化学动力学基础二

物 理 化 学

第十一章 化学动力学基础(二)

11.1 碰撞理论

11.1.1 速率理论的共同点

与热力学的经典理论相比，动力学理论发展较迟。先后形成的碰撞理论、过渡态理论都是20世纪后建立起来的，尚有明显不足之处。

理论的共同点是：首先选定一个微观模型，用气体分子运动论（碰撞理论）或量子力学（过渡态理论）的方法，并经过统计平均，导出宏观动力学中速率系数的计算公式。

由于所采用模型的局限性，使计算值与实验值不能完全吻合，还必须引入一些校正因子，使理论的应用受到一定的限制。 11.1.2 两个分子的一次碰撞过程

两个分子在相互的作用力下，先是互相接近，接近到一定距离，分子间的斥力随着距离的减小而很快增大，分子就改变原来的方向而相互远离，完成了一次碰撞过程。

粒子在质心体系中的碰撞轨线可用示意图表示为： 有效碰撞直径和碰撞截面

运动着的A分子和B分子，两者质心的投影落在直径为dAB的圆截面之内，都有可能发生碰撞。

dAB称为有效碰撞直径，数值上等于A分子和B分子的半径之和。

2虚线圆的面积称为碰撞截面（collision cross section）。数值上等于 ? d AB 。

A与B分子互碰频率

将A和B分子看作硬球，根据气体分子

第十二章 动力学基础(二)

第十二章 化学动力学基础(二)§12.1 碰撞理论

§12.2 过渡态理论§12.3 单分子反应理论 * §12.4 分子反应动态学简介 §12.5 在溶液中进行的反应

* §12.6 快速反应的几种测试手段§12.7 光化学反应2015/11/2

* §12.8 化学激光简介 §12.9 催化反应动力学

§12.1

碰撞理论

双分子的互碰频率和速率常数的推导 *硬球碰撞模型——碰撞截面与反应阈能 *反应阈能与实验活化能的关系 概率因子

§12.1

碰撞理论

在反应速率理论的发展过程中，先后形成了

碰撞理论、过渡态理论和单分子反应理论等碰撞理论是在气体分子动论的基础上在20世 纪初发展起来的。该理论认为发生化学反应的先

决条件是反应物分子的碰撞接触，但并非每一次碰撞都能导致反应发生。 简单碰撞理论是以硬球碰撞为模型，导出宏 观反应速率常数的计算公式，故又称为硬球碰撞

理论。

双分子的互碰频率和速率常数的推导两个分子在相互的作用力下，先是互相接近， 接近到一定距离，分子间的斥力随着距离的减小而 很快增大，分子就改变原来的方向而相互远离，

第十一章 化学动力学基础（一）

本章要求：

1.掌握宏观动力学中的一些基本概念，如反应速率的表示、基元反应，非基元反应、反应级数、反应分子数和速率常数等。

2.掌握具有简单级数反应的特点，并会从实验数据判断反应级数，利用速率方程计算速率常数，半衰期等。

3.对三种典型的复杂反应（对峙反应，平行反应和连续反应）掌握它们的特点，使用合理近似方法，作一些简单的计算。 4.掌握温度对反应速率的影响。

5.掌握阿累尼乌斯经验式的各种表示形式，知道活化能的含义，掌握其求算方法。

6.掌握链反应的特点，会用稳态近似，平衡假设和速控步等近似方法从复杂的机理推导出速率方程。

§11.1 化学动力学的任务和目的

热力学研究化学反应的方向和极限，而动力学研究则是化学反应的速率和反应机理。 一．化学动力学的任务

1.了解反应的速率以及各种因素对反应速率的影响。

2.研究反应历程，探讨速率控制步骤，使反应按照我们希望的方向进行。 二．化学动力学的目的

为了控制反应的进行，使反应按照认识所希望的速率和方向进行并得到所希望的产品。 三．动力学的反之概论

1.宏观动力学阶段，19世纪后半叶，该阶段确立了质量作用定律和阿累尼乌斯公式，提出了活化能的概念，由于当时测试手段相对落

第八章

化 学动力学研究： 化学反应速率的影响因素 反应机理首 页 上一页 下一页 末 页 1

第一节 化学反应速率及速率方程一 化学反应速率的定义及测定方法 对反应：aA+bB yY+zZ1 dc A 1 dc B 1 dcY 1 dc Z a dt b dt y dt z dt A Bdc A dt dc B dt Y ZdcY dt dc Z dt

