《物理化学》课程教学资源：第七章 化学动力学

第七章化学动力学 、变化的可能性与现实性 可能的变化是否一定发生? 可能性大、自发趋势大的反应是否速率也快? 化学热力学的研究对象和局限性 △Ge/kJ.mol-1 N2+H2—>NH3(g)-1663 2+=O2—>H2O() 237.19 2 热力学判断这两个反应都能发生,但如何使它发 生,热力学无法回答

第七章 化学动力学 一、变化的可能性与现实性 ▪ 可能的变化是否一定发生？ ▪ 可能性大、自发趋势大的反应是否速率也快？ ➢ 化学热力学的研究对象和局限性 2 2 3 2 2 2 1 3 N H NH (g) 2 2 1 H O H O(l) 2 + ⎯⎯→ + ⎯⎯→ 1 / −  G kJ mol r m  -16.63 -237.19 热力学判断这两个反应都能发生，但如何使它发 生，热力学无法回答

第七章化学动力学 二、化学动力学的任务: 研究各种因素对反应速率的影响规律 影响「反应物、产物及其他物质的浓度; 因素催化剂 反应体系的温度、压力; 光、电、磁等外场的作用 化学动力学:研究反应速率、反应机理以及 各种因素对反应速率的影响规律,把热力学的反 应可能性变为现实性

影响 因素 反应物、产物及其他物质的浓度； 催化剂； 反应体系的温度、压力； 光、电、磁等外场的作用； 二、化学动力学的任务： 研究各种因素对反应速率的影响规律 第七章 化学动力学 化学动力学：研究反应速率、反应机理以及 各种因素对反应速率的影响规律，把热力学的反 应可能性变为现实性

第七章化学动力学 例如: △GB/kJ.m0l N2+H2—>NH3(g)-1663 2 H2+=O2—>H2O(1) -237.19 动力学认为 N2+3r表面催化 NH3(g)一定的T,p和催化剂 H2+1支链反应 H2O(1 点火,加温或催化剂

例如： 2 2 3 2 2 2 1 3 N H NH (g) 2 2 1 H O H O(l) 2 + ⎯⎯→ + ⎯⎯→ 动力学认为 一定的T,p和催化剂 点火，加温或催化剂 第七章 化学动力学 2 2 3 2 2 2 1 3 N H NH (g) 2 2 1 H O H O(l) 2 + ⎯⎯→ + ⎯⎯→ 1 / −  G kJ mol r m  -16.63 -237.19 表面催化 支链反应

第七章化学动力学 研究意义: 合成工业中,一定尺寸的反应器中,一定时间 内的产率; 生物反应中,生物器官或细胞中,一定时间内 营养的转化和吸收; 地球和大气反应空间中,反应速率关系着生态 环境和资源等重大问题;

三、研究意义： ▪ 合成工业中，一定尺寸的反应器中，一定时间 内的产率； ▪ 生物反应中，生物器官或细胞中，一定时间内 营养的转化和吸收； ▪ 地球和大气反应空间中，反应速率关系着生态 环境和资源等重大问题； 第七章 化学动力学

第七章化学动力学 四、研究方式:两个分支—宏观和微观 宏观动力学 微观变量 宏观变量 CB/宏观动力学」特征微观动力学4ae k, n, Ea, A 宏观化学动力学:从宏观变量(浓度、温度、压力 等)出发,研究反应速率。研究具有普遍意义的规律、 特性参数—速率常数、级数、活化能、指前因子等。 2、微观动力学:从物质微观特性(如分子尺寸、几何 构型、以及分子各运动能级)出发,研究基元反应的 速率

四、研究方式：两个分支——宏观和微观 1、宏观化学动力学：从宏观变量(浓度、温度、压力 等)出发，研究反应速率。研究具有普遍意义的规律、 特性参数—速率常数、级数、活化能、指前因子等。 宏观变量 cB,T,p,t 宏观动力学 宏观动力学 特征 k,n,Ea , A 微观动力学 微观变量 d, εt , εr , εv , εe 2、微观动力学：从物质微观特性(如分子尺寸、几何 构型、以及分子各运动能级)出发，研究基元反应的 速率。 第七章 化学动力学

第七章化学动力学 、化学动力学的发展 十九世纪: 1850年威廉米(法, Wilhelmy),用旋光仪研究了蔗糖水解; 1836年瓦格(挪威 Waage)和数学家古德贝格( Guldberg提出 了质量作用定律; 1884年范特霍夫(van' t Hoff由平衡热力学得出了 dlnK△U T RT dTRT2,在、在 dInk E 1889年阿累尼乌斯( Arrhenius)深入讨论了该式,提出了活化 分子及活化能的概念,最终上式被称为阿累尼乌斯方程 k= Ae rT

