化学动力学基础PPT课件.ppt

《化学动力学基础PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学动力学基础PPT课件.ppt（36页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、11.1 化学动力学的任务和目的化学动力学的任务和目的第十第十一一章章 化学动力学基础化学动力学基础(一一)11.2 化学反应速率的表示法化学反应速率的表示法11.3 化学反应的速率方程化学反应的速率方程11.4 具有简单级数的反应具有简单级数的反应11.5 几种典型的复杂反应几种典型的复杂反应*11.6 基元反应的微观可逆性原理基元反应的微观可逆性原理 11.7 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响 *11.8 关于活化能关于活化能 11.9 链反应链反应 *11.10 拟定反应历程的一般方法拟定反应历程的一般方法 7/9/202511.1 化学动力学化学动力学的任务和目的的任务和目的

2、研究化学变化的方向、能达到的最大限度以及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，但无法预料反应能否发生？反应的速率的可能性，但无法预料反应能否发生？反应的速率如何？反应的机理如何？例如：如何？反应的机理如何？例如：热力学只能判断这两个反应都能发生，但如何使热力学只能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。它发生，热力学无法回答。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7/9/2025 化化学学动动力力学学研研究究化化学学反反应应的的速速率率和和反反应应的的机机理理以

3、以及及温温度度、压压力力、催催化化剂剂、溶溶剂剂和和光光照照等等外外界界因因素素对对反反应应速率的影响，把热力学的反应可能性变为现实性。速率的影响，把热力学的反应可能性变为现实性。化学动力学的研究对象化学动力学的研究对象例如：例如：动力学认为：动力学认为：需一定的需一定的T，p和催化剂和催化剂点火，加温或催化剂点火，加温或催化剂化学动力学发展简史化学动力学发展简史十九世纪后半叶十九世纪后半叶十九世纪后半叶十九世纪后半叶二十世纪前叶二十世纪前叶二十世纪前叶二十世纪前叶二十世纪五十年代二十世纪五十年代二十世纪五十年代二十世纪五十年代质量作用定律质量作用定律质量作用定律质量作用定律阿累尼乌斯公式阿累

4、尼乌斯公式阿累尼乌斯公式阿累尼乌斯公式活化能活化能活化能活化能基元反应动力学阶段基元反应动力学阶段基元反应动力学阶段基元反应动力学阶段由于分子束和激光技术由于分子束和激光技术由于分子束和激光技术由于分子束和激光技术的发展和应用，开创了的发展和应用，开创了的发展和应用，开创了的发展和应用，开创了分子反应动态学分子反应动态学分子反应动态学分子反应动态学宏观动力学阶段宏观动力学阶段宏观动力学阶段宏观动力学阶段碰撞理论碰撞理论碰撞理论碰撞理论过渡态理论过渡态理论过渡态理论过渡态理论链反应的发现链反应的发现链反应的发现链反应的发现微观动力学阶段微观动力学阶段微观动力学阶段微观动力学阶段11.2 化学反应

5、速率的表示法化学反应速率的表示法速度速度 velocity 是矢量，有方向性。是矢量，有方向性。速率速率 rate 是标量是标量，无方向性，都是正值。，无方向性，都是正值。例如例如:1.速度和速率速度和速率瞬时速率瞬时速率浓度浓度浓度浓度c c c c时间时间时间时间反应物反应物反应物反应物 R R 反应物和产物的浓度随时间的变化反应物和产物的浓度随时间的变化反应物和产物的浓度随时间的变化反应物和产物的浓度随时间的变化产物产物产物产物 P P 在浓度随时间变化的图上，在时间在浓度随时间变化的图上，在时间t 时，作交时，作交点的切线，就得到点的切线，就得到 t 时刻的瞬时速率。时刻的瞬时速率。显

6、然，反应刚开始，速率大，然后不断减小，显然，反应刚开始，速率大，然后不断减小，体现了反应速率变化的实际情况。体现了反应速率变化的实际情况。2.1 反应进度（反应进度（extent of reaction）设反应为：设反应为：2.化学反应速率化学反应速率2.2 转化速率（转化速率（rate of conversion）对某化学反应的计量方程为：对某化学反应的计量方程为：转化速率的定义为：转化速率的定义为：已知已知2.3 反应速率（反应速率（rate of reaction）通常的反应速率都是指定容反应速率，它的通常的反应速率都是指定容反应速率，它的定义为定义为：当反应为：当反应为：说明：说明：可

7、用参加反应的任一物质表示反应速率，其值是可用参加反应的任一物质表示反应速率，其值是相同的；相同的；对于气相反应，可用参加反应各物种的分压来代对于气相反应，可用参加反应各物种的分压来代替浓度，表示反应速率；替浓度，表示反应速率；对于催化反应，可以定义特殊的表达式。对于催化反应，可以定义特殊的表达式。2.3 反应速率（反应速率（rate of reaction）对任何反应：对任何反应：对于气相反应，由于压力容易测定，所以速率也对于气相反应，由于压力容易测定，所以速率也可以表示为：可以表示为：的单位是的单位是对于理想气体对于理想气体对于多相催化反应，反应速率可定义为对于多相催化反应，反应速率可定义为

