化學動力學教案

1、化工化學系教案序號45周次十六授課形式講授授課章節(jié)名稱第八章化學動力學 第一節(jié)化學反應速率教學目的1、了解化學反應速率的定義，基元反應和復合反應。2、了解基元反應的速率方程質量作用定律。3、了解反應速率系數(shù)，反應級數(shù)。教學重點質量作用定律、反應級數(shù)教學難點質量作用定律、反應級數(shù)使用教具課外作業(yè)課后體會授課主要內容【復習舊課】 上次課主要介紹了電化學?！疽诵抡n】今天我們開始與大家一起學習化學動力學?！局v述新課】第八章化學動力學第一節(jié) 化學反應速率一、化學反應速率的定義用單位體積內反應進度隨時間的變化度來表示反應進行的快慢，稱為反應速率，用符號“”表示即 由反應進度定義可知，所以反應速率的定義式

2、也寫成這就是恒容反應速率的定義式。對于上式表示的任意反應，恒容反應速率可具體表示為顯然，反應速率與物質B的選擇無關，但與化學計量方程式的寫法有關。為了討論問題方便，常采用某物質的消耗速率或某指定產物的生成速率來表示反應進行的快慢。定義恒容下反應物的消耗速率為對同一化學反應用不同組分來表示的速度其數(shù)值不相同，但彼此之間可換算。二、反應速率的圖解表示1、圖中兩條曲線分別表示反應物濃度CB和產物濃度CE隨反應時間的變化。在t時刻的反應速度是t曲線上該點的切線斜率。三、基元反應和復合反應基元反應是指一步能夠完成的反應一個化學反應，從反應物分子轉變成產物分子所經歷的那些基元反應，可以代表該反應進行的途徑

3、，這些反應途徑在化學動力學中稱為反應機理（或反應歷程）?；磻蟹磻锏牧Ｗ樱梢允窃印⒎肿?、離子、自由基等）數(shù)目叫做反應分子數(shù)。只有一個粒子參于的反應稱為單分子反應，由兩個粒子參加的反應為雙分子反應。由兩種或兩種以上基元反應所組成的總反應稱為非基元反應，或稱為復合反應。絕大部分宏觀反應都是復合反應。復合反應由哪幾個基元反應組成，即反應物分子變成產物分子所經歷的途徑，稱為反應的機理?；磻目偤途褪菑秃戏磻；磻?，反應物微粒數(shù)目稱為反應分子數(shù)。根據(jù)反應分子數(shù)可以將基元反應粉為單分子反應，雙分子反應，三分子反應，最常見的是雙分子反應，單分子反應次之，三分子反應較罕見。四、基元反應的速

4、率方程質量作用定律經驗表明，基元反應速度與各反應物濃度的乘積成正比，而各反應物濃度的指數(shù)就是基元反應方程式中各相應物質的計量系數(shù)。這一規(guī)律稱為質量作用定律。若有基元反應aA+Bb 產物則基元反應的速度方程式為9-5基元反應為數(shù)不多，大多數(shù)化學反應為非基元反應。非基元反應速度方程式不能直接應用質量作用定律，它正是我們要研究的重點。五、反應級數(shù)實驗證明，許多化學反應的速率方程具有以下冪數(shù)形式,分別叫對反應物A及B的反應級數(shù)，若令+=n叫反應的總級數(shù)，簡稱反應級數(shù)。反應級數(shù)一般是通過動力學實驗確定的，而不是根據(jù)反應的計量方程寫出來的，即一般a,b。反應級數(shù)和反應分子數(shù)屬于不同范疇的概念。六、反應速率

5、常數(shù)k叫反應速率常數(shù)。k的物理意義是當反應物A、B的物質的量濃度c、c均為單位物質的量濃度時的反應速率，故也稱為比速率?！颈竟?jié)小結】本次課主要介紹了化學反應速率的定義，基元反應和復合反應，基元反應的速率方程質量作用定律。反應速率系數(shù)，反應級數(shù)?；せ瘜W系教案序號46周次十六授課形式講授授課章節(jié)名稱第八章化學動力學第一節(jié)化學反應速率教學目的1、 了解一級反應的特征。2、 了解二級反應的特征。3、 了解半衰期的計算。教學重點半衰期的計算教學難點半衰期的計算使用教具課外作業(yè)P300，4、5、6、7課后體會授課主要內容【復習舊課】 上次課主要介紹了化學反應速率的定義，基元反應和復合反應，基元反應的速率

