HX化学动力学主题知识讲座省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 物理化学关键教程电子课件物理化学关键教程电子课件第七章第七章 化学动力学化学动力学第第1 1页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 第七章第七章 化学动力学化学动力学7.1 动力学基本概念动力学基本概念7.2 含有简单级数反应特点含有简单级数反应特点7.3 温度对反应速率影响温度对反应速率影响7.4 经典复杂反应经典复杂反应7.5 反应速率理论介绍反应速率理论介绍7.6 催化反应动力学催化反应动力学7.7 光化学反应光化学反应7.8 快速反应测试技术介绍快速反应测试技术介绍第第2 2页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1 动力
2、学基本概念动力学基本概念1.化学动力学研究对象化学动力学研究对象2.动力学曲线动力学曲线3.转化速率转化速率4.化学反应速率化学反应速率5.基元反应和非基元反应基元反应和非基元反应6.反应速率方程和速率系数反应速率方程和速率系数7.反应分子数和质量作用定律反应分子数和质量作用定律8.反应级数和准级数反应反应级数和准级数反应第第3 3页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.1 化学动力学研究对象化学动力学研究对象化学热力学研究问题化学热力学研究问题在给定条件下,反应进行方向和程度在给定条件下,反应进行方向和程度热力学研究不足热力学研究不足只考虑可能性,不研究改变详细速率和只考虑可
3、能性,不研究改变详细速率和历程历程 热力学只能判断这两个反应都有可能发生,热力学只能判断这两个反应都有可能发生,但怎样使它发生,热力学无法回答。但怎样使它发生,热力学无法回答。第第4 4页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.1 化学动力学研究对象化学动力学研究对象化学动力学研究问题化学动力学研究问题化学反应化学反应速率和机理速率和机理,了解,了解反应本质反应本质动力学认为:动力学认为:需一定温度、压需一定温度、压力和催化剂力和催化剂点火,加温或点火,加温或加催化剂加催化剂各种外界原因如各种外界原因如温度、压力、催化剂、溶温度、压力、催化剂、溶剂和光照等剂和光照等对反应速率影响
4、对反应速率影响第第5 5页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.2 动力学曲线动力学曲线动力学曲线是描述动力学曲线是描述反应物浓度反应物浓度随时间变长不停随时间变长不停变小变小生成物浓度生成物浓度随时间变长不停随时间变长不停变大变大以时间为横坐标、浓度为纵坐标,画出以时间为横坐标、浓度为纵坐标,画出浓浓度随时间改变曲线度随时间改变曲线,称为动力学曲线,称为动力学曲线反应物和产物浓度随时间改变曲线反应物和产物浓度随时间改变曲线第第6 6页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.2 动力学曲线动力学曲线动力学曲线动力学曲线浓度浓度c时间时间反应物反应物R产物产物P第第
5、7 7页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.2 动力学曲线动力学曲线测定反应物或生成物浓度方法测定反应物或生成物浓度方法化学法化学法在不一样时刻取出一定量反应物在不一样时刻取出一定量反应物设法用设法用骤冷、冲稀、加阻化剂、除去催化剂等骤冷、冲稀、加阻化剂、除去催化剂等方方法使反应马上停顿法使反应马上停顿然后进行化学分析。速度较慢然后进行化学分析。速度较慢物理方法物理方法用各种仪器监测用各种仪器监测与浓度有定量关系物理量与浓度有定量关系物理量改变改变如压力、体积、旋光率、折射率、电导率、电动如压力、体积、旋光率、折射率、电导率、电动势、介电常数、粘度等势、介电常数、粘度等可用谱
6、仪可用谱仪(IR,UV-VIS,ESR,NMR 等等)做做原位反应原位反应第第8 8页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.3 转化速率转化速率设某化学反应计量方程为设某化学反应计量方程为第第9 9页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.3 转化速率转化速率设普通化学反应计量方程为设普通化学反应计量方程为称为转化速率称为转化速率转化速率单位转化速率单位 使用转化速率时,一定要使用转化速率时,一定要与化学计量与化学计量方程对应方程对应第第1010页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.4 化学反应速率化学反应速率化学反应速率定义化学反应速率定义速率
