基礎(chǔ)化學(xué)課件：第07章 化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)

1、1第7章 化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ) Chapter6 Primary of Chemical Reaction Kinetics27.1 化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法7.3 濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 7.2 化學(xué)反應(yīng)速率理論7.4 溫度對反應(yīng)速率的影響 7.5 催化劑對反應(yīng)速率的影響 7.6 藥物代謝動力學(xué)簡介（自學(xué)）本章內(nèi)容3在研究化學(xué)反應(yīng)時，有兩個根本的問題:研究化學(xué)反應(yīng)進行的方向和限度(程度)，即反應(yīng)的趨勢。 化學(xué)熱力學(xué)(chemical thermodynamics)研究化學(xué)過程進行的速率和反應(yīng)機理的科學(xué)。 化學(xué)動力學(xué)(chemical kinetics) 4例如： CO和NO是汽車尾氣中的兩種有毒氣

2、體，若使其發(fā)生下列反應(yīng)：CO (g)+ NO(g) CO2 (g) + N2 (g) 從熱力學(xué)判斷，rGm(298.15K)= - 344.8 kJmol-1 。常溫常壓下反應(yīng)能自發(fā)進行, 從動力學(xué)分析，常溫常壓下反應(yīng)速率極慢，無法實現(xiàn)。沒有實際意義。5 化學(xué)動力學(xué)主要研究: (1) 各種因素對反應(yīng)速率的影響 (濃度、 溫度、催化劑等)。 (2) 反應(yīng)機理 (反應(yīng)歷程)。6一、以反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度隨時間的變化率定義 的反應(yīng)速率 單位：濃度時間-1 濃度：常用物質(zhì)的量濃度，單位: molL-1 時間: s(秒)，min (分)，h (小時)，d (天)，a (annual, 年) 同一反應(yīng)里用不同

3、物質(zhì)來表示的反應(yīng)速率數(shù)值是不同的。不同物質(zhì)的速率比值等于其化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)之比。 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法7二、以反應(yīng)進度隨時間的變化率定義的反應(yīng)速率反應(yīng)進度（extent of reaction）表示反應(yīng)進行的程度，用符號表示 。 8M 代表任一反應(yīng)物或產(chǎn)物，nM (0) 為反應(yīng)開始，反應(yīng)進度= 0 時M的物質(zhì)的量，nM () 為反應(yīng)在t 時刻, 反應(yīng)進度為時M的物質(zhì)的量M為反應(yīng)式中M的化學(xué)計量系數(shù)。的單位為mol。 9反應(yīng)速率 可定義為：單位體積內(nèi)反應(yīng)進度隨時間的變化率。 對任一個化學(xué)反應(yīng)計量方程式，則有 式中：V為體系的體積； t 為反應(yīng)時間；稱為反應(yīng)進度：表示反應(yīng)進行的程

4、度。10即：對于任意化學(xué)反應(yīng) a A + b B = f F + g G v為整個反應(yīng)的反應(yīng)速率，其數(shù)值只有一個，與反應(yīng)體系中選擇何種物質(zhì)表示無關(guān)，但與化學(xué)反應(yīng)的方程式的書寫有關(guān)。11a A + b B = f F + g G平均速率：瞬時速率： 瞬時速率: 可以確切地表示 t 時刻反應(yīng)的真實速率。 通常所表示的反應(yīng)速率均指瞬時速率。 三、平均速率和瞬時速率12反應(yīng)物A產(chǎn)物Gt1t2cA1cA2t0時間t濃度c瞬時速率通常用作圖法求得13第二節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率理論要點：有效碰撞：能引起化學(xué)反應(yīng)的碰撞彈性碰撞：不能發(fā)生反應(yīng)的碰撞碰撞(一)有效碰撞和彈性碰撞 一、 碰撞理論與活化能 反應(yīng)物分子有足夠

5、的能量。 分子碰撞發(fā)生在合適的部位上。發(fā)生有效碰撞的條件：14(a) 彈性碰撞 (b)有效碰撞 CO (g) +H2O (g) CO2 (g) +H2 (g)15(二)活化分子與活化能 活化分子(activated molecule)：具有較高能量、能發(fā)生有效碰撞的分子。 活化能 (activation energy)：活化分子具有 的最低能量與反應(yīng)物分子的平均能量之差.符號：Ea kJmol-116分子能量分布曲線圖活化能越小，反應(yīng)速率越大。通常 40-250kJmol-1Ea= EB - EA非活化分子活化能 EEBEA活化分子17簡單反應(yīng)模式：二、過渡狀態(tài)理論(transition st