A、B的消 耗速率

Y、Z的增长 速率

首

页

上一页

下一页

末

页

一c

化学反应速率的定义及测定方法dc P dt

产物

若为理想混合气体:

pB=cBRTdc R dt

反应物

B , p

dp B dc B RT dt dt

t

首

页

上一页

下一页

末

页

二 基元反应和非基元反应基元反应(简单反应):

反应物分子碰撞中直接转化为产物非基元反应(复杂反应): 多个基元反应完成的总反应 如： I2(g) + M0 H2(g) + I2(g) = 2HI(g) = 2I· + M0 (M0:能量高的H2或I2分子)

H2(g) + I·+I·= HI+HI (I·

化学动力学基础（一）

1．反应3O2 --?2O3，其速率方程 -d[O2]/dt = k[O3][O2] 或 d[O3]/dt = k'[O3][O2]，那

么k与k'的关系是：参考答案: A

(A)2k = 3k' ；

2. 气相反应 A + 2B ─→ 2C，A 和 B 的初始压力分别为 p(A)和 p(B)，反应开始时 并无 C，若 p 为体系的总压力，当时间为 t 时，A 的分压为： ( ) 参考答案: C

(A) p(A)- p(B) (C) p - p(B)

(B) p - 2p(A) (D) 2(p - p(A)) - p(B)

(B)

k = k' ；

(C) 3k = 2k' ；

(D)

(1/2)k =(1/3)k' 。

22

3．关于反应速率r，表达不正确的是：参考答案: C

(A) 与体系的大小无关而与浓度大小有关 ； (B) 与各物质浓度标度选择有关 ； (C) 可为正值也可为负值 ； (D) 与反应方程式写法无关 。

4．基元反应体系aA + dD  gG的速率表达式中，不正确的是：参考答案: C

(A) -d[A]/dt = kA[A]a[D]d ； (C) d[G]/dt = kG[G]g ；

第二章 化学热力学基础及化学平衡

1. 有一活塞，其面积为60cm2，抵抗3atm的外压，移动了20cm，求所作的功。 (1)用焦耳； (2)用卡来表示。

2. 1dm3气体在绝热箱中抵抗1atm的外压膨胀到10dm3。计算： (1)此气体所作的功；(2)内能的变化量；(3)环境的内能变化量。

3. 压力为5.1atm，体积为566dm3的流体，在恒压过程中，体积减少到1/2， (1)求对流体所作的功

(2)求流体的内能减少365.75kJ时，流体失去的热量？

4. 在一汽缸中，放入100g的气体。此气体由于压缩，接受了2940kJ的功，向外界放出了2.09kJ的热量。试计算每千克这样的气体内能的增加量。

5. 在1atm、100℃时，水的摩尔汽化热为40.67kJ?mol1，求：1mol水蒸汽和水的内能差？

－

(在此温度和压力下，水蒸汽的摩尔体积取作29.7dm3)

6. 某体系吸收了3.71kJ的热量，向外部作了1.2kJ的功，求体系内部能量的变化。 7. 某体系作绝热变化，向外部作了41.16kJ的功， 求此体系内能的变化量。

8. 有一气体，抵抗2atm的外压从10

1--化学动力学基础

[教学要求]

1．掌握化学反应速率的基本概念及表示方法。

2．掌握反应机理概念，掌握有效碰撞理论，了解过渡状态理论，掌握活化能、活化分子的概念及其意义。 3．掌握浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响及浓度、温度对化学反应速率影响的定量关系：质量作用定律，化学反应的温度因子，熟悉阿仑尼乌斯方程及其应用。 [教学重点]

1．反应机理的概念，有效碰撞理论，过渡状态理论，活化能、活化分子的概念及其意义。

2．浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响及浓度、温度对化学反应速率影响的定量关系：质量作用定律，化学反应的温度因子，阿仑尼乌斯方程及其应用 [教学难点]

