化学动力学要点
激光、分子束技术。
两者之间的关系:
热力学:研究过程的可能性 动力学:研究过程的现实性
热力学不考虑时间因素,所以热力学上可以发生的过程只 是现实可能发生的过程,不是必然发生的。比如一个化学反 应的摩尔反应吉布斯函数变尽管为负,但由于反应阻力很大, 有可能实际上并不发生,因而必须研究动力学问题,即过程 发生的速度问题。但热力学上不能发生的过程,在现实中肯 定是不能发生的.
def
v
ξ
1
dnB
V νB V dt
8.1.2 单位:mol 鬃m- 3 s- 1
习惯上常用 mol·dm-3 ·s-1
特点:① 与反应组分 B 的选取无关,但与计量式写法有关; ② 强度量。
恒容反应 (V 为常数):
v=
1 nB
d dt
骣 琪 琪 ènVB
ø
=
1 nB
dc B dt
在本章余下的讨论中,如无特别说明,均假定反应在恒容条件下进行。
研究中经常用指定反应物A的消耗速率,或指定产物Z的 生成速率来表示反应的进行速率:
- nAA - nBB - L 揪 ? L nYY+ nZZ
A 的消耗速率: vA = - (1 V )(dn A dt )
Z 的生成速率: vZ = (1 V )(dnZ dt )
非基元反应 除基元反应以外的其他所有反应。非基元反应总是由一
步以上多个基元反应构成的,又称为总包反应或总反应。
注意: ① 反应机理中各基元反应的代数和应等于总的计量方
程,这是判断一个机理是否正确的先决条件。 ② 化学反应方程,除非特别注明,一般都属于化学计
量方程,而不代表基元反应。
例如气相反应 H2 + I2 - ? 2H,I包含下列简单反应步骤:
2. 反应速率的测定 要确定一个反应的速率方程,需要监测不同反应时刻反
应物或生成物的浓度。这就需要能够检测反应系统中存在 的组分及其含量。
(1) 化学法
反应系统样品
反应猝灭
组成,浓度分析
降温、移去催化剂 稀释、加入能与反 应物快速反应的物 质等。
化学滴定、色谱、 各种光谱等
(2) 物理法 物理法则是通过测量某一与反应系统组分浓度所联系的
化学动力学的研究目的
通过化学动力学的研究,可以知道如何控制反应条件, 提高主反应的速率,增加产品产量,抑制副反应的速率, 减少原料消耗,减少副产物,提高纯度,提高产品质量。 化学动力学也研究如何避免危险品的爆炸、材料的腐蚀、 产品的变质与老化等问题。所以化学动力学的研究有理论 与实践上的重大意义。
§8.1 反应速率的定义及测定
1.反应速率的定义
反映初始反应物与最 终产物间的计量关系
反应的化学计量式:0 = å nBB B
依时计量学反应
反应步骤中存在着中间物, 而且随反应的进行,中间 物的浓度逐渐增加,则此 类反应随中间物浓度逐渐 积累,将不符合总的计量 式.
非依时计量学反应
反应不存在中间物,或 虽有中间物,但其浓度 甚微可忽略不计,则此 类反应的反应物和产物 将在整个反应过程中均 符合一定的计量关系H2来自1 2O2
H2O(l)
237.19
热力学只能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。
化学动力学的研究对象
化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及温度、 压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响,把 热力学的反应可能性变为现实性。
例如:
动力学认为:
1 2
恒容条件下:
vA = -
dc A , dt
vZ =
dc Z dt
注意,反应速率总为大于或等于零的值。
反应物 的消耗速率,产物的生成速率与反应速率间的关系:
v = 1 ?dc A 1 ?dc B L = 1 ?dc Y 1 ?dcZ
nA dt nB dt
nY dt nZ dt
v = vA = vB = L = vY = vZ
- nA - nB
nY nZ
因此得到一个结论:不同物质的消耗速率或生成速率,与该 物质的化学计量系数的绝对值成正比。
例如反应:2NO2 2NO O2
其反应物消耗速率为:
vNO2
dcNO2 dt
其产物生成速率为
vNO
dc NO dt
或
vO2
dco2 dt
三者关系: v dcNO2 dcNO dcO2 2dt 2dt dt
对于非依时计量学反应,反应进度 x 定义为
转化速率:
dx
def
==
dn
B
nB
ξ
def
dξ
1
dnB
(8.1.1) 单位: mol ×s- 1
dt νB dt
特点:① 与反应组分 B的选取无关,但与计量式写法有关;
② 广度量,它依赖于反应系统的大小。
单位体积的转化速率定义为(基于浓度的)反应速率:
物理性质来达到浓度测量的目的。 例如:
① 反应分子数有变化的恒容气相反应,测量系统的总压;
② 反应系统体积发生变化的反应,如高分子聚合反应, 用膨胀计测量体积随时间的变化;
③ 手性化合物参与的反应,测量系统的旋光度; ④ 有离子参与的反应,测量反应系统的电导或电导率; ⑤ 对产物或反应物在紫外、可见光范围有吸收的反应, 测量其吸光率等。
§8.2 化学反应的速率方程
表示反应速率和浓度等参数之间关系,或表示浓度等参 数和时间之间关系的方程式,称为化学反应的速率方程, 或动力学方程。
一般化学反应的计量式只能表示反应的始末状态,不能表 示反应所经历的具体历程。从微观上看,一个化学反应往往 要经过若干个简单的反应步骤,反应物分子才最后转化为产 物分子。每一个简单的反应步骤,称之为基元反应。
第八章 化学动力学基础
化学热力学的研究对象和局限性
研究化学变化的方向、能达到的最大限度以及外界条件
对平衡的影响。化学热力学只能预测反应的可能性,但无法
预料反应能否发生?反应的速率如何?反应的机理如何?例
如:
1 2
N2
3 2
H2
NH3 (g)
rGm / kJ mol1 16.63
N2
3 2
H2
NH3(g)
需一定的T,p和催化剂
1 H2 2 O2 H2O(l)
点火,加温或催化剂
若常温、无催化剂需 1025年。
控制反应速率 控制反应机理
得到预期的产品。
不同的反应,往往速率相差很大,可分: 慢:如岩石风化、钟乳石的生长、地壳中的某些反应。 中:几十秒 几十天范围 快:离子反应,爆炸反应—现代动力学研究的活跃领域,