第十一章化学动力学.PPT-2006.5.20

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1、第十一章化学动力学chemicalkinetics1引言研究化学反应经历的具体步骤，即反应机理(反应历程)。1.化学动力学研究的内容研究浓度、温度、催化剂、溶剂、离子强度、光照等各种因素对化学反应速率影响的规律；22.研究化学动力学的重要意义是化学反应工程的主要理论基础之一。可以知道如何控制反应条件，提高主反应的速率，以增加化工产品的产量；可以知道如何抑制或减慢副反应的速率，以减少原料的消耗，减轻分离操作的负担；提高产品的质量；能提供如何避免危险品的爆炸、材料的腐蚀或产品的老化、变质等方面的知识；为科研成果的工业化进行最优设计和最优控制，为现有生产选择最适宜的操作条件；33.化学动力学

2、与化学热力学的关系化学热力学—研究物质变化过程的能量效应及过程的方向与限度，即有关平衡的规律；解决物质变化过程的可能性化学动力学—研究完成该过程所需要的时间以及实现这一过程的具体步骤，即有关速率的规律；解决如何把这种可能性变为现实性。对于化学反应的研究，动力学和热力学是相辅相成的。411.1化学反应的反应速率及速率方程1.化学反应速率的定义0＝BBB的SI制单位：mols-1反应的转化速率(rateofconversion)定义为：d＝dnB／B5反应速率的定义反应速率v的单位：[c][t]-1aA＋bB→yY＋zZ对于恒容反应，例如密闭反应器中的反应或液相反应，体积V为

3、常数，dnB/V=dcB,则上式化为：6反应物A、B的消耗速率(dissipaterate)：生成物Y、Z的增长速率(increaserate)：反应速率与反应物A、B的消耗速率和生成物Y、Z的增长速率之间的关系：78在气相反应中对于理想混合气体，pB＝cBRT2.基元反应和非基元反应从微观上看，在化学反应过程中，反应物分子一般总是经过若干个简单的反应步骤。才最后转化为产物分子的。每一的简单的反应步骤，就是一个基元反应（基元过程）H2(g)＋I2(g)→HI(g)该反应的反应步骤为：I2＋M0→2I·＋M02I·＋H2→2HI2I·＋M0→I2＋M093.基元反应的速率方程----质量

4、作用定律，反应分子数质量作用定律(massactionlaw)：对于元反应，它的反应速率与元反应中各反应物浓度的幂指数成正比，其中各反应物浓度的幂指数为元反应计量方程中各反应物的反应分子数。即：基元反应aA+bB+……产物其速率方程为：10在元反应中，实际参与反应的反应物的分子数目称为反应分子数。反应分子数：单分子反应双分子反应三分子反应基元反应按反应分子数划分：114.化学反应速率方程的一般形式，反应级数aA＋bB+……→…….+yY＋zZ化学反应的速率方程(1)反应级数反应级数n＝nA＋nB＋……..反应级数n的量纲为一对于化学计量反应：12在一般情况下nA≠a，nB≠b，n可以是

5、正数或负数，可以是整数或小数，也可以是零有的反应速率方程没有简单的反应级数H2(g)＋Br2(g)→HBr(g)13准级数反应v＝kcAcB当反应物B大大过量时，该反应为准一级反应v＝k’cA(2)反应速率系数反应速率系数k反应比速率k是一个与浓度无关的比例系数，它和温度、反应介质、催化剂等因素有关。反应速率系数k的单位：[k]＝[c]1-n[t]-114aA＋bB→yY＋zZ155.混合气体组分分压表示气相反应的速率方程aA→yY因恒温恒容下A为理想气体时，pA=cART,将其代入上式：得：对比1611.2反应速率方程的积分形式(动力学方程)1.零级反应A→产物常见的零级反应有表

6、面催化反应和酶催化反应，这时反应物总是过量的，反应速率决定于固体催化剂的有效表面活性位或酶的浓度。17①零级反应的动力学方程－dcA＝kAdtcA,0－cA＝kAt零级反应的动力学方程cA,0－cA＝kAt②零级反应的半衰期：反应物反应掉一半所需的时间18③零级反应的动力学特征零级反应的kA的单位：[c][t]-1零级反应的半衰期t1／2与反应物A的初始浓度cA,0成正比，而与kA成反比以{cA}～{t}作图为一直线，直线的斜率为－kA。192.一级反应A→产物①一级反应的动力学方程常见的一级反应有放射性元素的蜕变、分子重排、五氧化二氮的分解等。20则：cA＝cA,0(1－xA)，d

7、cA＝－cA,0dxA转化率xA：某一时刻反应物A反应掉的分数称为该时刻A的转化率21一级反应的动力学方程(kineticequation)ln{cA}{t}图11-1一级反应的ln{cA}~{t}关系22②一级反应的半衰期反应的半衰期t1／2t1／2＝ln2／kA③一级反应的动力学特征一级反应的kA的单位：[t]-1。一级反应的半衰期t1／2与kA成反比，而与反应物A的初始浓度cA,0无关。以ln{cA}～{t}作图为一直线，直线的斜率为－k