrBrH2HI IH2HClClH222222二、速率方程及基本概念二、速率方程及基本概念 复合反应级数复合反应级数:对:对具有幂函数型速率方程具有幂函数型速率方程的反应,的反应,若速率方程为:若速率方程为:其中其中A、B、C可为反应物、产物及催化剂等可为反应物、产物及催化剂等定义反应级数为:定义反应级数为:n=+n可为正整数、分数、零或负数。可为正整数、分数、零或负数。;CBAcccvk 速率常数速率常数 量纲为量纲为:(浓度浓度)1-n(时间时间)-1 CBAcckcv (7-1-2)二、速率方程及基本概念二、速率方程及基本概念 非幂函数型速率方
15、程:非幂函数型速率方程:;)g(HBr2)g(Br)g(H22 例例:1B212221 rHBrBrHHBrcckckcv复杂的速率方程常预示具有复杂的机理。复杂的速率方程常预示具有复杂的机理。复合反应的速率方程通常由实验测得复合反应的速率方程通常由实验测得,如反应:,如反应:H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H2(g)+I2(g)=2HI(g)2/122ClHckcv 22IHckcv 二、速率方程及基本概念二、速率方程及基本概念幂函数型幂函数型速率方程速率方程复合反应中各基元步骤服从质量作用定律复合反应中各基元步骤服从质量作用定律练习:写出下列反应的速率表示式练习:写出下列反应的速率
16、表示式(以浓度随时间的变化表示以浓度随时间的变化表示)二、速率方程及基本概念二、速率方程及基本概念(1)A B CDk1k+2k-2k3(2)2A Bk+1k-1A+C Dk2三、反应速率的测量三、反应速率的测量动力学曲线绘制动力学曲线绘制 动力学曲线就是反应中各物质浓度随时间的变动力学曲线就是反应中各物质浓度随时间的变化曲线,即化曲线,即c c-t t曲线曲线,由此求出瞬时速率。,由此求出瞬时速率。测定测定c c-t t曲线的方法曲线的方法化学法和物理法化学法和物理法 化学法化学法:不同时刻设法不同时刻设法“冻结冻结”反应,反应,取出取出一定量反应物,然后进行化学分析。一定量反应物,然后进行
17、化学分析。物理法物理法:可不间断反应,对反应物:可不间断反应,对反应物(或产物或产物)的的某选定物理量某选定物理量进行监测,如进行监测,如旋光、折射率、电导旋光、折射率、电导率、粘度等;或现代谱仪率、粘度等;或现代谱仪(IR(IR、UV-VISUV-VIS、NMRNMR、ESCAESCA等等)监测与浓度有定量关系的物理量的变化,监测与浓度有定量关系的物理量的变化,从而求得浓度变化。从而求得浓度变化。测定测定c c-t t曲线的方法曲线的方法静态法和流动态法静态法和流动态法 静态法静态法:采用间歇式反应器,反应物一次加入,:采用间歇式反应器,反应物一次加入,产物一次取出;产物一次取出;流动态法流
18、动态法:采用连续式反应器,反应物连续地由:采用连续式反应器,反应物连续地由反应器入口引入,产物从出口不断流出。其中反应反应器入口引入,产物从出口不断流出。其中反应物转化率物转化率5%者为积分式者为积分式反应器。反应器。三、反应速率的测量三、反应速率的测量动力学曲线绘制动力学曲线绘制7-2 7-2 浓度对速率的影响浓度对速率的影响具有简单级数的反应具有简单级数的反应恒温恒容条件下反应,恒温恒容条件下反应,A为反应物为反应物AAkcdtdcv xccxckdtdxvA 00;)(或:或:积分:积分:ktccA 0ln000;11lnlncxktxcc 或或:1、一级反应:、一级反应:速率与反应物浓
19、度成正比速率与反应物浓度成正比动力学方程动力学方程(7-2-1)初始浓度为初始浓度为c0,t时刻为时刻为cA1、一级反应:、一级反应:ktccA 0ln一级反应的动力学特征:一级反应的动力学特征:由由(1)直线特征:直线特征:(2)半衰期特征:反应物消耗掉一半所需时间半衰期特征:反应物消耗掉一半所需时间(x=c0/2)t1/2=ln2/k;(3)kA的单位特征:的单位特征:(时间时间)-1;如:;如:s-1,min-1lncAtlncA-t为直线,斜率为直线,斜率=-k与反应物初浓度无关与反应物初浓度无关 (7-2-2)引伸的特点:引伸的特点:t1/2:t3/4:t7/8 1:2:3属于一级反
