化學(xué)反應(yīng)速率模板

1、會計學(xué)1化學(xué)反應(yīng)速率模板化學(xué)反應(yīng)速率模板第1頁/共85頁化學(xué)熱力化學(xué)熱力學(xué)學(xué)化學(xué)動力化學(xué)動力學(xué)學(xué)反應(yīng)的可反應(yīng)的可能性能性熱化學(xué)熱化學(xué)方向方向和限度和限度反應(yīng)速率反應(yīng)速率反反應(yīng)機理應(yīng)機理反應(yīng)的現(xiàn)反應(yīng)的現(xiàn)實性實性反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢大，不反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢大，不一定反應(yīng)速率就快。一定反應(yīng)速率就快。 不能用不能用 rG的大小來判斷反應(yīng)的快慢的大小來判斷反應(yīng)的快慢。第1頁/共85頁第2頁/共85頁第2頁/共85頁第3頁/共85頁 有些化學(xué)反應(yīng)的速率較有些化學(xué)反應(yīng)的速率較慢慢第3頁/共85頁第4頁/共85頁 不同的化學(xué)反應(yīng)，不同的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速率不同，同一反應(yīng)速率不同，同一反應(yīng)在不同的條件下反應(yīng)在不同的

2、條件下進(jìn)行時反應(yīng)速率也不進(jìn)行時反應(yīng)速率也不相同。如何定量地表相同。如何定量地表示一個化學(xué)反應(yīng)的快示一個化學(xué)反應(yīng)的快慢呢？慢呢？ 如何表示化學(xué)反應(yīng)的如何表示化學(xué)反應(yīng)的快慢快慢第4頁/共85頁第5頁/共85頁 2.1 反應(yīng)的速率的基反應(yīng)的速率的基本定義本定義化學(xué)反應(yīng)的速率：化學(xué)反應(yīng)的速率：可用反可用反應(yīng)進(jìn)度隨時間的變化率應(yīng)進(jìn)度隨時間的變化率來表示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：為： =d=d /dt/dt 式中式中 即為反應(yīng)速率，其即為反應(yīng)速率，其SISI單位為單位為mol/smol/s。 第5頁/共85頁第6頁/共85頁 對于一般化學(xué)反應(yīng)：對于一般化學(xué)反應(yīng)： aA + bB = gG +

3、dD 因因 d =dnB/ B 所以所以 =d /dt= B-1dnB/dt對有限量的變化對有限量的變化 = B-1 nB/ t 反應(yīng)的速率的基本定反應(yīng)的速率的基本定義義第6頁/共85頁第7頁/共85頁 定容體系的反應(yīng)速率定容體系的反應(yīng)速率第7頁/共85頁第8頁/共85頁 反應(yīng)速率基本定義反應(yīng)速率基本定義的特點的特點第8頁/共85頁第9頁/共85頁 舉舉 例例 說說 明明例如，對于反應(yīng)例如，對于反應(yīng) 2N2N2 2O O5 5(g)=4NO(g)=4NO2 2(g)+O(g)+O2 2(g) (g) 有v = = = )(152ONdtdc)ON(52)(12NOdtdc)NO(2)(12Od

4、tdc)O(2 假設(shè)在反應(yīng)剛開始時，c(N2O5 ) = 8molm-3經(jīng)2秒后，c(N2O5 ) = 4molm-3，則分別用N2O5、NO2和O2表示的反應(yīng)速率為多少？第9頁/共85頁第10頁/共85頁 舉舉 例例 說說 明明 N N2 2O O5 5NONO2 2O O2 2 B B2 24 41 1C(t=0) /molm-38 80 00 0C(t=2s) /molm-34 48 82 2C /molm-3-4-48 82 2第10頁/共85頁第11頁/共85頁 舉舉 例例 說說 明明 ) 2(1s 2mmol8mmol4-3341s 2mmol423s2mmol45 . 03第11

5、頁/共85頁第12頁/共85頁 2.2反應(yīng)速率理論反應(yīng)速率理論2.2.1碰撞理論碰撞理論 1918年，英國科學(xué)家路易斯提年，英國科學(xué)家路易斯提出。出。2.2.2過渡態(tài)理論過渡態(tài)理論 1935年，艾林等提出。年，艾林等提出。2.2.3化學(xué)反應(yīng)的機理化學(xué)反應(yīng)的機理 反應(yīng)物分子變?yōu)楫a(chǎn)物分子的具反應(yīng)物分子變?yōu)楫a(chǎn)物分子的具體步驟，叫做反應(yīng)機理或反應(yīng)歷體步驟，叫做反應(yīng)機理或反應(yīng)歷程。程。第12頁/共85頁第13頁/共85頁影響反應(yīng)速率的因素除反影響反應(yīng)速率的因素除反應(yīng)物的本質(zhì)、濃度、溫度應(yīng)物的本質(zhì)、濃度、溫度外，還有催化劑、反應(yīng)物外，還有催化劑、反應(yīng)物的聚集狀態(tài)、反應(yīng)介質(zhì)和的聚集狀態(tài)、反應(yīng)介質(zhì)和光照等。光