1．有效碰撞理论，过渡状态理论，活化能、活化分子的概念。 2．阿仑尼乌斯方程。 [主要内容]

1．化学反应速率的基本概念及表示方法：平均速率和瞬时速率，同一反应用不同物系表示速率时这些速率间的关系。 2．反应机理（反应历程）概念：基元反应和非基元反应、反应分子数（单分子反应、双分子反应、三分子反应）。 3．反应速率理论简介：有效碰撞理论的基本要点，有效碰撞的条件，有效碰撞、活化能、活化分子的概念，碰撞频率因子与化学反应临界能或阀能的关系公式，活

1.某反应进行时，反应物浓度与时间成线性关系，则此反应的衰期与反应物初始浓度（A）

A.成正比 B.成反比 C.平方成反比 D.无关

解析：反应为零级反应

2.已知二级反应的半衰期 t?＝1/k2c0，则t?应为（B）

A.2/k2c0 B.1/3k2c0 C.3/k2c0 D.4/k2c0

解析：t?=1/k2c0×1/4÷（1-1/4）=1/3k2c0

3.某反应只有一种反应物,其转化率达到75%的时间是转化率达到50%的时间的两倍,反应转化率达到64%的时间转化率达到x %的时间的两倍,则x 为 ( C ) A.32 B.36 C.40 D.60 解析：一级反应的特点： t1/2 : t3/4 : t7/8= 1 : 2 : 3 t = 1/k1ln[1/(1?α)]

t(64%)/t(x %)=2=ln[1/(1?0.64)]/ln[1/(1?x %)] [1/(1?x %)]= 1/0.36 ? 1?x % =0.6 x % = 0.4

4.某反应，其半衰期与起始浓度成反比， 则反应完成87.5%所需时 间

化学动力学自测试题 一、是非判断

1. 反应速率常数 kA与反应物的浓度有关 2. 反应级数不可能为负数 3. 一级反应肯定是单分子反应 4. 质量作用定律只适用于基元反应

5. 对二级反应来说，反应物转化同一百分数时，若反应物的起始浓度越低，则所需的时间

越短

6. 催化剂只能加快反应速率，而不能改变化学反应的标准平衡常数

7. 对同一化学反应，活化能一定则反应的起始温度越低，反应的速率常数对温度的变化越

敏感 8. Arrhenius 活化能的定义是Ea?RT2dlnk dTcA,02kA9. 对于基元反应，反应速率常数随温度的升高而增大。 10. 若反应 A → Y，对A为零级，则A的半衰期t1/2=

。

11. 设对行反应正方向是放热的，并假定正、逆反应都是基元反应，则升高温度更有利于增

大正反应的速率系数

12. 鞍点是反应的最低能量途径上的最高点，但它不是势能面上的最高点，也不是势能面上

的最低点

13. 光化学的量子效率不可能大于1。 14. 阿伦尼乌斯方程适用于一切化学反应 二、选择题

1. 反应 ：A+2B→Y，若其速率方程为 ?dcAdc?kAcAcB或 ?B?kBcAcB，则 kA 、kBdtdt的关系是（ ）

A. kA=k

普通化学课件

第五章化学动力学基础The Basis of Chemical Dynamics

普通化学课件

文物是不可再生的资源随着空气中二氧化硫浓度的增加,使得酸雨的“浓度”也在增加。结果文物被腐蚀的速度也在加快。

化学动力学研究的是反应进行的速率,并根据研究反应速率提供的信息探讨反应机理，即研究反应的快慢和反应进行的途径。 H2与O2具有生成H2O的强烈趋势,但室温下气体混合物放置1万年仍看不出生成H2O的迹象。为了利用这个反应释放的巨大能量,就必须提供适当的动力学条件。因此，化学动力学研究还在于其实用意义。

普通化学课件

5.1化学反应的平均速率和瞬时速率 Average rate and instantaneous rate of chemical reaction 5.2反应速率理论简介 Brief introductory to reaction rate theory 5.3影响化学反应速率的因素 Influential factors on chemical reaction rate 5.4化学反应机理及其研究方法 Chemical reaction mechanism and the study methods

普通化学课件

5.1化学