无机和分析化学第二部分省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

二者区分？二者区分？反应速率理论比较反应速率理论比较第1页*过渡状态理论中反应结果决定原因：过渡状态理论中反应结果决定原因：从热力学角度考虑：从热力学角度考虑：H H、G:G:常温下，体系普通倾向于常温下，体系普通倾向于H 0H pc(jin)，所以会所以会造成上式中造成上式中 改变为改变为 石墨石墨(2.3g.cm-3)加压将有利于石墨转化。加压将有利于石墨转化。计算出最低压力计算出最低压力是是1.6万大气压。万大气压。不过室温下反应速率极慢（数万年）不过室温下反应速率极慢（数万年）?升温，再加压升温，再加压温度到达温度到达850度时，要求压力度时，要求压力为为4万大气压。万大气压。条件太苛刻了，怎么办？条件太苛刻了，怎么办？第49页人工合成金刚石发展人工合成金刚石发展第50页第51页第52页静态超高压高温法静态超高压高温法：用高压设备压缩传压介质产生用高压设备压缩传压介质产生310 GPa超高压，并利用电流经过发烧体，超高压，并利用电流经过发烧体，将合成腔加热到将合成腔加热到l000高温。高温。其其优优点点是是能能较较长长时时间间保保持持稳稳定定高高温温高高压压条条件件，易易于于控控制制。该该法法可可得得到到磨磨料料级级金金刚石，但设备技术要求高。刚石，但设备技术要求高。工艺介绍工艺介绍第53页动态法：动态法：利利用用动动态态波波促促使使石石墨墨直直接接转转变变成成金金刚刚石石。动动态态冲冲击击波波可可由由爆爆炸炸、强强放放电电和和高高速速碰碰撞撞等等瞬瞬时时产产生生，在在被被冲冲击击介介质质中中可可同同时时产产生生高高温温高高压压，使石墨转化为金刚石。使石墨转化为金刚石。该该法法作作用用时时间间短短(仅仅几几微微秒秒)，压压力力及及温温度度不不能能分分别别加加以以控控制制，但但装装置置相相对对简简单单，单单次次装装料料多多，因因而而产产量量高高。产产品品为为微微粉粉金金刚刚石石，可可经经过过烧烧结结成大颗粒多晶体，但质量较差。成大颗粒多晶体，但质量较差。第54页 气相合成法又可分气相合成法又可分为为 热丝热丝CVD法法 等离子体化学气相沉等离子体化学气相沉积积法法(PCVD法法)燃燃烧烧火焰法火焰法气相合成法气相合成法(CVD(CVD法法)气气相相法法是是用用含含碳碳气气态态物物质质作作碳碳源源，产产物物往往往往是是附附在在基基体体上上金金刚刚石石薄薄膜膜。研研究究表表明明，含含碳碳气气态态物物质质在在一一定定高高温温分分解解出出甲甲基基自自由由基基，甲甲基基自自由由基基相相当当于于金金刚刚石石活活性性种种子子。因因为为金金刚刚石石中中碳碳处处于于sp3杂杂化化状状态态，甲甲基基中中碳碳也也处处于于sp3杂杂化化状状态态，甲甲基基自自由由基基分分解后便以金解后便以金刚刚石形式析出。石形式析出。碳碳氢氢化合物化合物 甲基甲基 石墨石墨 原料气原料气 刻刻蚀蚀 氢氢气气 原子原子氢氢 甲基甲基(CH3)热解热解 热解热解(表面表面)金刚石金刚石均裂均裂第55页热丝热丝CVD法法 PCVD法法 火焰法火焰法金刚石三种金刚石三种气相合成法气相合成法第56页低压法合成金刚石低压法合成金刚石：（外延法）（外延法）a.碳源：含碳气态物质碳源：含碳气态物质甲烷、乙烷、甲烷、乙烷、丙烷、丙酮等；丙烷、丙酮等；b.制备条件：制备条件：温度：温度：10000C；压力：压力：13133Pa（低压）；（低压）；预放金刚石晶种。预放金刚石晶种。c.原理：气体含碳物质分解出碳沉积在晶原理：气体含碳物质分解出碳沉积在晶种上并外延生长金刚石。种上并外延生长金刚石。第57页讨论讨论（1）金刚石薄膜沉积机理：由反应条件（T、p），是在金刚石处于亚稳态（？）条件下合成，所以在金刚石与石墨同时析出，影响合成目标物能否抑制、去除石墨相？CH4分解速率与反应温度关系：（矛盾）a.CH4在13000C会分解为石墨；c.