6、照等。 影響化學(xué)反應(yīng)速率影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素的因素第13頁/共85頁第14頁/共85頁 濃度對反濃度對反應(yīng)速率的影響應(yīng)速率的影響與反應(yīng)歷程有與反應(yīng)歷程有關(guān)。關(guān)。 基元反基元反應(yīng)應(yīng) 復(fù)合反復(fù)合反應(yīng)應(yīng) 2.3.1濃度對反應(yīng)速濃度對反應(yīng)速率的影響率的影響第14頁/共85頁第15頁/共85頁 反應(yīng)物分子直接碰撞反應(yīng)物分子直接碰撞而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)稱為而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)稱為基基元反應(yīng)元反應(yīng)，它是一步完成的，它是一步完成的反應(yīng)，故又稱反應(yīng)，故又稱簡單反應(yīng)簡單反應(yīng)。如如O O2 2 + H(g) + H(g) HO(g) + HO(g) + O(g)O(g) 基基 元元 反反 應(yīng)應(yīng) elementary re

7、action第15頁/共85頁第16頁/共85頁 由兩個或兩個以上的基元反應(yīng)由兩個或兩個以上的基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)，稱為構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)，稱為復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)。如反應(yīng)如反應(yīng)2NO + O2NO + O2 2 2NO2NO2 2有人認(rèn)為它是由下列兩個基元反應(yīng)有人認(rèn)為它是由下列兩個基元反應(yīng)構(gòu)成的，因此是復(fù)合反應(yīng)構(gòu)成的，因此是復(fù)合反應(yīng)2NO + O2NO + O2 2 N N2 2O O2 2 （快）（快）N N2 2O O2 2 + O + O2 2 2NO2NO2 2 （慢）（慢） 復(fù)復(fù) 合合 反反 應(yīng)應(yīng)overall reactions第16頁/共85頁第17頁/共85頁當(dāng)溫度不變時，若反應(yīng)當(dāng)

8、溫度不變時，若反應(yīng)aA + bB = cC是基元反應(yīng)是基元反應(yīng),則有則有 v = kcAacBb 此式稱為化學(xué)反應(yīng)速率方程式此式稱為化學(xué)反應(yīng)速率方程式，又稱，又稱質(zhì)量作用定律表達(dá)式。質(zhì)量作用定律表達(dá)式。 質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律law of mass action 第17頁/共85頁第18頁/共85頁 k叫做叫做速率常數(shù)速率常數(shù)。取決于。取決于反應(yīng)物的本性，反應(yīng)溫度和反應(yīng)物的本性，反應(yīng)溫度和催化劑等，但與濃度無關(guān)。催化劑等，但與濃度無關(guān)。 不同的反應(yīng)在同一溫度下不同的反應(yīng)在同一溫度下，k值不同；同一反應(yīng)在不同值不同；同一反應(yīng)在不同溫度或有無催化劑的不同條溫度或有無催化劑的不同條件下，件下，k值

9、亦不同。同一反應(yīng)值亦不同。同一反應(yīng)僅改變反應(yīng)物濃度，其僅改變反應(yīng)物濃度，其k值不值不變。變。 速率常數(shù)速率常數(shù)rate constant第18頁/共85頁第19頁/共85頁當(dāng)當(dāng)A A和和B B的濃度均為的濃度均為1 mol1 mol m m-3-3時時，有，有v /v=k/kv /v=k/k式中式中vv、kk分別表示物理量分別表示物理量v v 、k k所選定的各自的單位所選定的各自的單位。所以。所以k k是各反應(yīng)物濃度均為是各反應(yīng)物濃度均為1 mol1 mol m m-3-3時的反應(yīng)速率，故又稱為時的反應(yīng)速率，故又稱為反應(yīng)反應(yīng)比速比速。在同一溫度下，可用。在同一溫度下，可用k k的的大小來比較

10、不同反應(yīng)的反應(yīng)速大小來比較不同反應(yīng)的反應(yīng)速率的大小。率的大小。 反反 應(yīng)應(yīng) 比比 速速第19頁/共85頁第20頁/共85頁 非基元反應(yīng)的速率方程式非基元反應(yīng)的速率方程式中，濃度的方次和反應(yīng)物的系中，濃度的方次和反應(yīng)物的系數(shù)不一定相符，不能由化學(xué)反數(shù)不一定相符，不能由化學(xué)反應(yīng)方程式直接寫出，而要由實應(yīng)方程式直接寫出，而要由實驗確定。驗確定。 復(fù)雜反應(yīng)的速率復(fù)雜反應(yīng)的速率方程方程第20頁/共85頁第21頁/共85頁任一化學(xué)反應(yīng)任一化學(xué)反應(yīng)aA + bB gG+dD+ 其反應(yīng)速率方程式可寫為下式其反應(yīng)速率方程式可寫為下式 v = kcA cB 若是基元反應(yīng)，則若是基元反應(yīng)，則 a =b若是復(fù)合反應(yīng)，

11、則不一定若是復(fù)合反應(yīng)，則不一定 a =b 速速 率率 方方 程程第21頁/共85頁第22頁/共85頁 v = kcv = kcA A c cB B 稱為稱為A的分級數(shù)，的分級數(shù)， 稱為稱為B的的分級數(shù)，分別表示分級數(shù)，分別表示A、B的濃的濃度對反應(yīng)速率影響的程度。度對反應(yīng)速率影響的程度。總反應(yīng)級數(shù)：總反應(yīng)級數(shù)：n = + +對于復(fù)合反應(yīng)對于復(fù)合反應(yīng) 、和和n的數(shù)的數(shù)值完全是由實驗測定的，它們值完全是由實驗測定的，它們的值可以是零、正整數(shù)、分?jǐn)?shù)的值可以是零、正整數(shù)、分?jǐn)?shù)或負(fù)數(shù)。或負(fù)數(shù)。 反反 應(yīng)應(yīng) 級級 數(shù)數(shù)第22頁/共85頁第23頁/共85頁 n = n = + + =0 =0 零級反應(yīng)零級反

