高等教育出版社：《物理化学》课程电子教案（PPT课件）第九章 化学动力学基本原理

第九章化学动力学基本原理引言反应速率和速率方程简单级数反应的动力学规律普造态等数育十一 国求做城划雅材反应级数的测E物理化学简明教程温度对反应速率的影响双分子反应的（第四版）简单碰撞理论服印衣器英正带保州水等装基元反应的过渡态理论大单分子反应理论简介商等教商出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社

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引言$ 9.11.化学动力学的目的和任务2.化学动力学发展简史3.反应机理的概念2退出返回日录第九章化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理 返回目录 退出 2 §9.1 引言 1.化学动力学的目的和任务 3.反应机理的概念 2.化学动力学发展简史

1．化学动力学的目的和任务任一化学反应有两个基本问题需要研究：（1）有无可能性；其最后结果如何？即研究化学反应的方向和限度，属于化学热力学范畴若可能进行，多长时间能实现?即反应速率的(2)问题，属于化学动力学范畴。3退出返回日录第儿草化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理 返回目录 退出 3 1. 化学动力学的目的和任务 任一化学反应有两个基本问题需要研究: (1) 有无可能性；其最后结果如何？即研究化学 反应的方向和限度，属于化学热力学范畴。 (2) 若可能进行，多长时间能实现?即反应速率的 问题，属于化学动力学范畴

例如：2H2+O2 → 2H,O , △,Gg= - 237.2 kJ mol-1,其反应趋势很大，但实际上将氢气和氧气放在一个容器中，好几年也觉察不到有水生成的痕迹，这是由于此反应在该条件下的速率太慢了：HCl(aq)+NaOH(aq) →NaCl(aq)+H,OA.G = - 79.91 J.mol1,反应的趋势似乎小些，但此反应的速率却非常快，瞬时即可完成。因此说化学热力学只解决了反应可能性的问题，反应究竞能否实现还需由化学动力学来解决返回日录退出第儿章化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理 返回目录 退出 4 2H2+O2  2H2O ， rGm = – 237.2 kJ·mol -1 ， 例如： HCl(aq)+NaOH(aq) NaCl(aq)+H2O rGm = – 79.91 kJ.mol -1 ， 因此说化学热力学只解决了反应可能性的问题，反 应究竟能否实现还需由化学动力学来解决。   其反应趋势很大，但实际上将氢气和氧气放在一个容器 中，好几年也觉察不到有水生成的痕迹，这是由于此反 应在该条件下的速率太慢了； 反应的趋势似乎小些，但此反应的速率却非常快， 瞬时即可完成

基本任务:(1)研究各种因素（浓度、温度、光、介质.）对反应速率的影响(2)指示反应的机理！（即反应实际进行的具体步骤）。(3)研究物质的结构与反应速率的关系目的:控制反应速率得到预期的产品。控制反应机理5退出返回日录第儿章化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理 返回目录 退出 5 (1)研究各种因素（浓度、温度、光、介质 ）对反应速率的影响。 (2)指示反应的机理（即反应实际进行的具 体步骤）。 (3)研究物质的结构与反应速率的关系。 基本任务： 控制反应速率 控制反应机理 目的： 得到预期的产品

2．化学动力学发展简史一百多年来，化学动力学的发展主要历经了三个发展阶段：宏观反应动力学、基元反应动力学和微观反应动力学。宏观反应动力学阶段大体上是从19世纪中叶到20世纪初，主要通过改变温度、压力、浓度等宏观条件，研究外界条件对反应速率的影响，其主要标志性成果是质量作用定律和阿累尼乌斯公式。各种化学反应的速率差别很大，有的反应速率很慢难以觉察，如岩石的风化和地壳中的一些反应。有的反应速率很快，如离子反应，爆炸反应等，瞬时即可完成。有的反应速率则比较适中，完成反应所需时间在几士秒到几十天的范围，大多数有机化学反应即属此类。宏观反应动力学所研究的对象几乎都是速率比较适中的反应，其研究方法是基于宏观统计的，但由此所得到的有关反应速率的基本规律仍有着重要的意义。退出返回日录第九章化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理 返回目录 退出 6 2. 化学动力学发展简史 一百多年来，化学动力学的发展主要历经了三个发展阶 段：宏观反应动力学、基元反应动力学和微观反应动力学。 宏观反应动力学阶段大体上是从19世纪中叶到20世纪 初，主要通过改变温度、压力、浓度等宏观条件，研究外 界条件对反应速率的影响，其主要标志性成果是质量作用 定律和阿累尼乌斯公式。 各种化学反应的速率差别很大，有的反应速率很慢， 难以觉察，如岩石的风化和地壳中的一些反应。有的反应 速率很快，如离子反应，爆炸反应等，瞬时即可完成。有 的反应速率则比较适中，完成反应所需时间在几十秒到几 十天的范围，大多数有机化学反应即属此类。宏观反应动 力学所研究的对象几乎都是速率比较适中的反应，其研究 方法是基于宏观统计的，但由此所得到的有关反应速率的 基本规律仍有着重要的意义