7、单位速率单位浓度浓度c时间时间反应物反应物R产物产物P第第1111页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.4 化学反应速率化学反应速率比如比如 不论用参加反应哪个物质表示,都不论用参加反应哪个物质表示,都可得到相同速率可得到相同速率 假如用压力表示假如用压力表示第第1212页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.5 基元反应和非基元反应基元反应和非基元反应什么是基元反应?什么是基元反应?假如一个化学反应,反应物分子在碰撞中相互作假如一个化学反应,反应物分子在碰撞中相互作用用直接转化为生成物分子直接转化为生成物分子,这种反应称为基元反应,这种反应称为基元反应比如:
8、比如:有以下几步完成有以下几步完成这这4步都是基元反应步都是基元反应总反应是非基元反应总反应是非基元反应即总包反应即总包反应第第1313页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.6 反应速率方程和速率系数反应速率方程和速率系数反应速率方程反应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比如:比如:它表明了它表明了反应速率与浓度反应速率与浓度等参数之间关系或等参数之间关系或浓浓度等参数与时间度等参数与时间关系关系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积分式第第1414页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.6 反应速率方程和速率系数反应速率方
9、程和速率系数反应速率方程是由试验确定反应速率方程是由试验确定比如有反应:比如有反应:试验测定反应速率与反应物浓度一次方试验测定反应速率与反应物浓度一次方成正比成正比则反应速率方程为:则反应速率方程为:第第1515页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.6 反应速率方程和速率系数反应速率方程和速率系数反应速率系数反应速率系数在速率方程中:在速率方程中:称为速率系数称为速率系数速率系数在数值上速率系数在数值上相当于单位反应物浓度时相当于单位反应物浓度时速率速率在一定温度下,速率系数值在一定温度下,速率系数值与反应物浓度无与反应物浓度无关关,故有称为速率常数。,故有称为速率常数。速率
10、系数单位随速率方程中浓度项指数和不速率系数单位随速率方程中浓度项指数和不一样而不一样。一样而不一样。rate coefficient第第1616页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.7 反应分子数和质量作用定律反应分子数和质量作用定律反应分子数反应分子数 在在基元反应基元反应中,中,反应物分子数之和反应物分子数之和称称为反应分子数为反应分子数反应分子数是反应分子数是正整数正整数,当前知道有,当前知道有1,2或或3 对于对于基元反应基元反应,反应速率与反应物浓度反应速率与反应物浓度幂乘积成正比幂乘积成正比质量作用定律质量作用定律幂指数就是基元反应方程中各反应物系数幂指数就是基元
11、反应方程中各反应物系数质量作用定律质量作用定律只适合用于基元反应只适合用于基元反应第第1717页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.7 反应分子数和质量作用定律反应分子数和质量作用定律比如:比如:基元反应基元反应反应速率反应速率r 反应分子数反应分子数 2 2 2 3 第第1818页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.7 反应分子数和质量作用定律反应分子数和质量作用定律又如:又如:基元反应基元反应反应速率反应速率r 反应分子数反应分子数 1 2 2 3 因为因为速率单位相同速率单位相同,则不一样反应分子,则不一样反应分子数数速率系数单位不可能相同速率系数单位
12、不可能相同 第第1919页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.8 反应级数和准级数反应反应级数和准级数反应反应级数反应级数 速率方程中各反应物速率方程中各反应物浓度项上指数浓度项上指数称为该反应称为该反应物物级数级数;全部全部浓度项指数代数和称为该反应总级数浓度项指数代数和称为该反应总级数,通,通惯用惯用n 表示表示 反应级数能够是正数、负数、整数、分数或零反应级数能够是正数、负数、整数、分数或零,有反应无法用简单数字来表示级数。有反应无法用简单数字来表示级数。反应级数是由试验测定。反应级数是由试验测定。n 大小表明浓度对反应速率影响大小。大小表明浓度对反应速率影响大小。第第