20、应的如:属于一级反应的如:某些分解反应某些分解反应24252O21ONON 24233HCOHCOCHCH放射性元素的蜕变:放射性元素的蜕变:)He(RnRa422228622688粒子粒子 分子重排分子重排(异构化异构化)反应:反应:2322CHCHCHCHCH 2CH焦碳的燃烧:焦碳的燃烧:22COO)s(C 蔗糖水解蔗糖水解(准一级准一级)反应:反应:)(OHC)(OHCOHOHC612661262112212果糖果糖葡萄糖葡萄糖 1、一级反应:、一级反应:例例7-17-1:某金属钚的同位素进行:某金属钚的同位素进行放射,放射,14d14d后,同位后,同位素活性下降了素活性下降了6.85
21、%6.85%。试求该同位素的:。试求该同位素的:(1)(1)蜕变常数,蜕变常数,(2)(2)半衰期,半衰期,(3)(3)分解掉分解掉90%90%所需时间。所需时间。解:解:11ln1)1(tkd7.1362ln)2(21 ktd2.4549.011ln1)3(kt1、一级反应:、一级反应:0685.011lnd141 1d00507.0 2、二级反应、二级反应)()2(00 xcxckckcdtdxvBABA n=2:速率与反应物浓度的二次方成正比速率与反应物浓度的二次方成正比 如如 2AP 或或 A+B P 动力学方程微分式:动力学方程微分式:积分式积分式(1):tkxccxtkccAAA
22、)(11000或或:(7-2-3)2)1(AAAAckdtdcv 20)(xckdtdxvAA 或或tkxccxtkccAAA )(11000或:或:二级反应的动力学特征:二级反应的动力学特征:由由(1)直线特征:直线特征:1/cA t为直线,斜率为直线,斜率=kA;(2)半衰期特征:半衰期特征:(3)kA的单位特征:的单位特征:(浓度浓度)-1(时间时间)-1;如:;如:dm3 mol-1 s-10211cktA 与反应物初浓度成反比与反应物初浓度成反比 (7-2-4)引伸的特点:引伸的特点:t1/2:t3/4:t7/8 1:3:72、二级反应、二级反应)(00 xcxckckcdtdxvB
23、ABAA 对于对于(2):A+BP当当 cA0cB0时:时:ktxccxcccckdtxcxcdxBAABBAtxBA )()(ln1)(0000000000积分:积分:(7-2-5)2、二级反应、二级反应属于二级反应的如:属于二级反应的如:酯化反应:酯化反应:ROH+RCOOHRCOOR+H2O烯烃加成反应:烯烃加成反应:C2H4+H2 C2H6Ag 硝基苯的硝化反应:硝基苯的硝化反应:NO2+HNO3NO2O2N+H2O 65氰酸铵在水溶液中转化成异构体尿素:氰酸铵在水溶液中转化成异构体尿素:CO)NH(CNONH224HI的生成与分解:的生成与分解:H2(g)+I2(g)2HI(g)2、
24、二级反应、二级反应3、零级反应、零级反应kkcdtdcvAA 0n=0:速率与浓度无关速率与浓度无关 积分积分:cA-c0=x=-k t (7-2-6)(3)k的单位特征:的单位特征:(浓度浓度)(时间时间)-1;如:;如:mol dm-3 s-1kct2021 与初浓度成正比与初浓度成正比 (7-2-7)零级反应特征:零级反应特征:(1)直线特征:直线特征:c-t为直线,斜率为直线,斜率=-k(2)半衰期特征:半衰期特征:属于零级反应的如某些表面催化反应、光化反应属于零级反应的如某些表面催化反应、光化反应133ClClClmindmmol10095.0222 kdtdcv0,;3HN2NH2
25、23 nkvW 21,;3HN2NH23HNH22323nckcvFe超声波作用下:超声波作用下:CCl4与与H2O反应产生反应产生Cl2;3、零级反应、零级反应4、n 级反应级反应nxckkcdtdxdtdcv)(0nAA n级反应特征:级反应特征:(3)k的单位特征:的单位特征:(浓度浓度)1-n(时间时间)-1;如:;如:(mol dm-3)1-n s-1(1)直线特征:直线特征:kntcn)1(11A 为直线,斜率为直线,斜率)1(;)11(111nA01nA nktccn积分:积分:(7-2-8)(2)半衰期特征:半衰期特征:1A0121)1(12 nnkcnt(7-2-9)RTcV
展开阅读全文