12、應(yīng) n = n = + + =1 =1 一級反應(yīng)一級反應(yīng) n = n = + + =2 =2 二級反應(yīng)二級反應(yīng) Second Order Reaction 反反 應(yīng)應(yīng) 級級 數(shù)數(shù)第23頁/共85頁第24頁/共85頁 例如，在例如，在V V2 2O O5 5晶體表面上晶體表面上COCO的燃燒反應(yīng)的燃燒反應(yīng)2CO2CO（g g）+O+O2 2 （g g） 2CO2CO2 2（g g）實驗測得實驗測得v=kcv=kc（COCO）是一級反應(yīng)，而不三級反應(yīng)。是一級反應(yīng)，而不三級反應(yīng)。 反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)級數(shù)order of reactionorder of reaction 第24頁/共85頁第25頁/共85

13、頁 一級反應(yīng)較為常見，其反應(yīng)速一級反應(yīng)較為常見，其反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系為：率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系為： v = dc/dt = k1c 上式經(jīng)積分后得到一級反應(yīng)的上式經(jīng)積分后得到一級反應(yīng)的公式為公式為 lnc/c= -kt+ lnc0/c式中：式中： c0 反應(yīng)物的初濃度反應(yīng)物的初濃度 c 反應(yīng)物反應(yīng)物t時刻的濃度時刻的濃度 一一 級級 反反 應(yīng)應(yīng)First-Order Reactions第25頁/共85頁第26頁/共85頁1. 由由lnc/c= -kt+ lnclnc/c= -kt+ lnc0 0/c/c可知可知lnc/clnc/c與時間與時間t t呈直線關(guān)呈直線關(guān)系。直線斜率系。直線斜率

14、 為為-k-k。 一級反應(yīng)的特點一級反應(yīng)的特點第26頁/共85頁第27頁/共85頁2. 半衰期（半衰期（half life） t1/2（反（反應(yīng)物消耗一半所需的時間）與應(yīng)物消耗一半所需的時間）與反應(yīng)物的濃度無關(guān)，而與速率反應(yīng)物的濃度無關(guān)，而與速率常數(shù)成反比。常數(shù)成反比。lnc/c= -kt+ ln c0 /c ln c0/c = kt ln c0 /1/2 c0= kt1/2ln 2 = kt1/2 t1/2= (ln 2)/k = 0.693/k 一級反應(yīng)的特點一級反應(yīng)的特點第27頁/共85頁第28頁/共85頁放射性元素衰變掉一半數(shù)放射性元素衰變掉一半數(shù)量（或放射性活度減少到量（或放射性活度

15、減少到一半）所需要的時間稱為一半）所需要的時間稱為放射性元素的半衰期放射性元素的半衰期。它。它是放射性元素的一種特征是放射性元素的一種特征常數(shù)。常數(shù)。 放射性元素的半衰期放射性元素的半衰期第28頁/共85頁第29頁/共85頁例如例如235U的半衰期為的半衰期為8 108年，年，223Fr的半衰期為的半衰期為22分鐘，分鐘，14C 的半衰期為的半衰期為5730年。某些放射年。某些放射性同位素的衰變可用作估算考性同位素的衰變可用作估算考古學(xué)發(fā)現(xiàn)物、古代化石、礦物古學(xué)發(fā)現(xiàn)物、古代化石、礦物、隕石以及地球年齡的基礎(chǔ)、隕石以及地球年齡的基礎(chǔ) 。如。如 40K和和238U通常用于隕石和通常用于隕石和礦物年

16、齡的估算，礦物年齡的估算，14C 用于確用于確定考古學(xué)發(fā)現(xiàn)物和化石的年齡定考古學(xué)發(fā)現(xiàn)物和化石的年齡。 放射性元素的半衰期放射性元素的半衰期第29頁/共85頁第30頁/共85頁 例：過氧化氫是一種重要氧化例：過氧化氫是一種重要氧化劑，在醫(yī)藥上（劑，在醫(yī)藥上（3%H3%H2 2O O2 2）用作消）用作消毒殺菌劑，在工業(yè)上用于漂白毛毒殺菌劑，在工業(yè)上用于漂白毛、絲、羽毛等。純、絲、羽毛等。純H H2 2O O2 2是一種火是一種火箭燃料的高能氧化劑，但它很不箭燃料的高能氧化劑，但它很不穩(wěn)定，極易分解。穩(wěn)定，極易分解。H H2 2O O2 2分解反應(yīng)分解反應(yīng)是一級反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)為是一級反應(yīng)，反應(yīng)

17、速率常數(shù)為0.0410min0.0410min-1-1。2H2H2 2O O2 2（l l）H H2 2O O（l l）+O+O2 2（g g） 1）若從）若從0.500mol0.500mol dmdm-3-3 H H2 2O O2 2溶溶液開始，液開始，1010分鐘后，濃度是多少分鐘后，濃度是多少？ 2） H H2 2O O2 2在溶液中分解一半需在溶液中分解一半需要多長時間？要多長時間？第30頁/共85頁第31頁/共85頁解：（解：（1）將有關(guān)數(shù)據(jù)代入下式）將有關(guān)數(shù)據(jù)代入下式 lnc/c= -kt+ ln c0 /c 得：得：lnc= 0.041min-1 10min ln0.500mol

