物理化学第十章（finished） PPT课件.ppt

第十章 化学动力学基础（一） 10.1 化学动力学的任务和目的 10.2 化学反应速率表示法 10.3 化学反应的速率方程 10.4 具有简单级数的反应 10.5 几种典型的复杂反应 10.1 化学动力学的任务和目的 一. 化学动力学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及完成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。 二. 化学动力学的两大基本任务 1. 了解的速率，了解各种因素（分子结构、压力、温度、浓度、介质、催化剂等）对反应速率的影响； 2. 研究反应历程，即反应物按什么途径，经过哪些步骤才转变成产物。 三. 化学动力学的发展 三个阶段： 1. 十九世纪后半叶，宏观动力学阶段。主要成就是质量作用定律和阿仑尼乌斯公式的确立，活化能概念的提出。 2. 二十世纪前叶，宏观反应动力学向微观反应动力学的过渡阶段。 3. 二十世纪五十年代以后，微观反应动力学阶段。主要贡献：开创了分子反应动态学（微观反应动力学），碰撞理论和过渡态理论等反应速率理论的提出，链反应的发现。 相邻学科基础理论和技术上的进展，试验方法和检测手段的提高，极大的推动了化学动力学的发展。 10.2 化学反应速率表示法 2.定容反应的反应速率 若以组分A代表主反应物，设nＡ,０及nＡ分别为反应初始时及反应到时间t时A的物质的量， xＡ为时反应物A的转化率，其定义为 10.3 化学反应的速率方程 1. 速率方程的定义 表示一化学反应的反应速率与浓度等参数间的关系式，或浓度与时间等参数间的关系式，简称为速率方程，或称为动力学方程。 对于反应： aA+bB?yY+zZ 反应速率与反应物的物质的量浓度的关系可通过实验测定得到： υA=kAcAαcBβ (10-13) 式(10-13)叫化学反应的速率方程或叫化学反应的动力学方程。 速率方程可用微分式或积分式表示。 2. 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。每一个简单的反应步骤，即反应物分子在碰撞中相互作用直接转化为产物分子的反应，就是一个基元反应，否者就是非基元反应。非基元反应亦称总反应或总包反应。 如：根据大量实验结果现在知道I2和H2反应一般分三步进行： I2＋M?2I＋M  2I＋H2?2HI （式中M指反应器壁或其它第三体分子，它只起传递能量作用。） 上述反应中的每一步骤都是基元反应。 一个复杂反应要经过若干个基元反应才能完成，这些基元反应代表了反应所经过的途径，动力学上称之为反应机理或反应历程。 总包反应的速率方程必须通过实验来建立，而对基元反应，它的反应速率与基元反应中各反应物浓度的幂乘积成正比，其中各反应物浓度的幂指数为基元反应方程中各反应物前的分子数。这一规律称为基元反应的质量作用定律。 设一总包反应： A＋B?Y 若其机理为 D Y (b)  3. 反应级数和反应的速率常数 在化学反应的速率方程中，各物浓度项的指数之和称为该反应的级数，用 n 表示。 如速率方程：υA=kAcAαcBβ 在速率方程υA=kAcAαcBβ中，kA为比例系数，这是一个与浓度无关的量，称为速率常数。kＡ的物理意义是当反应物A、B的物质的量浓度cＡ、cＢ均为单位物质的量浓度时的反应速率。速率常数与反应温度、反应介质（溶剂）、催化剂等有关，甚至随反应器的形状、性质而异。 速率常数的量纲与反应级数有关，其量纲为： ［kＡ］＝[t]-1?[c]1-n 对某一反应，可从该反应速率常数的量纲推断反应级数。 10.4 具有简单级数的反应 1. 一级反应 若实验确定某反应物A的消耗速率与反应物A的物质的量浓度一次方成正