8、若催化剂用量若催化剂用量Q改用质量表示，则改用质量表示，则称为表面反应速率，单位为称为表面反应速率，单位为若催化剂用量若催化剂用量Q改用堆体积表示改用堆体积表示若催化剂用量若催化剂用量Q改用表面积表示改用表面积表示2.1 绘制动力学曲线绘制动力学曲线2.化学反应速率的测定化学反应速率的测定以以c t作作图图，得得一一曲曲线线，求求各各点点的的切切线线，其其斜斜率率:dc/dt，即可求出相应时刻的即可求出相应时刻的r=dc/dt ct浓度测定方法分为化学法、物理法浓度测定方法分为化学法、物理法（1）化学法：）化学法：化化学学分分析析法法测测浓浓度度关关键键是是“冻冻结结反反应应”，方方法法有：骤

9、冷、冲稀、加阻化剂或脱离催化剂等。有：骤冷、冲稀、加阻化剂或脱离催化剂等。其优点是设备简单，测量直接其优点是设备简单，测量直接;缺点是很难找到合适的缺点是很难找到合适的“冻结方法冻结方法”。（2）物理法：）物理法：测测量量某某种种物物理理性性质质，条条件件是是该该性性质质与与浓浓度度有有单值函数关系。单值函数关系。例如：例如：二级反应：电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数 稀溶液中，电导值的减少量与CH3COO-浓度成正比一级反应：旋光仪测定蔗糖水解反应速率常数 一定条件下，旋光度与反应物浓度线性相关复杂反应：分光光度法测定丙酮碘化反应速率常数（coming soon）透光率与碘（碘在可见光区

10、有一个比较宽的吸收带）的浓度之间的关系可表示为：式中，T为透光率；d为比色槽的光径长度；是取以10为底的对数时的摩尔吸收系数。丙酮碘化反应丙酮碘化反应一般认为该反应按以下两步进行：(1)(2)反应(1)是丙酮的烯醇化反应，它是一个很慢的可逆反应，反应(2)是烯醇的碘化反应，它是一个快速且趋于进行到底的反应。因此，丙酮碘化反应的总速率是由丙酮烯醇化反应的速率决定，丙酮烯醇化反应的速率取决于丙酮及氢离子的浓度。如果以碘化丙酮浓度的增加来表示丙酮碘化反应的速率则此反应的动力学方程式可表示为：式中，CE为碘化丙酮的浓度；CH+为氢离子的浓度；CA为丙酮的浓度；k表示丙酮碘化反应总的速率常数。11.3

11、化学反应的速率方程化学反应的速率方程 速率方程又称速率方程又称动力学方程动力学方程。它表明了反应速。它表明了反应速率与浓度等参数之间的关系或浓度等参数与时间率与浓度等参数之间的关系或浓度等参数与时间的关系。速率方程可表示为的关系。速率方程可表示为微分式或积分式微分式或积分式。速率方程必须由实验来确定速率方程必须由实验来确定微分式微分式:积分式积分式:cB=f(t)H2+I2 2HIH2+Br2 2HBrH2+Cl2 2HCl虽有相同的化学反应计量方程式，由于虽有相同的化学反应计量方程式，由于反应机理不同，反应速率方程不同反应机理不同，反应速率方程不同:例：例：速率方程必须由实验来确定速率方程必

12、须由实验来确定1.基元反应和非基元反应基元反应和非基元反应 化学反应的计量式，只反映了参与反应的物质化学反应的计量式，只反映了参与反应的物质之间量的关系，如：之间量的关系，如：这三个化学反应的计量式相似，但反应历程却这三个化学反应的计量式相似，但反应历程却大不相同。大不相同。它们只反映了反应的总结果，称为它们只反映了反应的总结果，称为总包反应。总包反应。1.1 总包反应总包反应 基基元元反反应应简简称称元元反反应应。如如果果一一个个化化学学反反应应，反反应应物物分分子子在在碰碰撞撞中中相相互互作作用用，在在一一次次化化学学行行为为中中就就能转化为生成物分子，这种反应称为基元反应。能转化为生成物

13、分子，这种反应称为基元反应。例例如如上上述述反反应应历历程程中中，(4)-(14)的的反反应应都都是是基基元元反应。反应。如如果果一一个个化化学学计计量量式式代代表表了了若若干干个个基基元元反反应应的的总总结结果果，那那这这种种反反应应称称为为总总包包反反应应或或总总反反应应，是是非非基基元反应。元反应。1.2 基元反应基元反应1.2 基元反应基元反应反反应应分分子子数数：基基元元反反应应中中，直直接接作作用用所所必必需需的的反反应应物物微微观观粒粒子子数数。分分为为：单单分分子子反应，双分子反应，三分子反应。反应，双分子反应，三分子反应。微微观观可可逆逆性性原原理理：微微观观粒粒子子系系统统