18、 dm-3/mol dm-3 =0.410 解得解得c=0.332 mol dm-3 （2）t1/2=0.693/k =0.693/0.0410 min-1=16.9min 第31頁/共85頁第32頁/共85頁 升高溫度，往往能加快反升高溫度，往往能加快反應(yīng)的進(jìn)行。人們歸納了許多實應(yīng)的進(jìn)行。人們歸納了許多實驗結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)物濃度恒驗結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)物濃度恒定時，對大多數(shù)反應(yīng)而言，其定時，對大多數(shù)反應(yīng)而言，其溫度每升高溫度每升高10K10K，反應(yīng)速率大，反應(yīng)速率大約增加約增加2 24 4倍倍。 2.3.2溫度對反應(yīng)速率溫度對反應(yīng)速率的影響的影響 Temperature Dependence o

19、f Reaction Rates第32頁/共85頁第33頁/共85頁 1889年年S Arrhenius總結(jié)了大總結(jié)了大量實驗事實，指出反應(yīng)速率與量實驗事實，指出反應(yīng)速率與溫度的定量關(guān)系為溫度的定量關(guān)系為k=Ae-Ea/RTA = 指前因子指前因子 pre-exponential factor(pZ)Ea = 活化能活化能 activation energy (J mol-1 )R =氣體常數(shù)氣體常數(shù) gas constant (8.314 J/mol K)T = 溫度溫度 temperature (K)阿侖尼烏斯公式阿侖尼烏斯公式 Arrhenius Equation第33頁/共85頁第34

20、頁/共85頁對上式取自然對數(shù)得對上式取自然對數(shù)得lnln（k/kk/k）= = Ea/RT +ln+ln（A/AA/A） 換成常用對數(shù)換成常用對數(shù) lglg（k/kk/k）= = Ea/2.303RT +lg Ea/2.303RT +lg（A/AA/A） 阿侖尼烏斯公式阿侖尼烏斯公式 Arrhenius Equation第34頁/共85頁第35頁/共85頁lnln（k/kk/k）= = Ea/RT +ln+ln（A/AA/A） 由上式可以看出：由上式可以看出：1.1.在相同溫度下，活化能在相同溫度下，活化能EaEa越越小，其小，其k k值就越大，反應(yīng)速率值就越大，反應(yīng)速率也就越快；反之亦然。也

21、就越快；反之亦然。2.2.對同一反應(yīng)來說，溫度越高對同一反應(yīng)來說，溫度越高，k k值就越大，反應(yīng)速率也越值就越大，反應(yīng)速率也越快快 ；反之，溫度越低，；反之，溫度越低，k k值就值就越小，反應(yīng)速率也越慢。越小，反應(yīng)速率也越慢。阿侖尼烏斯公式阿侖尼烏斯公式 Arrhenius Equation第35頁/共85頁第36頁/共85頁 設(shè)設(shè)k k1 1和和 k k2 2分別表示某一反分別表示某一反應(yīng)在應(yīng)在T T1 1和和T T2 2時的速率常數(shù)，有時的速率常數(shù)，有：lglg（k k1 1/k/k）= = Ea/2.303R Ea/2.303RT T1 1 +lg+lg（A/AA/A） lglg（k k

22、2 2/k/k）= = Ea/2.303R Ea/2.303RT T2 2 +lg+lg（A/AA/A） 阿侖尼烏斯公式的應(yīng)阿侖尼烏斯公式的應(yīng)用用 第36頁/共85頁第37頁/共85頁 阿侖尼烏斯公式的應(yīng)阿侖尼烏斯公式的應(yīng)用用 將上述兩式相減，則得將上述兩式相減，則得 lg = -lg = -21kkREa303. 2用上式從兩個溫度的速率常數(shù)用上式從兩個溫度的速率常數(shù)或比值或比值k k2 2/k/k1 1 可以計算活化能可以計算活化能EaEa；反之，若已知活化能；反之，若已知活化能EaEa和和某溫度下的某溫度下的k k值值 ，可以計算其，可以計算其它溫度時的它溫度時的k k值。值。第37頁/

23、共85頁第38頁/共85頁例：例： 在在H H2 2S S2 2O O3 3濃度相同的情況濃度相同的情況下，已下，已 測得的反應(yīng)測得的反應(yīng)H H2 2S S2 2O O3 3= H= H2 2SOSO3 3+S+S（s s）有硫析出并達(dá)到同等程度渾濁有硫析出并達(dá)到同等程度渾濁時所時時所時 間如下：間如下：293K293K，110s,303K 10s,303K ，45.0s45.0s。求此反應(yīng)的活化能求此反應(yīng)的活化能EaEa和和313K313K有有硫析出并硫析出并 達(dá)到同等程度渾濁時該反應(yīng)所達(dá)到同等程度渾濁時該反應(yīng)所需時間。需時間。第38頁/共85頁第39頁/共85頁解：解：K K1 1/k/k

24、2 2=45s/110.0s=45s/110.0sEa=-2.303RTEa=-2.303RT1 1 T T2 2/(T/(T2 2 - T - T1 1)lg )lg K K1 1/k/k2 2 =2.303=2.303 8.315J8.315J K K-1-1 mol mol-1-1 lg lg 45s/110s45s/110s =6.60=6.60 10104 4 J J mol mol-1-1 6.606.60 10104 4 J J mol mol-1-1 =-2.303 =-2.303 8.315 8.315 J J K K-1-1 molmol-1-1 313K 313K303K