6、方程質量作用定律。反應速率系數(shù)，反應級數(shù)?！疽诵抡n】今天我們開始與大家一起學習化學動力學具有簡單級數(shù)的化學反應?！局v述新課】第八章化學動力學第二節(jié)具有簡單級數(shù)的化學反應一、一級反應若實驗確定某反應物A的消耗速率與反應物A的物質的量濃度一次方成正比，則為一級反應，其微分速率方程為積分后得(2)當由或xA=0.5時，所需時間用t1/2表示，叫反應的半衰期。由式即一級反應的t1/2與反應物A的初始的物質的量濃度無關.這是一級反應的第二個特征。(3)式(8-19)為一直線方程，即lncAt圖為直線，如圖8-1所示，圖為一直線，由直線的斜率可求kA。這是一級反應的第三個特征。二、二級反應反應速率與反應

7、物濃度的二次方成正比只有一種反應物的二級反應的特征（1）二級反應的速率系數(shù)k的單位為c-1×t-1。（2）二級反應的半衰期與反應物A初始的物質的量濃度成反比，這是二級反應的第二個特征。則即（3）只有一種反應物時的二級反應的積分速率圖為一直線，如圖8-2所示，由直線的斜率可求得k。【本節(jié)小結】本次課主要介紹了一級反應的特征、二級反應的特征、半衰期的計算?；せ瘜W系教案序 號47周 次十六授課形式講 授授課章節(jié)名稱第五節(jié)溫度對反應速率的影響第六節(jié)催化劑的基本特征教 學 目 的1、基本了解溫度對反應速率的影響，特別是活化能的定義。2、基本了解催化劑的基本特征。教 學 重 點溫度對反應速率的

8、影響催化劑的基本特征教 學 難 點溫度對反應速率的影響使 用 教 具課 外 作 業(yè)課 后 體 會授 課 主 要 內 容【引入新課】前面主要介紹了一級和二級反應，今天主要介紹溫度、催化劑對反應速度的影響?！局v述新課】第五節(jié) 溫度對反應速率的影響溫度是影響反應速率的重要因素之一。其基本規(guī)律大體分成五類，如圖9-5所示。一級反應 爆炸反應 酶催化反應 某些碳氫化合物的氧化反應 NO的氧化反應 反應速度隨溫度升高而且下降。這種類型最為罕見。本節(jié)主要討論反應類型（1），溫度對其速度影響的定量規(guī)律。由化學反應速率方程式（9-6）可知，反應速度取決于速度常數(shù)和反應物濃度。溫度主要是影響反應速度常數(shù)值，那么值

9、同反應溫度存在何種關系呢？一、阿侖尼烏斯方程 若以lnA代替C，則式（9-18）可簡化成 E反應的活化能（物理意義詳見后述），單位J·mol-1；A頻率因子，單位同k值告訴我們，反應速度常數(shù)按溫度的指數(shù)規(guī)律變化，要確定任意溫度下的k值，首先要確定該反應的活化能和頻率因子，通常由實驗測定不同溫度下的k值，然后按式（9-18）或（9-18）中的lnk或lgk對1/T作圖，得一直線，由斜率和截距分別求得反應的活化能和頻率因子。二、活化能在反應體系中，并非所有互相碰撞的反應物都會即刻反應，而只有部分具有足夠高能量的分子才發(fā)生反應，這部分分子稱為活化分子；它們所處的狀態(tài)稱為活化狀態(tài)。對于單分子

