[理学]第5章 化学动力学基础.ppt

第五章 化学动力学基础 §5.1 化学反应速率的概念 5.2.2 由实验确定反应速率方程的 简单方法—初始速率法 5.2.3 浓度与时间的定量关系 §5.3 温度对反应速率的影响 —活化能 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ▲ 离子反应和沉淀反应的Ea都很小 一般认为Ea小于63 kJ·mol-1的为快速反应 小于40 kJ·mol-1和大于400 kJ·mol-1的都很难测定出 ▲ 一些反应的Ea ▲ 每一反应的活化能数值各异, 可以通过实验和计算得 到 。活化能越小, 反应速率越快。Ea是动力学参数。 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g), Ea=175.5 kJ·mol-1 HCl + NaOH → NaCl+H2O, Ea≈20 kJ·mol-1 2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g), Ea=251 kJ·mol-1 活化能的计算 例题5-6： N2O5(g)?2NO2 (g) +1/2O2(g) 已知：T1=298.15K, k1=0.469×10-4 s-1 T2=318.15K, k2=6.29×10-4 s-1 求：Ea及338.15K时的k3。 * * 例5-7: 在301 K时鲜牛奶大约4小时变酸，但在278 K的冰箱中可保持48小时。设反应速率与变酸时间成反比。求牛奶变酸的活化能。 解： Ea = 75.2 kJ·mol-1 * § 5.4 反应机理 意义：通过实验一旦证实某一有确定反应物和生成物的反应为基元反应,就可以根据化学反应计量方程式直接写出其速率方程式。 反应机理：化学反应过程中经历的真实反应步骤的集合。 基元反应：由反应物一步生成生成物的反应，没有可用宏观实验方法检测到的中间产物。 则 为基元反应 例如： * 复合反应：由两个或两个以上的反应组合而成的总反应。在复合反应中,可用实验检测到中间产物的存在,但它被后面的一步或几步反应消耗掉,因而不出现在总反应方程式中。 如： 为由下列两步组成的复合反应 (慢) (快) 中间产物NO3可被光谱检测到，但是没有从混合物中分离出来。 控制步骤的速率方程式： * 反应机理的研究是一个十分复杂而艰难的任务。 意义：若清楚反应是如何进行的，则可以有效控制反应的快慢，以获得期望产物。 一般的过程是：采用分子光谱等研究手段检测反应过程中的中间产物，据此推断反应历程，再以实验获得的速率方程验证。 一个合理的反应机理应满足： 全部基元反应的加和应为化学计量反应方程式 由反应机理得出的速率方程应与实验所得一致 * 例5-8：一氧化氮被还原为氮气和水： 根据光谱学研究提出的反应机理是： 依据这一反应机理推断其速率方程式，并确定相关物种的反应级数。 (慢) k2 (快) k1 (快,　平衡) 2 2 O N NO 2 ① k1 k-1 * 解：按照速率控制步骤(最慢的一步) 是中间产物，根据第一步的快速平衡， 该反应对NO是二级反应，对H2是一级反应。 代入 则 * §5.5 催化剂与催化作用 5.5.1 催化剂和催化作用 5.5.2 均相催化与多相催化 5.5.3 酶催化 * 5.5.1 催化剂和催化作用的基本特征 凡能改变反应速率而自身在反应前后的数量和化学性质都不发生变化的物质统称为催化剂 (catalyst)。能加快反应速率的叫正催化剂，反之为负催化剂，一般指正催化剂。 催化剂改变化学反应速率的作用称为催化作用 (catalysis)。在催化剂参与下发生的反应叫催化反应。 根据催化反应的相状态不同，分为均相催化和多相催化；根据催化剂性质不同，分为酸碱催化、络合催化、金属催化、半导体催化、酶催化等。 * 1、催化剂不能影响化学平衡，不改变反应的方 向和限度。 2、催化剂参与化学反应，改变反应活化能。 催化剂最主要的作用是改变反应途径，降低 反应的活化能，从而改变反应速率。 3、催化剂具有特殊的选择性 ① 不同的反应需要不同的催化剂。 ② 同样反应物，使用不同催化剂得到不同 产物。 * 催化作用的特征： 催化剂虽参与反应，但在反应前后其数量和化学性质不变，但物理性质如光泽、密度可能变化。 催化剂改变反应途径，降低活化能，缩短反应时间，但不能改变反