25、/(313K-303K) 303K/(313K-303K) lgts/45.0slgts/45.0s解得：解得：t=19.5st=19.5s第39頁/共85頁第40頁/共85頁 反應(yīng)速率隨溫度變化的反應(yīng)速率隨溫度變化的五種類型五種類型 溫溫度度速率速率溫溫度度速率速率 爆炸爆炸反應(yīng)反應(yīng)一般一般反應(yīng)反應(yīng)第40頁/共85頁第41頁/共85頁 反應(yīng)速率隨溫度變化的反應(yīng)速率隨溫度變化的五種類型五種類型 溫溫度度速率速率溫溫度度速率速率 HC氧化氧化反應(yīng)反應(yīng) 酶酶反應(yīng)反應(yīng)第41頁/共85頁第42頁/共85頁 反應(yīng)速率隨溫度變化的反應(yīng)速率隨溫度變化的五種類型五種類型 溫溫度度速率速率 2NO+O2=2NO

26、2第42頁/共85頁第43頁/共85頁 能改變反應(yīng)速率而本身在反能改變反應(yīng)速率而本身在反應(yīng)前后質(zhì)應(yīng)前后質(zhì) 量和化學(xué)組成均沒量和化學(xué)組成均沒有變化的物質(zhì)叫做有變化的物質(zhì)叫做催化劑催化劑。凡能加快反應(yīng)速率的催化劑凡能加快反應(yīng)速率的催化劑，叫做，叫做正催化劑正催化劑，即一般所，即一般所說的催化劑。說的催化劑。凡能降低反應(yīng)速率的叫做凡能降低反應(yīng)速率的叫做負(fù)負(fù)催化劑催化劑。催化劑改變反應(yīng)速率的作用催化劑改變反應(yīng)速率的作用叫做叫做催化作用催化作用。 2.3.3催化劑催化劑 Catalysts 第43頁/共85頁第44頁/共85頁 改變了反應(yīng)途徑，降低了反應(yīng)改變了反應(yīng)途徑，降低了反應(yīng)的活化能。的活化能。 催

27、化劑為什么能加快反催化劑為什么能加快反應(yīng)速率應(yīng)速率第44頁/共85頁第45頁/共85頁 正反應(yīng)的催化劑也必然是逆正反應(yīng)的催化劑也必然是逆反應(yīng)的催化劑。反應(yīng)的催化劑。催化劑只能加速熱力學(xué)上可催化劑只能加速熱力學(xué)上可能進(jìn)行的反應(yīng)能進(jìn)行的反應(yīng) 。催化劑具有特殊的選擇性。催化劑具有特殊的選擇性。 催化劑的特點催化劑的特點 第45頁/共85頁第46頁/共85頁催化劑在工業(yè)生產(chǎn)上有十分催化劑在工業(yè)生產(chǎn)上有十分廣泛的應(yīng)用，化工生產(chǎn)中廣泛的應(yīng)用，化工生產(chǎn)中85%85%左右的化學(xué)反應(yīng)需要使用催左右的化學(xué)反應(yīng)需要使用催化劑。化劑。象無機化工原料硝酸、硫酸象無機化工原料硝酸、硫酸的生產(chǎn)，合成氨，汽油、煤的生產(chǎn)，合成

28、氨，汽油、煤油、柴油的精制，塑料、橡油、柴油的精制，塑料、橡膠以及化纖單體的合成與聚膠以及化纖單體的合成與聚合等等都是隨工業(yè)催化劑的合等等都是隨工業(yè)催化劑的研制成功才得以推廣應(yīng)用的研制成功才得以推廣應(yīng)用的。 催化劑的應(yīng)用催化劑的應(yīng)用 第46頁/共85頁第47頁/共85頁N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 合成氨合成氨 鐵觸鐵觸媒媒 5000C, 21075107Pa第47頁/共85頁第48頁/共85頁 此外，還有許多為人們此外，還有許多為人們所關(guān)注的現(xiàn)象都有與催化作所關(guān)注的現(xiàn)象都有與催化作用有關(guān)。例如，生物體內(nèi)的用有關(guān)。例如，生物體內(nèi)的新陳代謝都是新陳代謝都是酶催化反應(yīng)；酶催化反應(yīng)；大氣

29、臭氧層的破壞、酸雨的大氣臭氧層的破壞、酸雨的形成、汽車尾氣的凈化形成、汽車尾氣的凈化等都等都涉及到催化作用。涉及到催化作用。 催化劑的應(yīng)用催化劑的應(yīng)用 第48頁/共85頁第49頁/共85頁 大氣臭氧層的大氣臭氧層的破壞破壞 第49頁/共85頁第50頁/共85頁 酸雨的形酸雨的形成成 二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化2SO2 2H2O O2H2SO4 MnSO4、FeSO4、MnCl4、FeCl2等金屬鹽等金屬鹽 可催化可催化此反應(yīng)。此反應(yīng)。第50頁/共85頁第51頁/共85頁酶是一類由細(xì)胞產(chǎn)生的、以酶是一類由細(xì)胞產(chǎn)生的、以蛋白質(zhì)為蛋白質(zhì)為 主要成分的、具主要成分的、具有催化活性的生物催化劑