五、化学动力学的发展 − + = =  = k k K RT E dT d k RT U dT d K c c ; ln ; ln 2 2 1889年阿累尼乌斯(Arrhenius)深入讨论了该式，提出了活化 分子及活化能的概念，最终上式被称为阿累尼乌斯方程。 RT Ea k Ae − = 十九世纪： 1850年威廉米(法,Wilhelmy)，用旋光仪研究了蔗糖水解； 1836年瓦格(挪威,Waage)和数学家古德贝格(Guldberg)提出 了质量作用定律； 1884年范特霍夫(van’t Hoff)由平衡热力学得出了 第七章 化学动力学

第七章化学动力学 、化学动力学的发展 二十世纪: 化学动力学得到蓬勃发展,目前宏观化学动力学的框架和基 本规律已趋于完善。 结合实验测定和反应机理研究,建立了各种与实际情况相适 应的反应速率方程; 另一方面微观动力学对反应速率本质的理解也逐渐深入, 建立了对基元反应的两个主要理论—碰撞理论和过渡状态理论; 近几十年来,随着实验技术在空间达mm量级,时间达皮秒 飞秒级,研究进入态-态反应的层次一分子动态学;

五、化学动力学的发展 二十世纪： 化学动力学得到蓬勃发展，目前宏观化学动力学的框架和基 本规律已趋于完善。 结合实验测定和反应机理研究，建立了各种与实际情况相适 应的反应速率方程； 另一方面微观动力学对反应速率本质的理解也逐渐深入， 建立了对基元反应的两个主要理论—碰撞理论和过渡状态理论； 近几十年来，随着实验技术在空间达nm量级，时间达皮秒、 飞秒级，研究进入态-态反应的层次—分子动态学； 第七章 化学动力学

第七章化学动力学 六、本章内容及学习要求 >熟悉反应速率的表示,理解动力学基本概念和速 率方程的建立; 掌握简单级数的反应的动力学方程及特征,了解 几种典型的复合反应的动力学方程及特征; 掌握平衡态及稳定态近似法确定速率方程的方法 和链反应特征; 理解并掌握阿累尼乌斯方程及应用 初步了解两个基元反应速率理论 >理解催化剂的催化作用和催化反应特征;

六、本章内容及学习要求： ➢ 熟悉反应速率的表示，理解动力学基本概念和速 率方程的建立； ➢ 掌握简单级数的反应的动力学方程及特征，了解 几种典型的复合反应的动力学方程及特征； ➢ 掌握平衡态及稳定态近似法确定速率方程的方法 和链反应特征； ➢ 理解并掌握阿累尼乌斯方程及应用； ➢ 初步了解两个基元反应速率理论； ➢理解催化剂的催化作用和催化反应特征； 第七章 化学动力学

第七章化学动力学 §7-1反应速率及速率方程 §7-2浓度对速率的影响 S7-3几种典型的复合反应 §7-4复合反应速率方程与链反应 §75温度对反应速率的影响 §7-6基元反应速率理论简介 §7-7催化反应 习题:P288-296,11.3,11.6,11.7,11.10, 1123,11.31,11.32,11.37,11.45,11.46

§7-1 反应速率及速率方程 §7-2 浓度对速率的影响 §7-3 几种典型的复合反应 §7-4 复合反应速率方程与链反应 §7-5 温度对反应速率的影响 §7-6 基元反应速率理论简介 §7-7 催化反应 习题：P288-296，11.3，11.6， 11.7， 11.10， 11.23， 11.31， 11. 32， 11.37， 11.45， 11.46， 第七章 化学动力学

§7-1反应速率及速率方程 反应速率的表示 、反应速率的表示 1、定容条件下,浓度随二、速率方程及基本概念 dc 如对反应A→>P 反应速率的测量 dt dt 但对反应A+2B→P: Ao dc 显然有 B P 2dt dt dt 2、以单位体积中反应进度随时间的变化率描述:t 对反应aA+bB=8G+hH 有 v≡ 丿ttpv, dt vdt

§7-1 反应速率及速率方程 一、反应速率的表示 1、定容条件下，浓度随时间的变化率表示。 dt dc dt dc A P 如对反应 ： A 或 P → − dt dc dt dc dt dc A B P A B P − = − = + → 2 2 显然有： 但对反应 ： 2、以单位体积中反应进度随时间的变化率描述： dt dc dt dn dt V d V v aA bB gG hH B B B B     = = + = + 1 1 有 ： 对反应 c t cA0 dt dcA dt dcP 一、反应速率的表示 二、速率方程及基本概念 三、反应速率的测量