6、ate theory)理論要點：化學(xué)反應(yīng)是在碰撞中先形成一種活化中間體過渡狀態(tài)，然后該活化中間體分解為產(chǎn)物。A + B-C ABC A-B + C活化中間體反應(yīng)物產(chǎn)物慢步驟決速步驟18化學(xué)反應(yīng)能量變化情況EABC活化中間體 Ea1Ea2A + BC反應(yīng)物HAB + C生成物反應(yīng)過程 活化分子才能形成活化中間體； 活化能(Ea)：活化分子與反應(yīng)物分子平均能量之差。 反應(yīng)焓變： H = Ea1 - Ea2 。19 內(nèi)因：反應(yīng)速率首先決定于反應(yīng)物本身的性質(zhì). 外因：濃度 溫度 催化劑 第三節(jié) 濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響20（基）元反應(yīng)：由反應(yīng)物微粒(分子、原子、離子或自由基)在碰撞時一步直接生成產(chǎn)物的

7、反應(yīng)（簡單反應(yīng)）。NO2+CO NO+CO22NO2 2NO+O2 一、元反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)反應(yīng)機理：化學(xué)反應(yīng)進行時所經(jīng)歷的途徑或具體步驟。21復(fù)合反應(yīng)：由若干個元反應(yīng)生成產(chǎn)物的反應(yīng)（非元反應(yīng)）。 I2(g)+H2(g) 2HI(g) （復(fù)合反應(yīng)）（1） I2(g) 2 I(g) (快) 元反應(yīng)（2） H2(g) + 2 I(g) 2HI(g) (慢) 元反應(yīng)是元反應(yīng)還是復(fù)合反應(yīng)由實驗確定22二、質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律：恒溫下，元反應(yīng)的速率與各反應(yīng)物濃度冪的乘積成正比；各濃度冪的指數(shù)等于基元反應(yīng)方程式中各相應(yīng)反應(yīng)物的化學(xué)計量系數(shù)?；磻?yīng)：aA + bB+= gG + hH+k 反應(yīng)速率常數(shù)其反

8、應(yīng)速率方程： 23應(yīng)用質(zhì)量作用定律時注意：1、只適用于基元反應(yīng)。2、對于復(fù)合反應(yīng)：質(zhì)量作用定律適用于每一步 的反應(yīng)（元反應(yīng)），而不適合于總的反應(yīng)。3 、純固態(tài)、純液態(tài)或稀溶液中的溶劑不寫入。24速率常數(shù)：反應(yīng)速率方程式中的比例系數(shù)k 稱為速率常數(shù)。1. k與c無關(guān)，而與反應(yīng)物的本性及反應(yīng)條件有關(guān)，如溫度、催化劑、溶劑等有關(guān)。2. 物理意義：k在數(shù)值上等于各反應(yīng)物濃度都等于1molL-1時的反應(yīng)速率，故k又稱為反應(yīng)的比速率。k 越大，反應(yīng)速率越大。 反應(yīng)速率方程：表示反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度之間定量關(guān)系的數(shù)學(xué)式 25對臭氧轉(zhuǎn)變成氧的反應(yīng) 2O3 (g) 3O2(g)其歷程為： O3 O2+O （快）

9、 O+O3 2O2（慢）適合此歷程的速率方程是什么？ = kc(O3)2 b. = kc(O3)c(O)c. = kc(O3)2c(O2) d. = kc(O3)2c(O2)-1例：26 非基元反應(yīng)的速率方程= kcAx cB y.x、y由實驗確定，或已知機理的情況下理論推導(dǎo)。 2N2O5 = 4NO2 + O2 N2O5 N2O3 + O2 （慢） N2O3 NO2 + NO （快） 2NO + O2 2NO2 （快）27三、反應(yīng)分子數(shù)與反應(yīng)級數(shù)1、反應(yīng)分子數(shù)：參加元反應(yīng)的分子（分子、離子、自由原子或自由基）數(shù)目。單分子反應(yīng)C2H5Cl C2H4 + HCl 2NO2 2NO+O2NO2+CO NO+CO2雙分子反應(yīng)28H2 + 2 I 2HI三分子反應(yīng)反應(yīng)分子數(shù)只有1、2和3，且三分子反應(yīng)少見。反應(yīng)分子數(shù)等于基元反應(yīng)反應(yīng)物前計量系數(shù)和。292、反應(yīng)級數(shù)：在速率方程中，各反應(yīng)物濃度的冪指數(shù)稱為該反應(yīng)物的反應(yīng)級數(shù)。所有反應(yīng)物級數(shù)之和稱為該反應(yīng)的總級數(shù)。 零級反應(yīng) 一級反應(yīng) 二級反應(yīng) 30 非元反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)通常不等