30、。有催化活性的生物催化劑。幾千年來，酶一直在人類的幾千年來，酶一直在人類的生產(chǎn)實踐和生活實踐中扮演生產(chǎn)實踐和生活實踐中扮演著重要角色，從釀酒、制醬著重要角色，從釀酒、制醬、造醋到消化食物無不得益、造醋到消化食物無不得益于酶的生物催化功能。于酶的生物催化功能。 生物催化劑酶生物催化劑酶 biological catalysts enzymes 第51頁/共85頁第52頁/共85頁 生物酶的應(yīng)生物酶的應(yīng)用用 Baking BrewingDairy products 釀酒釀酒烘焙烘焙乳制品乳制品第52頁/共85頁第53頁/共85頁 固固 氮氮 酶酶 Nitrogen Fixation Enzymes

31、 Nitrogen Fixation Enzymes 第53頁/共85頁第54頁/共85頁 多相反應(yīng)多相反應(yīng)鏈反應(yīng)鏈反應(yīng)光化反應(yīng)光化反應(yīng) 2.4 幾種類型的反應(yīng)幾種類型的反應(yīng) 第54頁/共85頁第55頁/共85頁 體系中任何具有體系中任何具有相同物理性質(zhì)和化學(xué)相同物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的部分稱為一個性質(zhì)的部分稱為一個相相。相與相之間有界。相與相之間有界面隔開，越過相界面面隔開，越過相界面時，性質(zhì)發(fā)生突變。時，性質(zhì)發(fā)生突變。 相的概念相的概念 PhasePhase 第55頁/共85頁第56頁/共85頁氣態(tài)均勻體系。氣態(tài)均勻體系。液態(tài)互溶，均勻體系。液態(tài)互溶，均勻體系。例如例如 H H2 2SOSO4

32、 4 =0.5mol=0.5mol m m-3-3的溶液的溶液不不互溶，多相體系?；ト?，多相體系。例如水和油的混合物是二相，例如水和油的混合物是二相，水、油和汞的混合物是三相）水、油和汞的混合物是三相）。固態(tài)除固溶體（固態(tài)溶液）固態(tài)除固溶體（固態(tài)溶液）外，有多外，有多 少種純固態(tài)物質(zhì)，便有多少相少種純固態(tài)物質(zhì)，便有多少相。 相與狀態(tài)相與狀態(tài) Phase & Phase & State State 第56頁/共85頁第57頁/共85頁與均相反應(yīng)的速率不與均相反應(yīng)的速率不同，多相反應(yīng)的速率同，多相反應(yīng)的速率既依賴既依賴化學(xué)因素化學(xué)因素，又，又依賴依賴物理因素物理因素。 多相反應(yīng)多相

33、反應(yīng) Multiphase ReactionMultiphase Reaction 第57頁/共85頁第58頁/共85頁以煤的燃燒反應(yīng)為例，整個以煤的燃燒反應(yīng)為例，整個燃燒反應(yīng)至燃燒反應(yīng)至少可分為三個步驟：少可分為三個步驟：反應(yīng)物靠近表面；反應(yīng)物靠近表面；在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物從表面上離去。反應(yīng)產(chǎn)物從表面上離去。其中、步驟的速率取決其中、步驟的速率取決于煤的比表于煤的比表 面大小和氧氣對流及擴散的面大小和氧氣對流及擴散的快慢，屬于快慢，屬于 物理因素；為化學(xué)因素。物理因素；為化學(xué)因素。 影響多相反應(yīng)速率的影響多相反應(yīng)速率的因素因素第58頁/共85頁第59頁/共85

34、頁最終決定反應(yīng)速率的其中最慢的最終決定反應(yīng)速率的其中最慢的一步，稱為一步，稱為控制步驟控制步驟。由于煤的燃燒反應(yīng)所需活化能不由于煤的燃燒反應(yīng)所需活化能不大，因而增大煤的比表面和加強大，因而增大煤的比表面和加強氧氣的對流，將有利于反應(yīng)的進(jìn)氧氣的對流，將有利于反應(yīng)的進(jìn)行。行?；罨芎艽蟮姆磻?yīng)其控制步驟為活化能很大的反應(yīng)其控制步驟為第二步第二步化學(xué)反應(yīng)本身。例如化學(xué)反應(yīng)本身。例如，在潮濕空氣中，氧對鐵的氧化，在潮濕空氣中，氧對鐵的氧化不會由于增加金屬表面空氣的供不會由于增加金屬表面空氣的供給而加速。給而加速。 控制步驟控制步驟 Rate Determining Step第59頁/共85頁第60頁/共

35、85頁微細(xì)分散的可燃物質(zhì)，如面粉廠、微細(xì)分散的可燃物質(zhì)，如面粉廠、紡織廠、煤礦中的紡織廠、煤礦中的“粉塵粉塵”，超過，超過安全系數(shù)時會快速氧化燃燒，甚至安全系數(shù)時會快速氧化燃燒，甚至引起爆炸事故。引起爆炸事故。1987年青島棉紡廠粉塵爆炸年青島棉紡廠粉塵爆炸，燒毀燒毀一個車間及一個車間及150臺紡織機器，直接臺紡織機器，直接損失損失92萬元，死亡萬元，死亡3人。人。1987年年3月月15日凌晨日凌晨2時時39分，我國分，我國最大的麻紡企業(yè)最大的麻紡企業(yè)哈爾濱亞麻廠發(fā)生哈爾濱亞麻廠發(fā)生粉塵爆炸事故粉塵爆炸事故，死亡，死亡58人、傷人、傷82人人、直接經(jīng)濟損失、直接經(jīng)濟損失650萬元。萬元。 粉塵

