第十一章化学动力学基础（一）.PDF

第十一章 化学动力学基础（一） 教学目的： 1.使学生理解一些动力学基本概念 2.掌握简单级数反应以及典型复杂反应的动力学特点。 3.理解并应用阿仑尼乌斯公式。 4.能用稳态近似、平衡假设等处理方法推导一些复杂反应的速率方程 基本要求： 1.掌握等容反应速率的表示法及基元反应、反应级数等基本概念。 2.对于简单级数反应，要掌握其速率公式的各种特征并能由实验数据确定简 单反应的反应级数。 3.对三种典型的复杂反应，要掌握其各自的特点及其中比较简单的反应的速 率方程。 4. 明确温度、活化能对反应速率的影响，理解阿仑尼乌斯公式中各项的含义。 5.掌握链反应的特点，会用稳态近似、平衡假设等处理方法。 教学重点、难点： 简单级数反应以及典型复杂反应的动力计算；反应级数和活化能的测定；从 反应机理推导速率方程。 教学内容： §11.1 化学动力学的任务和目的 一、化学动力学的任务和目的 化学热力学主要研究反应的方向、限度和外界因素对平衡的影响。解决反应 的可能性，即在给定条件下反应能不能发生，及反应进行的程度？而化学动力学 主要研究反应的速率及反应机理。主要解决反应的现实性问题。 化学动力学的基本任务是：了解反应速率；讨论各种因素（浓度、压力、温 度、介质、催化剂等）对反应速率的影响；研究反应机理、讨论反应中的决速步 等。 二、化学动力学发展概况 1850 年，人们提出浓度与反应速率的关系；十九世纪末：范特荷夫、阿仑尼 乌斯讨论了反应速率与温度的关系；二十世纪化学动力学、催化等有了新的发展， 特别是许多新技术如：激光、交叉分子束、计算机等用于动力学的研究，目前动 力学的研究已从宏观动力学的研究进入到态-态反应动力学的研究。 §11.2 化学反应速率的表示 一、反应速率的表示 在等容反应体系中，化学反应速率通常用反应物浓度随时间的变化率来表示， 此为瞬时反应速率，但由于反应物浓度随时间的增加而减小，产物浓度随时间的 增加而增加，反应速率一般规定为正值。故反应速率以反应物或产物表示时，分 dc dc 反应物 产物 别为 dt 和 dt ，但对于一般反应说，采用不同物质的浓度随时间的变化率 表示时，反应速率的数值是各不相同的。我们可以选用反应中任何一种物质浓度 随时间的变化来表示反应速率，但是得到的速率数值可能互不相同，这样对同一 反应就出现了用不同物质表示反应速率时，数值不等的现象。为了避免此现象， dξ 现在统一将反应速率r 定义为：反应进度随时间变化率来表示，即dt 二、反应速率的测定 要确立一个反应的速率，就必须测定不同时刻的反应物或产物的浓度，测定 物质浓度的方法有化学法和物理法两种。 化学法：利用化学分析法测定反应中某时刻各物质的浓度，必须使取出的样 品立即停止反应的进行。否则，测定的浓度并非是指定时刻的浓度。使反应停止 的办法有骤冷、冲稀、加入阻化剂或除去催化剂等。究竟选用哪一种方法，视情 况而定，化学法的优点是能直接得出不同时刻浓度的绝对值。 物理法：通过物理性质的测定来确定反应物或产物浓度，例如测定体系的旋 光度、折光率、电导、电动势、粘度、介电常数、吸收光谱、压力、体积等的改 变。此法较化学法迅速、方便，并可制成自动的连续记录的装置，以记录某物理 性质在反应中的变化。但此法不能直接测量浓度，所以要找出浓度与被测物理量 之间的关系曲线（工作曲线）。 同一反应在不同条件下，反应速率会有明显的差异，浓度、温度、催化剂等 都是影响反应速率的主要因素，下面我们将分别加以讨论。 §11.3 化学反应的速率方程 一、化学反应的速率方程 表示反应速率和反应物浓度关系的方程称为速率方程，又称为动力学方程。 在恒定温度下，化学反应速率与系统中几个或所有各个组分的浓度密切相关，这 种依赖关系必须由实验所确定，反应速率往往是参加反应的物质浓度c 的某种函 数：r = f (c) ，这种函数关系式称为速率方程。 二、基元反应和非基元反应 1、基元反应 一个化学反应，可能