10、反應：B G.反應物B變成產物G必須經過一個活化狀態(tài)B*，換句話說，反應物B必須吸收能量E才能達到平均摩爾能的活化狀態(tài)Um*，然后進行反應變成產物G。同理，若逆反應在熱力學上允許的話，反應沿原來途徑返回，則物質G必須吸收能量才能達到活化狀態(tài)，然后變成B物質。這里E和分別稱為正反應的活化能和逆反應的活化能。基元反應的活化能是反應體系中活化分子的平均摩爾能與反應物分子的平均數(shù)摩托車爾能之差值。這稱為阿侖尼烏斯活化能的托爾曼解釋。應該強調這種解釋只適用于基元反應.表觀活化能的數(shù)值同基元反應活化能一樣反映了化學反應速度的相對快慢和溫度對反應速度的影響程度的大小。一般化學反應的活化能約在50KJmol-

11、1-300KJmol-1之間。若有兩個反應的頻率因子近似相同，而活化能分別為100KJmol-1和110KJmol-1即E2-E1=10KJmol-1則在500K時即在相同反應條件下兩個反應速度約相差11倍。表9-5列出了反應活化能不同時，反應速度增高一倍需要提高溫度的值。由此可得到如下結論：在相同溫度下，活化能越小的反應，其速度越大，即反應速度快。對同一反應，速度常數(shù)隨溫度的變化率在低溫下較大，在高溫下較小。對不同的反應（在相同溫度下比較時），活化能越大，其速度常數(shù)隨溫度有變化率越大?；磻幕罨苁欠磻w系中活化分子的平均摩爾能與反應物分子的平均數(shù)摩爾能之差值。這稱為阿侖尼烏斯活化能的托

12、爾曼解釋。應該強調這種解釋只適用于基元反應，盡管實驗表明，阿侖尼烏斯方程式也適用于非基元反應。然而，由此得到的活化能是一種表觀活化能。由此可得到如下結論：在相同溫度下，活化能越小的反應，其速度越大，即反應速度快。對同一反應，速度常數(shù)隨溫度的變化率在低溫下較大，在高溫下較小。對不同的反應（在相同溫度下比較時），活化能越大，其速度常數(shù)隨溫度有變化率越大。也就是說，幾個反應同時，高溫對活化能較大的反應有利，低溫對活化能較小的反應有利。工業(yè)生產上常利用這些特殊性來加速主反應，抑制副反應。【本節(jié)小結】 本節(jié)課主要介紹了溫度對反應速度的影響，特別是活化能的定義?；せ瘜W系教案序 號48周 次十六授課形式講

13、 授授課章節(jié)名稱第八節(jié)催化反應 第九節(jié)多相催化反應教 學 目 的基本了解催化劑的基本特征。教 學 重 點催化劑的基本特征教 學 難 點催化劑的基本特征使 用 教 具課 外 作 業(yè)課 后 體 會授 課 主 要 內 容【復習舊課】前面主要介紹了溫度對反應速度的影響【引入新課】今天介紹催化劑對反應速度的影響。【講述新課】第八節(jié)催化反應1.催化劑與催化作用(1)幾個基本術語i催化劑(觸媒)：加入少量即能顯著改變反應速率而自身在反應前后的數(shù)量和化學性質都不發(fā)生變化的物質。當催化劑作用是加快反應速率時，稱為正催化劑；當催化劑作用是減慢反應速率時，稱為負催化劑或阻化劑。由于正催化劑應用較廣泛，故一般所指的催

14、化劑是指正催化劑。ii自催化作用：反應產物能加速反應速率的作用。如：橡膠的老化；一些氧化還原反應：KMnO7與(COOH)2反應，Mn2+為催化劑。iii催化反應：有催化劑參加的反應。催化反應有許多種：按相狀態(tài)分類：均相催化反應催化劑和反應物處于同一相中。多相催化反應催化劑和反應物不處于同一相中。酶催化反應催化劑分子大小已達膠體粒子范圍，其催化反應介于均相和多相之間。按催化劑是否有生物活性分類：可將催化反應分為化學催化反應和生物催化反應。按催化作用機理分類：可將催化反應分為酸堿催化、絡合催化、半導體催化等。A:催化劑的主要類型酸堿催化劑絡合催化劑.酶催化劑金屬及合金催化劑其它類型催化劑G關于催