36、爆炸粉塵爆炸 第60頁/共85頁第61頁/共85頁鏈反應(yīng)又稱連鎖反應(yīng)，鏈反應(yīng)又稱連鎖反應(yīng)，它是包括大量反復(fù)循環(huán)的它是包括大量反復(fù)循環(huán)的連串反應(yīng)的復(fù)合反應(yīng)。連串反應(yīng)的復(fù)合反應(yīng)。 鏈反應(yīng)鏈反應(yīng) chain chain reaction reaction 第61頁/共85頁第62頁/共85頁鏈反應(yīng)過程中出現(xiàn)一些高活鏈反應(yīng)過程中出現(xiàn)一些高活性的微粒。例如自由基性的微粒。例如自由基, ,即具即具有不成對價電子的原子或原有不成對價電子的原子或原子團。象子團。象H H （原子氫）、（原子氫）、HOHO （氫氧基）、（氫氧基）、CHCH3 3 （甲基）（甲基）等。等。自由基不穩(wěn)定，一但產(chǎn)生，自由基不穩(wěn)定，一但

37、產(chǎn)生，它們往往能和其它分子作用它們往往能和其它分子作用生成產(chǎn)物再加上自由原子或生成產(chǎn)物再加上自由原子或自由基。這個過程一旦引發(fā)自由基。這個過程一旦引發(fā)，便會自動地進(jìn)行下去，如，便會自動地進(jìn)行下去，如一條鎖鏈，一環(huán)扣一環(huán)，直一條鎖鏈，一環(huán)扣一環(huán)，直至反應(yīng)停止。至反應(yīng)停止。 自由基自由基 FREE FREE RADICALSRADICALS第62頁/共85頁第63頁/共85頁鏈反應(yīng)一般包括三個鏈反應(yīng)一般包括三個階段：階段：鏈的引發(fā)鏈的引發(fā)鏈的傳遞鏈的傳遞鏈的終止鏈的終止 鏈反應(yīng)的階鏈反應(yīng)的階段段第63頁/共85頁第64頁/共85頁這是由起始分子藉光、這是由起始分子藉光、熱、輻射或引發(fā)劑等到外熱、輻

38、射或引發(fā)劑等到外因作用而裂解生成自由原因作用而裂解生成自由原子或自由基的反應(yīng)階段。子或自由基的反應(yīng)階段。這一步所需活化能較高，這一步所需活化能較高，與斷裂化學(xué)鍵的能量同一與斷裂化學(xué)鍵的能量同一數(shù)量級。如：數(shù)量級。如：Cl2+hvCl + Cl 鏈的引發(fā)鏈的引發(fā)第64頁/共85頁第65頁/共85頁鏈的傳遞：自由原子或自鏈的傳遞：自由原子或自由基參與反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果由基參與反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果又產(chǎn)生新的自由原子或自又產(chǎn)生新的自由原子或自由基由基 ，如此一環(huán)接一環(huán)地，如此一環(huán)接一環(huán)地傳遞下去。活化能較小，傳遞下去?；罨茌^小，一般小于一般小于40KJ40KJ molmol-1-1。 ClCl +H+H2 2

39、 HCl+H HCl+H H H + Cl+ Cl2 2 HCl+ Cl HCl+ Cl 鏈的傳遞鏈的傳遞第65頁/共85頁第66頁/共85頁鏈的終止：自由基彼此結(jié)鏈的終止：自由基彼此結(jié)合成穩(wěn)定基團、被反應(yīng)器合成穩(wěn)定基團、被反應(yīng)器吸附或與反應(yīng)體系中惰性吸附或與反應(yīng)體系中惰性質(zhì)點碰撞而失去活性，都質(zhì)點碰撞而失去活性，都可引起鏈終斷。此步反應(yīng)可引起鏈終斷。此步反應(yīng)的活化能較小，有時為零的活化能較小，有時為零。 鏈的終止鏈的終止 ClCl + Cl+ Cl ClCl2 2 鏈的終止鏈的終止第66頁/共85頁第67頁/共85頁鏈反應(yīng)又分鏈反應(yīng)又分直鏈反應(yīng)直鏈反應(yīng)和和支支鏈反應(yīng)鏈反應(yīng)兩大類。直鏈反應(yīng)兩大

40、類。直鏈反應(yīng)每進(jìn)行一步，消耗掉的活每進(jìn)行一步，消耗掉的活潑微粒數(shù)目與新生成的活潑微粒數(shù)目與新生成的活潑微粒數(shù)目相等，反應(yīng)象潑微粒數(shù)目相等，反應(yīng)象鏈條一樣連續(xù)進(jìn)行，比如鏈條一樣連續(xù)進(jìn)行，比如HClHCl生成反應(yīng)。生成反應(yīng)。 鏈反應(yīng)的類鏈反應(yīng)的類型型第67頁/共85頁第68頁/共85頁支鏈反應(yīng)每進(jìn)行一步，生支鏈反應(yīng)每進(jìn)行一步，生成的活潑微粒數(shù)多于消耗掉成的活潑微粒數(shù)多于消耗掉的活潑微粒數(shù)，反應(yīng)體系中的活潑微粒數(shù)，反應(yīng)體系中的活潑微粒迅速增多，反應(yīng)的活潑微粒迅速增多，反應(yīng)速率也急劇加快，最后可以速率也急劇加快，最后可以達(dá)到達(dá)到爆炸爆炸的程度。的程度。 支鏈反應(yīng)支鏈反應(yīng)第68頁/共85頁第69頁/共8

