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文檔簡介

化學反應速率

ChemicalReactionRates

多相反應鏈反應光化反應

幾種類型的反應

體系中任何具有相同物理性質和化學性質的部分稱為一個相。相與相之間有界面隔開,越過相界面時,性質發(fā)生突變。

相的概念Phase

氣態(tài)-均勻體系。液態(tài)-互溶,均勻體系。例如

H2SO4

=0.5mol

m-3的溶液不互溶,多相體系。例如水和油的混合物是二相,水、油和汞的混合物是三相)。固態(tài)-除固溶體(固態(tài)溶液)外,有多少種純固態(tài)物質,便有多少相。

相與狀態(tài)Phase&State

與均相反應的速率不同,多相反應的速率既依賴化學因素,又依賴物理因素。

多相反應MultiphaseReaction

以煤的燃燒反應為例,整個燃燒反應至少可分為三個步驟:⑴反應物靠近表面;⑵在表面上發(fā)生化學反應;⑶反應產(chǎn)物從表面上離去。其中⑴、⑶步驟的速率取決于煤的比表面大小和氧氣對流及擴散的快慢,屬于物理因素;⑵為化學因素。

影響多相反應速率的因素最終決定反應速率的其中最慢的一步,稱為控制步驟。由于煤的燃燒反應所需活化能不大,因而增大煤的比表面和加強氧氣的對流,將有利于反應的進行。活化能很大的反應其控制步驟為第二步——化學反應本身。例如,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給而加速。

控制步驟RateDeterminingStep微細分散的可燃物質,如面粉廠、紡織廠、煤礦中的“粉塵”,超過安全系數(shù)時會快速氧化燃燒,甚至引起爆炸事故。1987年青島棉紡廠粉塵爆炸,燒毀一個車間及150臺紡織機器,直接損失92萬元,死亡3人。1987年3月15日凌晨2時39分,我國最大的麻紡企業(yè)哈爾濱亞麻廠發(fā)生粉塵爆炸事故,死亡58人、傷82人、直接經(jīng)濟損失650萬元。

粉塵爆炸

鏈反應又稱連鎖反應,它是包括大量反復循環(huán)的連串反應的復合反應。

鏈反應chainreaction鏈反應過程中出現(xiàn)一些高活性的微粒。例如自由基,即具有不成對價電子的原子或原子團。象H

(原子氫)、HO

(氫氧基)、CH3

(甲基)等。自由基不穩(wěn)定,一但產(chǎn)生,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自由基。這個過程一旦引發(fā),便會自動地進行下去,如一條鎖鏈,一環(huán)扣一環(huán),直至反應停止。

自由基FREERADICALS鏈反應一般包括三個階段:鏈的引發(fā)鏈的傳遞鏈的終止

鏈反應的階段這是由起始分子藉光、熱、輻射或引發(fā)劑等到外因作用而裂解生成自由原子或自由基的反應階段。這一步所需活化能較高,與斷裂化學鍵的能量同一數(shù)量級。如:Cl2+hv

Cl

+Cl

鏈的引發(fā)鏈的傳遞:自由原子或自由基參與反應,反應結果又產(chǎn)生新的自由原子或自由基,如此一環(huán)接一環(huán)地傳遞下去。活化能較小,一般小于40KJ

mol-1。

Cl

+H2

HCl+H

H

+Cl2

HCl+Cl

鏈的傳遞鏈的終止:自由基彼此結合成穩(wěn)定基團、被反應器吸附或與反應體系中惰性質點碰撞而失去活性,都可引起鏈終斷。此步反應的活化能較小,有時為零。

鏈的終止Cl

+Cl

Cl2

鏈的終止鏈反應又分直鏈反應和支鏈反應兩大類。直鏈反應每進行一步,消耗掉的活潑微粒數(shù)目與新生成的活潑微粒數(shù)目相等,反應象鏈條一樣連續(xù)進行,比如HCl生成反應。

鏈反應的類型支鏈反應每進行一步,生成的活潑微粒數(shù)多于消耗掉的活潑微粒數(shù),反應體系中的活潑微粒迅速增多,反應速率也急劇加快,最后可以達到爆炸的程度。

支鏈反應例如氫和氧的反應:⑴鏈的引發(fā)H2+O2

HO2

+H

⑵鏈的傳遞H2+HO2

HO

+H2OH2+HOH

+H2OH+O2

HO

+O

O+H2

HO

+H

⑶鏈的終止OH2

+M

消毀

H

+M

消毀

HO

+M

消毀

自由基+自由基

消毀

M代表不參與反應的第三體,如器壁和其它惰性質點。

支鏈反應按爆炸的原因可分成熱爆炸、鏈爆炸、核爆炸等三類。鏈爆炸是由支鏈反應引起的,但并非所有的支鏈反應都會發(fā)生爆炸。因為鏈是會中斷的,既可以和器壁碰撞,也可以和惰性質點碰撞而銷毀,只要鏈的銷毀速率等于或大于其產(chǎn)生速率,反應就能以平穩(wěn)的速率進行。在氫氧混合氣體中,當氫的體積百分數(shù)在4~94%就會發(fā)生爆炸。4%為氫在氧中的爆炸低限,后者94%為爆炸高限。氫和空氣混合的爆炸低限4.1%,高限為74%。

爆炸反應在光的作用下進行的化學反應稱為光化反應或光化學反應。如膠片的感光,植物的光合作用,大氣中O2轉變?yōu)镺3和光化學煙霧的形成等都涉及到光化反應。

光化反應photochemicalreaction

靠分子熱運動聚積足夠的碰撞動能而引起的化學反應,稱為熱化學反應,簡稱熱反應。通過電流引起的化學反應稱為電化學反應。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)境交換的有序能量。熱反應只能在

rG<0的條件下自發(fā)進行,而在電流或光的作用下,一些

rG>0的反應也能發(fā)生。

光化反應熱反應電化學反應光合作用:

6CO2+6H2OC6H12O6+6O2

rGm

=2245KJ

mol-1

在日光照射下,綠色植物中的葉綠素將CO2和H2O化合成碳水化合物質和氧氣。CO2和H2O不能吸收波長400~700nm的太陽光,而葉綠素能夠吸收,所以葉綠素起光合作用的催化劑(也叫光敏劑)的作用。

光合作用葉綠素photosynthesis有些自發(fā)進行的化學反應可以發(fā)光,將化學能轉化成光能。常溫下化學能轉化成光能的現(xiàn)象稱為化學發(fā)光。如螢火蟲尾部的熒光素被氧化時可發(fā)光,黃磷在空氣中氧化時的發(fā)光等均為化學發(fā)光。

化學發(fā)光Chemiluminescence

螢火蟲體內(nèi)的蟲螢光素遇到氧氣時,即可經(jīng)由其體內(nèi)的生理機制,使蟲螢光素進行下列反應,同時將能量以光的形式放出。

螢火蟲發(fā)光

光棒在它的塑料管內(nèi)有苯基草酸酯、染料及一根玻璃管。玻璃管內(nèi)則有

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