15、化劑的一些基本知識：催化劑的活性與活性中心:催化劑的活性其加快反應速率能力的大小?；钚灾行墓腆w催化劑表面具有催化能力的活性部位，它占整個催化劑固體表面的很少部分?；钚灾行耐谴呋瘎┑木w的棱、角、臺階、缺陷等部位，或晶體表面的游離原子等。催化劑的壽命、中毒與再生: (2)催化作用的基本特征在催化反應前后，催化劑的數(shù)量及化學性質均不發(fā)生改變，但某些物理性質可能改變。催化劑參與反應，改變反應途徑，降低活化能，使反應速率顯著加快。由于催化劑不能改變反應的始態(tài)和終態(tài)，所以催化劑不能發(fā)生改變反應的狀態(tài)函數(shù)變化量(如)不改變化學平衡。催化劑只能縮短反應系統(tǒng)到達平衡所需的時間，但不能改變反應系統(tǒng)在平衡時的

16、狀態(tài)。具有特殊的選擇性和活性。少量雜質對催化作用的影響助催化利毒物學反應催化劑中毒現(xiàn)象可分為：暫時性中毒永久性中毒選擇性中毒第九章多相催化反應多相催化反應是指反應體系處在二個或兩個以上相態(tài)的催化反應。固體催化劑對氣體或液體的催化反應，稱為氣固催和液固催化。在化工生產中，大多數(shù)是氣固相催化反應。多相催化反應通常都在兩相接觸的界面上，產生特殊的化學變化。因此，多相催化反應速度的影響因素要比單相催化反應復雜得多。當固體催化劑浸入溶液（可以是氣態(tài)或液態(tài)）時，反應過程可分成五步：反應物分子向固體表面（包括外表面和孔隙內表面）擴散；反應物分子被固體表面吸附。在固體表面上活化的反應物分子發(fā)生化學反應，生成產

17、物。產物分子從固體表面上脫附。產物分子從固體表面向外擴散。其中（1）（5）是物理擴散過程，（2）（4）是吸附和脫附，（3）是固體表面的反應過程。任何一步最慢的過程都可成為多相催化反應速度控制步驟。通常液態(tài)溶液的攪拌能增加擴散速度；固體表面積的增加能加速吸附過程。因此，催化劑一般都要求高度分散，具有較大的比表面，甚至用少量的催化劑分散在多孔的具有高比表面的物質（通常稱為載體）上，以增加催化劑的接觸表面，迅速擴散在固體表面附近的產物分子有利于加速固體表面上產物分子的脫附。一些液固相反應由于擴散速度較慢。常為擴散控制的催化反應，但多數(shù)氣固相反應都是表面反應最慢。過程（3）是反應的控制步驟?！颈竟?jié)小結

18、】 本節(jié)課主要介紹了催化劑的基本特征。化工化學系教案序號49周次十七授課形式復習授課章節(jié)名稱第八章 復習教學目的復習教學重點教學難點使用教具課外作業(yè)課后體會授課主要內容【講述新課】一、 主要基本概念1、 反應速率2、 基元反應3、 復合反應4、 反應分子數(shù)5、 反應速率方程6、 反應級數(shù)7、 反應速率常數(shù)8、 活化分子、活化能9、 催化劑、催化作用二、 主要理論、定律和方程式1、 質量作用定律2、 一級反應3、 二級方程4、 阿倫尼烏斯方程【本節(jié)小結】本次課主要是復習?；せ瘜W系教案序號50周次十七授課形式復習授課章節(jié)名稱復習教學目的復習教學重點教學難點使用教具課外作業(yè)課后體會授課主要內容【復習舊課】【引人新課】。【講述新課】一、 填空題：(50分)1、理想氣體狀態(tài)方程式、分壓定律與分體積定律2、熱力學第一定律及Q、W的正負與計算3、恒壓熱與恒容熱之差4、反應進度，用符號“”表示。其定義式4。5、理想氣體5恒溫可逆膨脹，若過程的，計算終態(tài)壓強P和6、自發(fā)過程定義和特征。7、相律分析7各反應平衡后體系：8、（p的單位為Pa）9、升華的條件10、具有最大正偏差的真