41、5頁例如氫和氧的反應(yīng)：例如氫和氧的反應(yīng)： 鏈的引發(fā)鏈的引發(fā) H H2 2 + O+ O2 2 HOHO2 2 + H+ H 鏈的傳遞鏈的傳遞 H H2 2 + HO+ HO2 2 HO HO + + H H2 2O O H H2 2 + HO+ HO H H + H+ H2 2O O H H + O+ O2 2 HO HO + O+ O O O + H+ H2 2 HO HO + H+ H 鏈的終止鏈的終止 OHOH2 2 +M +M 消毀消毀 H H +M +M 消毀消毀 HOHO + M + M 消毀消毀 自由基自由基+ + 自由基自由基消毀消毀 M M代表不參與反應(yīng)的第三體，如器壁和其代

42、表不參與反應(yīng)的第三體，如器壁和其它惰性質(zhì)點。它惰性質(zhì)點。 支鏈反應(yīng)支鏈反應(yīng)第69頁/共85頁第70頁/共85頁按爆炸的原因可分成按爆炸的原因可分成熱爆炸、鏈爆炸熱爆炸、鏈爆炸、核爆炸、核爆炸等三類。等三類。鏈爆炸是由支鏈反應(yīng)引起的，但并非鏈爆炸是由支鏈反應(yīng)引起的，但并非所有的支鏈反應(yīng)都會發(fā)生爆炸。因為鏈所有的支鏈反應(yīng)都會發(fā)生爆炸。因為鏈?zhǔn)菚袛嗟模瓤梢院推鞅谂鲎?，也可是會中斷的，既可以和器壁碰撞，也可以和惰性質(zhì)點碰撞而銷毀，只要鏈的銷以和惰性質(zhì)點碰撞而銷毀，只要鏈的銷毀速率等于或大于其產(chǎn)生速率，反應(yīng)就毀速率等于或大于其產(chǎn)生速率，反應(yīng)就能以平穩(wěn)的速率進(jìn)行。能以平穩(wěn)的速率進(jìn)行。在氫氧混合氣體中，

43、當(dāng)氫的體積百分在氫氧混合氣體中，當(dāng)氫的體積百分?jǐn)?shù)在數(shù)在4 494%94%就會發(fā)生爆炸。就會發(fā)生爆炸。4%4%為氫在氧為氫在氧中的爆炸低限，后者中的爆炸低限，后者94%94%為爆炸高限。為爆炸高限。氫和空氣混合的爆炸低限氫和空氣混合的爆炸低限4.1%4.1%，高限為，高限為74%74%。 爆炸爆炸反應(yīng)反應(yīng)第70頁/共85頁第71頁/共85頁在光的作用下進(jìn)行的化在光的作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)稱為學(xué)反應(yīng)稱為光化反應(yīng)光化反應(yīng)或光或光化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)。如膠片的感光，植物的如膠片的感光，植物的光合作用，大氣中光合作用，大氣中O O2 2轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)闉镺 O3 3和光化學(xué)煙霧的形成和光化學(xué)煙霧的形成等都涉及到光

44、化反應(yīng)。等都涉及到光化反應(yīng)。 光化反應(yīng)光化反應(yīng)photochemical reaction 第71頁/共85頁第72頁/共85頁靠分子熱運動聚積足夠的碰撞動靠分子熱運動聚積足夠的碰撞動能而引起的化學(xué)反應(yīng)，稱為熱化能而引起的化學(xué)反應(yīng)，稱為熱化學(xué)反應(yīng)，簡稱學(xué)反應(yīng)，簡稱熱反應(yīng)熱反應(yīng)。通過電流引起的化學(xué)反應(yīng)稱為通過電流引起的化學(xué)反應(yīng)稱為電電化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)。熱是體系與環(huán)境交換的無序能量熱是體系與環(huán)境交換的無序能量，電和光則是體系與環(huán)境交換的，電和光則是體系與環(huán)境交換的有序能量。熱反應(yīng)只能在有序能量。熱反應(yīng)只能在 rG0rG0rG0的反應(yīng)也能的反應(yīng)也能發(fā)生。發(fā)生。 光化反應(yīng)光化反應(yīng) 熱反應(yīng)熱反應(yīng) 電電化

45、學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)第72頁/共85頁第73頁/共85頁光合作用：光合作用： 6CO6CO2 2+6H+6H2 2O CO C6 6H H1212O O6 6 + + 6O6O2 2 r rG Gm m =2245KJ=2245KJ molmol-1-1 在日光照射下，綠色植物中的在日光照射下，綠色植物中的葉葉綠素將綠素將COCO2 2和和H H2 2O O化合成碳水化合物化合成碳水化合物質(zhì)和氧氣。質(zhì)和氧氣。COCO2 2和和H H2 2O O不能吸收波長不能吸收波長400400700nm700nm的太陽光，而葉綠素的太陽光，而葉綠素能夠吸收，所以葉綠素起光合作能夠吸收，所以葉綠素起光合作用的催化劑（也叫光敏劑）的作用的催化劑（也叫光敏劑