13、2020页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.8 反应级数和准级数反应反应级数和准级数反应比如有一反应比如有一反应经试验测定,其速率方程为:经试验测定,其速率方程为:反应反应对对A是一级,对是一级,对B是二级是二级一级一级 速率方程速率方程 反应级数反应级数 二级二级 二级二级 三级三级 速率方程速率方程 反应级数反应级数 1.5级级 负一级负一级 无简单无简单级数级数 零级零级 第第2121页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.1.8 反应级数和准级数反应反应级数和准级数反应准级数反应准级数反应 若某一物质浓度远远大于其它反应物浓度,在若某一物质浓度远远大于其
14、它反应物浓度,在反应过程中能够认为其浓度没有改变反应过程中能够认为其浓度没有改变,可并入速,可并入速率系数项,这时反应率系数项,这时反应总级数可对应下降总级数可对应下降,下降后,下降后级数称为准级数反应。级数称为准级数反应。假如在速率方程中有催化剂浓度项假如在速率方程中有催化剂浓度项 准一级反应准一级反应 准一级反应准一级反应 为催化剂为催化剂 第第2222页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2 含有简单级数反应特点含有简单级数反应特点1.零级反应零级反应2.一级反应一级反应3.二级反应二级反应4.n 级反应级反应5.依据特点确定反应级数依据特点确定反应级数第第2323页页上一
15、内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.1 零级反应零级反应含有简单级数反应含有简单级数反应指反应级数为正整数反应指反应级数为正整数反应,如如零级零级一级一级二级二级三级三级基元反应含有简单级数基元反应含有简单级数,如一级、二级、三级如一级、二级、三级但但含有简单级数含有简单级数反应反应不一定是基元反应不一定是基元反应又如又如如表面催化和酶催化反应,速率与反应物浓度如表面催化和酶催化反应,速率与反应物浓度无关,对反应物呈零级反应无关,对反应物呈零级反应,但它是个复杂反应但它是个复杂反应经试验测定是二级反应,但它是个复杂反应经试验测定是二级反应,但它是个复杂反应第第2424页页上一内容下
16、一内容回主目录O返回/10/10 7.2.1 零级反应零级反应什么是零级反应?什么是零级反应?反应速率方程中,反应物浓度项不出现,即反应速率方程中,反应物浓度项不出现,即反应速率与反应物浓度无关反应速率与反应物浓度无关,这种反应称为零,这种反应称为零级反应。级反应。常见零级反应有常见零级反应有表面催化和酶催化反应表面催化和酶催化反应 这时这时反应物总是过量反应物总是过量,反应速率决定于固体,反应速率决定于固体催化剂有效表面活性位或酶浓度。催化剂有效表面活性位或酶浓度。第第2525页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.1 零级反应零级反应零级反应动力学处理方法零级反应动力学处理
17、方法速率方程微分式速率方程微分式速率方程积分式速率方程积分式得得设设y为反应物转化分数为反应物转化分数当当第第2626页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.1 零级反应零级反应零级反应特点零级反应特点1.速率系数速率系数 k 单位为单位为浓度浓度时间时间-13.x 与与 t 呈线性关系呈线性关系2.半衰期与反应物起始浓度成正比半衰期与反应物起始浓度成正比第第2727页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.2 一级反应一级反应 反应速率只与反应速率只与反应物浓度一次方成正比反应物浓度一次方成正比反应称为一反应称为一级反应。级反应。常见一级反应有放射性元素蜕变、分
18、子重排、五氧常见一级反应有放射性元素蜕变、分子重排、五氧化二氮分解等。化二氮分解等。第第2828页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.2 一级反应一级反应一级反应动力学处理方法一级反应动力学处理方法速率方程微分式速率方程微分式速率方程不定积分式速率方程不定积分式得得速率方程定积分式速率方程定积分式得得成线性关系成线性关系第第2929页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.2 一级反应一级反应一级反应动力学处理方法一级反应动力学处理方法设设y为反应物转化分数为反应物转化分数当当代入式代入式得得当当第第3030页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 一级反
19、应特点一级反应特点1.速率系数速率系数 k 单位为单位为时间负一次方时间负一次方,时间,时间 t 能够是能够是秒秒(s),分分(min),小时小时(h),天天(d)或年或年(a)等等2.半衰期是一个与反应物起始浓度无关常数半衰期是一个与反应物起始浓度无关常数3.线性关系为线性关系为(1)全部分数衰期都是与起始物浓度无关常数全部分数衰期都是与起始物浓度无关常数引引伸伸特特点点(2)(3)有定值有定值反应时间间隔反应时间间隔t相同相同第第3131页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 一级反应例子一级反应例子题目:题目:某金属钚同位素进行某金属钚同位素进行放射,放射,14d 后,同位后,同