实现金刚石沉积必要前提：形成含有sp3杂化形式甲基自由基（-CH3）第58页处理方法：处理方法：CVD法中加入碳氢化物和氢气混合气体。法中加入碳氢化物和氢气混合气体。原理（原子氢作用）：原理（原子氢作用）：a.在低于常压下被加热或放电时会生成原在低于常压下被加热或放电时会生成原子氢；子氢；b.原子氢有抑制石墨碳与金刚石同时析出，原子氢有抑制石墨碳与金刚石同时析出，促进金刚石生长作用：促进金刚石生长作用：C(s)+4H(g)CH4(g)1mg/(cm3.h)(8000C)*原子氢刻蚀石墨速度比刻蚀金刚石速度高原子氢刻蚀石墨速度比刻蚀金刚石速度高约两个数量级约两个数量级。第59页c.原子氢与甲烷反应生成激发态碳氢基团原子氢与甲烷反应生成激发态碳氢基团（CH4+HCH3+H2），或在基片表面形成活性），或在基片表面形成活性复合体，促进热分解，促使金刚石复合体，促进热分解，促使金刚石sp3杂化碳杂化碳碳键形成，使金刚石在基片上沉积；碳键形成，使金刚石在基片上沉积；d.原子氢含有抑制乙烷以上高分子碳氢化合物作原子氢含有抑制乙烷以上高分子碳氢化合物作用。用。第60页学习要求学习要求：1.了解化学反应速率概念及其试验测定方法；了解化学反应速率概念及其试验测定方法；2.掌握质量作用定律和化学反应速率方程；掌握质量作用定律和化学反应速率方程；3.掌掌握握温温度度与与反反应应速速率率关关系系阿阿累累尼尼乌乌斯斯经经验验式式，并并能能用用活活化化分分子子、活活化化能能等等概概念念解解释释各各种种外外界界原原因因对反应速率影响；对反应速率影响；4.了了解解反反应应速速率率理理论论：碰碰撞撞理理论论和和过过渡渡态态理理论论。能能用图表解释一些实际问题。用图表解释一些实际问题。第61页本章关键点本章关键点反应速率定义及表示方法：平均速率、瞬时速反应速率定义及表示方法：平均速率、瞬时速率及意义；率及意义；反应速率理论；反应速率理论；碰撞理论碰撞理论*，活化分子与活化能概念，活化分子与活化能概念*；过渡状态理论，反应过程中能量随时间改变关过渡状态理论，反应过程中能量随时间改变关系；（反应历程势能曲线）系；（反应历程势能曲线）影响反应速率原因影响反应速率原因：（基于碰撞理论）（基于碰撞理论）a）浓度对反应速率影响浓度对反应速率影响*；基元反应与复杂反应；基元反应与复杂反应*；质量作用定律与反应速率方程；质量作用定律与反应速率方程*;反应分子反应分子数与级数；数与级数；第62页b)温度对反应速率影响温度对反应速率影响*;阿累尼乌斯公式阿累尼乌斯公式*，活化能对反应速率影响，活化能对反应速率影响*；c)催化剂对反应速率影响；催化原理催化剂对反应速率影响；催化原理*，均相催化及多相催化。均相催化及多相催化。第63页课堂练习课堂练习1.对于对于_反应，其反应级数一定等于反应反应，其反应级数一定等于反应物物_，速率常数单位由，速率常数单位由_决定。若某反应速率决定。若某反应速率常数常数k单位是单位是mol-2L2s-1，则反应反应级数是，则反应反应级数是_。2.在化学反应中，加入催化剂能够加紧反应速率，主要是因为在化学反应中，加入催化剂能够加紧反应速率，主要是因为 了反应活化能，活化分子了反应活化能，活化分子 增加，速率常数增加，速率常数k 。3.对于可逆反应，当升高温度时，其速率系数对于可逆反应，当升高温度时，其速率系数k正将正将 ，k逆逆将将 。4.若基元反应若基元反应mA nB pC qD 正反应活化能为正反应活化能为Ea，逆反应，逆反应活化能为活化能为Ea，试问：，试问：（1）加入催化剂后，）加入催化剂后，Ea，Ea有何改变？有何改变？（2）加催化剂后反应）加催化剂后反应rHm，rGm各有何改变？各有何改变？（3）提升温度，）提升温度，Ea，Ea有何改变？有何改变？（4）改变反应物浓度，）改变反应物浓度，Ea，Ea有何改变？有何改变？（5）假如）假如EaEa，升高温度后该平衡向哪一个方向移动？，升高温度后该平衡向哪一个方向移动？第64页