物理化学简明教程第四版课件07-9

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1、物理化学电子教案—第九章化学动力学基本原理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:热力学只能判断这两个反应在标准状态下都能发生,但如何使它发生,热力学无法回答。化学热力学的研究对象和局限性§9.1引言9/8/2021化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响,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例如:动力学认为:需一定的T(773k),P(3×1

2、07Pa)和催化剂点火(10-6s);加温1073K爆炸;用钯为催化剂常温瞬时完成;常温无催化剂需1025年§9.1引言1.化学动力学的任务和目的目的:通过化学动力学的研究,可以知道如何控制反应条件以改变反应速率。使反应按人们所希望的速率进行,并得到人们所希望得到的产物。如工业上的许多反应,我们可以通过控制反应条件以提高反应速率从而达到提高产率的目的;而对另一些反应,我们则希望降低其反应速率,如金属的腐蚀、食品变质、塑料老化、人体衰老等过程。任务:化学动力学是研究化学反应速率的科学。其基本任务是研究各种因素(如反应系统中各物质的浓度

3、、温度、催化剂、光、介质……)对反应速率的影响,揭示化学反应如何进行的机理;研究物质的结构与反应系性能的关系。动力学和热力学的关系是相辅相成的。经热力学研究认为是可能的,但实际进行时反应速率太小,则可以通过动力学研究,降低其反应阻力,缩短达到平衡的时间。经热力学研究认为是不可能进行的反应,则没有必要再去研究如何提高反应速率的问题了。过程的可能性与条件有关,有时改变条件可使原条件下热力学上不可能的过程成为可能。热力学与动力学的关系19世纪后半叶,宏观反应动力学阶段。主要成就是质量作用定律和Arrhenius公式的确立,提出了活化能的概

4、念。2.化学动力学发展简史20世纪50年代,微观反应动力学阶段。对反应速率从理论上进行了探讨,提出了碰撞理论和过渡态理论,建立了势能面。发现了链反应,从总包反应向基元反应过渡。由于分子束和激光技术的发展,开创了分子反应动态学。20世纪前叶,宏观反应动力学向微观反应动力学过渡阶段。1960年,交叉分子束反应,李远哲等人1986年获诺贝尔化学奖。近百年来,由于实验方法和检测手段的日新月异,如磁共振技术、闪光光解技术等,使化学动力学发展极快1950年左右,测时间分辨率小于动力学理论尚不够完善,还需继续努力2.化学动力学发展简史1970年左

5、右,测时间分辨率到了1980年左右,测时间分辨率到了2000年左右,测时间分辨率到了反应进度设反应为:§9.2反应速率和速率方程1.反应速率的表示法1.反应速率的表示法反应速率:化学反应进行的快慢程度。§9.2反应速率和速率方程对于体积一定的密闭体系,常用单位体积的反应速率r表示对于任意化学反应§9.2反应速率和速率方程1.反应速率的表示法例如,对于气相反应:在定温定容条件下:在浓度随时间变化的图上,在时间t时,作交点的切线,就得到t时刻的瞬时速率。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。瞬时速率§9.

6、2反应速率和速率方程1.反应速率的表示法动力学曲线就是反应中各物质浓度随时间的变化曲线。有了动力学曲线才能在t时刻作切线,求出瞬时速率。测定不同时刻各物质浓度的方法有:(1)化学方法不同时刻取出一定量反应物,设法用骤冷、冲稀、加阻化剂、除去催化剂等方法使反应立即停止,然后进行化学分析。§9.2反应速率和速率方程2.反应速率的实验测定(2)物理方法用各种方法测定与浓度有关的物理性质(压力、体积、旋光度、折射率、电导率、电动势、界电常数、黏度和进行比色等),或用现代谱仪(红外、色谱、质谱、色-质联用等)监测与浓度有定量关系的物理量的变化

7、,从而求得浓度变化。物理方法有可能做原位反应。测定反应的初速率,这时干扰少,对研究反应动力学很有用。2.反应速率的实验测定§9.2反应速率和速率方程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的关系或浓度等参数与时间的关系。速率方程可表示为微分式或积分式。例如:3.何谓速率方程?速率方程必须由实验来确定§9.2反应速率和速率方程4.基元反应基元反应简称元反应,如果一个化学反应,反应物分子(或离子、原子、自由基等)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。例如:注意:对于基元反应,其反应方程计量关系是不能

8、随意按比例扩大缩小的。式中M是指反应器壁或其他第三分子体,是惰性物质,不参与反应,只具有传递能量的作用基元反应单分子反应双分子反应三分子反应反应分子数反应分子数反应分子数属于微观范畴。对于基元反应,直接作用所必需的反应物微观粒子(分子

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