20、位素活性下降了素活性下降了6.85%。试求该同位素:。试求该同位素:解:解:(1)蜕变常数蜕变常数,(2)半衰期半衰期,(3)分解分解90%所需时间所需时间第第3232页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.3 二级反应二级反应 反应速率方程中,浓度项反应速率方程中,浓度项指数和等于指数和等于2 反应称为二反应称为二级反应。级反应。比如,有基元反应:比如,有基元反应:常见二级反应有乙烯、丙烯二聚作用,乙酸乙酯皂常见二级反应有乙烯、丙烯二聚作用,乙酸乙酯皂化,碘化氢热分解反应等。化,碘化氢热分解反应等。第第3333页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.3 二级反
21、应二级反应二级反应动力学处理方法二级反应动力学处理方法速率方程不定积分式速率方程不定积分式设设得浓度与时间线性关系得浓度与时间线性关系速率微分式为速率微分式为第第3434页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.3 二级反应二级反应二级反应动力学处理方法二级反应动力学处理方法速率方程定积分式速率方程定积分式得得或或当当代入定积分式得代入定积分式得当当第第3535页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.3 二级反应二级反应假如假如速率方程不定积分式为速率方程不定积分式为速率方程定积分式为速率方程定积分式为A和和B显然无共同半衰期显然无共同半衰期假如假如就可用准一级反
22、就可用准一级反应处理应处理第第3636页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.3 二级反应二级反应二级反应特点二级反应特点(a=b)3.线性关系为线性关系为1.速率系数速率系数 k 单位为单位为浓度浓度-1 时间时间-1 2.半衰期与起始物浓度成反比半衰期与起始物浓度成反比引伸特点:引伸特点:第第3737页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.3 三级反应三级反应 反应速率方程中,浓度项指数和等于反应速率方程中,浓度项指数和等于3 反应称为三级反应。三级反应数量较少,反应称为三级反应。三级反应数量较少,可能基元反应类型有:可能基元反应类型有:第第3838页页上一
23、内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.3 三级反应三级反应1.速率系数速率系数 k 单位为单位为浓度浓度-2时间时间-1引伸特点有:引伸特点有:2.半衰期半衰期3.线性关系线性关系三级反应特点三级反应特点(a=b=c)第第3939页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 *7.2.4 n 级反应级反应n级反应动力学处理方法级反应动力学处理方法速率方程微分式速率方程微分式速率方程定积分式速率方程定积分式得得n等于等于1时可能会有时可能会有不合理结果不合理结果第第4040页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 *7.2.4 n 级反应级反应1.速率系数速率系数 k 单位为单
24、位为浓度浓度1-n时间时间-13.半衰期表示式为:半衰期表示式为:2.呈线性关系呈线性关系 当当n=0,2,3时,能够取得对应反应级时,能够取得对应反应级数积分式。数积分式。但但n1,因一级反应有其本身特点,当,因一级反应有其本身特点,当n=1时,有积分式在数学上不成立。时,有积分式在数学上不成立。n级反应特点级反应特点第第4141页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.5 依据特点确定反应级数依据特点确定反应级数1.积分法积分法积分法又称积分法又称尝试法尝试法(1)将各组将各组浓度和时间数据浓度和时间数据代入代入含有简单级含有简单级数反应速率数反应速率定积分式定积分式中,中,
25、计算计算 k 值值。若得若得 k 值基本为常数,则反应为所代入值基本为常数,则反应为所代入方程级数。若求得方程级数。若求得 k 不为常数,则需再进不为常数,则需再进行假设。行假设。当试验测得一系列反应物或生成物浓度随时当试验测得一系列反应物或生成物浓度随时间改变动力学数据后,作以下两种尝试:间改变动力学数据后,作以下两种尝试:第第4242页页上一内容下一内容回主目录O返回/10/10 7.2.5 依据特点确定反应级数依据特点确定反应级数1.积分法积分法(2)分别用以下方式作图:)分别用以下方式作图:积分法适合用于含有简单级数反应。积分法适合用于含有简单级数反应。假如所得图为一直线,则反应为对应
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