基元反应动力学基元反应动力学阶段大体上从20世纪初至20世纪50年代。这是动力学研究从宏观向微观过渡的重要阶段。这一阶段建立了一系列反应速率理论，发现和研究了链反应，建立了快速化学反应研究方法和同位素示踪法。链反应理论的建立，标志着化学动力学由研究总反应过渡到研究基元反应的新阶段。链反应动力学研究直接导致了大量检测活性中间体的实验新方法的建立，如电子学、激光技术、真空技术、低温技术、光电子检测和控制技术等。而连续流动、停止流动、弛豫法、闪光光解等方法的建立，促进了快速反应动力学研究的发展。过渡态理论的建立和发展为后来采用量子力学方法研究化学反应奠定了理论基础。这一时期，新概念、新理论、新技术、新方法不断提出、建立和完善，对化学动力学的发展起到了巨大的推动作用。返回日录退出第九草化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理 返回目录 退出 7 基元反应动力学阶段大体上从20世纪初至20世纪50年 代。这是动力学研究从宏观向微观过渡的重要阶段。这一 阶段建立了一系列反应速率理论,发现和研究了链反应,建 立了快速化学反应研究方法和同位素示踪法。链反应理论 的建立，标志着化学动力学由研究总反应过渡到研究基元 反应的新阶段。链反应动力学研究直接导致了大量检测活 性中间体的实验新方法的建立，如电子学、激光技术、真 空技术、低温技术、光电子检测和控制技术等。而连续流 动、停止流动、弛豫法、闪光光解等方法的建立，促进了 快速反应动力学研究的发展。过渡态理论的建立和发展为 后来采用量子力学方法研究化学反应奠定了理论基础。这 一时期，新概念、新理论、新技术、新方法不断提出、建 立和完善，对化学动力学的发展起到了巨大的推动作用。 基元反应动力学

微观反应动力学20世纪50年代以后化学动力学发展到微观反应动力学阶段。这一阶段最重要的特点是研究方法和技术手段的不断创新，特别是激光技术、分子束技术、微弱信号检测技术和计算机技术的应用。将激光、光电子能谱与分子束相结合，化学家就可以在电子、原子和分子层次上研究化学反应：采用飞秒激光技术，化学家可以进一步研究超快过程和过渡态；而采用科恩（Kohn)密度泛函理论和波普(Pople)计算方法，化学家可以借助计算机对复杂分子的性质和化学反应过程作深入的理论探讨。借助这些方法和手段，化学家可以直接获得反应过程中的微观信息，探究化学反应的微观机理和作用机制，使化学动力学研究进入了微观反应动力学研究的新阶段退出返回日录第九章化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理 返回目录 退出 8 20世纪50年代以后化学动力学发展到微观反应动力 学阶段。这一阶段最重要的特点是研究方法和技术手段 的不断创新，特别是激光技术、分子束技术、微弱信号 检测技术和计算机技术的应用。将激光、光电子能谱与 分子束相结合，化学家就可以在电子、原子和分子层次 上研究化学反应；采用飞秒激光技术，化学家可以进一 步研究超快过程和过渡态；而采用科恩(Kohn)密度泛函 理论和波普(Pople)计算方法，化学家可以借助计算机对 复杂分子的性质和化学反应过程作深入的理论探讨。借 助这些方法和手段，化学家可以直接获得反应过程中的 微观信息，探究化学反应的微观机理和作用机制，使化 学动力学研究进入了微观反应动力学研究的新阶段。 微观反应动力学

今天，微观反应动力学已成为现代化学动力学发展的新前沿，光谱分辨技术、空间分辨技术、分子运动控制技术与质谱技术、光电检测技术极大地促进了动力学研究，并发展了如量子分子动力学、立体化学反应动力学、非绝热过程动力学等一系列新的研究领域退出返回日录第儿章化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理 返回目录 退出 9 今天，微观反应动力学已成为现代化学动 力学发展的新前沿，光谱分辨技术、空间分辨 技术、分子运动控制技术与质谱技术、光电检 测技术极大地促进了动力学研究，并发展了如 量子分子动力学、立体化学反应动力学、非绝 热过程动力学等一系列新的研究领域

3.反应机理的概念反应机理：反应实际进行与经历的具体步骤例如“总反应”：H(g)+ Cl2(g)→2HCI (g)实际上反应进行了下列步骤：Cl2 → 2CI.11.CI·+H,→HCI+H ii. H·+ Cl,→HCl + Cl ·iv. 2Cl:+ M→Cl, + M这四个反应才是由反应物分子直接作用而生成产物的，它们的总效果在宏观上与总反应一致。0退出返回日录第儿章化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理 返回目录 退出 10 反应机理：反应实际进行与经历的具体步骤。 3. 反应机理的概念 i. Cl2  2Cl• ii. Cl • + H2  HCl + H • iii. H • + Cl2  HCl + Cl • iv. 2Cl • + M  Cl2 + M 这四个反应才是由反应物分子直接作用而生成产 物的，它们的总效果在宏观上与总反应一致。 例如“总反应” ：H2 (g) + Cl2 (g)  2HCl (g) 实际上反应进行了下列步骤：