14、具具有有时时间间反反演演的的对对称称性性。对对于于化化学学反反应应而而言言，微微观观可可逆逆性性可可以以表表述述为为：基基元元反反应应的的逆过程必然也是基元反应。逆过程必然也是基元反应。利用以上两条可以初步判断基元反应利用以上两条可以初步判断基元反应请根据基元反应的特点判断下列各反应是不请根据基元反应的特点判断下列各反应是不是基元反应？是基元反应？(a)(b)(c)(d)反应机理又称为反应机理又称为反应历程反应历程。在总反应中，连续。在总反应中，连续或同时发生的所有基元反应称为反应机理，在有些或同时发生的所有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的每一步的立体情况下，反应机

15、理还要给出所经历的每一步的立体化学结构图。化学结构图。同一反应在不同的条件下，可有不同的反应机同一反应在不同的条件下，可有不同的反应机理。了解反应机理可以理。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，从而，从而更好的驾驭反应。更好的驾驭反应。1.3 反应机理反应机理2.质量作用定律（质量作用定律（law of mass action）基元反应基元反应的速率与反应物浓度（含有相应的的速率与反应物浓度（含有相应的指数）的乘积成正比。浓度的指数就是基元反应指数）的乘积成正比。浓度的指数就是基元反应方程中各方程中各反应物反应物的计量系数。这就是质量作用定的计量系数。这就是质量作用定律，律，

16、它只适用于基元反应它只适用于基元反应。例如：例如：基元反应基元反应 反应速率反应速率 r 2.质量作用定律（质量作用定律（law of mass action）说明：说明：质量作用定律只适用于基元反应，但质量作用定律只适用于基元反应，但速率公式符速率公式符合质量作用定律的反应不一定就是基元反应。合质量作用定律的反应不一定就是基元反应。例如：例如：H2+I2 2HI r=kH2I2但该反应是非基元反应，其机理为：但该反应是非基元反应，其机理为：I2 2I H2+2I 2HI其中包含一步三分子反应。其中包含一步三分子反应。3.反应的级数、反应分子数和反应的速率常数反应的级数、反应分子数和反应的速率

17、常数“反应级数反应级数”：若反应的速率公式可以表达为：若反应的速率公式可以表达为：r=kA B 其中：其中：、分别为组分分别为组分A、B 的级数。的级数。A、B 都都是是反反应应的的参参加加物物（反反应应物物、产物、中间产物、催化剂等）。产物、中间产物、催化剂等）。n=+总反应级数总反应级数3.1 反应的级数反应的级数3.1 反应的级数反应的级数说明：说明：(1)反反应应级级数数是是宏宏观观概概念念，可可以以是是整整数数，亦亦可可以以是是分分数数（小小数数），也也可可以以为为负负数数或或0，反反应应级级数数必必须须由由实实验验确定，反应级数与反应分子数是不同的概念。确定，反应级数与反应分子数是

18、不同的概念。(2)反应级数与计量系数不一定一致，反应级数与计量系数不一定一致，如如H2+Cl2 2HCl r=kH2Cl21/2(3)速率公式与上式不符的，反应级数的概念不适用。速率公式与上式不符的，反应级数的概念不适用。例如：例如：在基元反应中，实际参加反应的分子数目称为在基元反应中，实际参加反应的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，四分子反应目前尚未发现分子反应和三分子反应，四分子反应目前尚未发现基元反应基元反应单分子反应单分子反应双分子反应双分子反应三分子反应三分子反应反应分子数反应分子数3.2 反应分

19、子数反应分子数说明：说明：3.2 反应分子数反应分子数对于基元反应而言，一般来说，其反应级数和反应对于基元反应而言，一般来说，其反应级数和反应的分子数是相同的。的分子数是相同的。但也有些基元反应表现出的反应级数与反应分子数但也有些基元反应表现出的反应级数与反应分子数是不同的。是不同的。3.2 反应分子数反应分子数r=k A B 3.3 反应速率常数反应速率常数 k 在数值上等于各有关物质的浓度均为一个单位时的瞬在数值上等于各有关物质的浓度均为一个单位时的瞬在数值上等于各有关物质的浓度均为一个单位时的瞬在数值上等于各有关物质的浓度均为一个单位时的瞬时速率；时速率；时速率；时速率；k k值与反应的温度、反应介质（溶剂）、催化剂等因值与反应的温度、反应介质（溶剂）、催化剂等因值与反应的温度、反应介质（溶剂）、催化剂等因值与反应的温度、反应介质（溶剂）、催化剂等因素有关，素有关，素有关，素有关，k k值大小可直接体现反应进行的难易程度；值大小可直接体现反应进行的难易程度；值大小可直接体现反应进行的难易程度；值大小可直接体现反应进行的难易程度；k k的单位与反应级数的单位与反应级数的单位与反应级数的单位与反应级数 n n有关，所以可由单位看出反应有关，所以可由单位看出反应有关，所以可由单位看出反应有关，所以可由单位看出反应级数。如：级数。如：级数。如：级数。如：