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文檔簡介

1、化工化學(xué)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(xué)動力學(xué) 第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率教學(xué)目的1、了解化學(xué)反應(yīng)速率的定義,基元反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)。2、了解基元反應(yīng)的速率方程質(zhì)量作用定律。3、了解反應(yīng)速率系數(shù),反應(yīng)級數(shù)。教學(xué)重點質(zhì)量作用定律、反應(yīng)級數(shù)教學(xué)難點質(zhì)量作用定律、反應(yīng)級數(shù)使用教具課外作業(yè)課后體會授課主要內(nèi)容【復(fù)習(xí)舊課】 上次課主要介紹了電化學(xué)?!疽诵抡n】今天我們開始與大家一起學(xué)習(xí)化學(xué)動力學(xué)?!局v述新課】第八章化學(xué)動力學(xué)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率一、化學(xué)反應(yīng)速率的定義用單位體積內(nèi)反應(yīng)進度隨時間的變化度來表示反應(yīng)進行的快慢,稱為反應(yīng)速率,用符號“”表示即 由反應(yīng)進度定義可知,所以反應(yīng)速率的定義式

2、也寫成這就是恒容反應(yīng)速率的定義式。對于上式表示的任意反應(yīng),恒容反應(yīng)速率可具體表示為顯然,反應(yīng)速率與物質(zhì)B的選擇無關(guān),但與化學(xué)計量方程式的寫法有關(guān)。為了討論問題方便,常采用某物質(zhì)的消耗速率或某指定產(chǎn)物的生成速率來表示反應(yīng)進行的快慢。定義恒容下反應(yīng)物的消耗速率為對同一化學(xué)反應(yīng)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(yīng)速率的圖解表示1、圖中兩條曲線分別表示反應(yīng)物濃度CB和產(chǎn)物濃度CE隨反應(yīng)時間的變化。在t時刻的反應(yīng)速度是t曲線上該點的切線斜率。三、基元反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng)基元反應(yīng)是指一步能夠完成的反應(yīng)一個化學(xué)反應(yīng),從反應(yīng)物分子轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物分子所經(jīng)歷的那些基元反應(yīng),可以代表該反應(yīng)進行的途徑

3、,這些反應(yīng)途徑在化學(xué)動力學(xué)中稱為反應(yīng)機理(或反應(yīng)歷程)?;磻?yīng)中反應(yīng)物的粒子(可以是原子、分子、離子、自由基等)數(shù)目叫做反應(yīng)分子數(shù)。只有一個粒子參于的反應(yīng)稱為單分子反應(yīng),由兩個粒子參加的反應(yīng)為雙分子反應(yīng)。由兩種或兩種以上基元反應(yīng)所組成的總反應(yīng)稱為非基元反應(yīng),或稱為復(fù)合反應(yīng)。絕大部分宏觀反應(yīng)都是復(fù)合反應(yīng)。復(fù)合反應(yīng)由哪幾個基元反應(yīng)組成,即反應(yīng)物分子變成產(chǎn)物分子所經(jīng)歷的途徑,稱為反應(yīng)的機理?;磻?yīng)的總和就是復(fù)合反應(yīng)。基元反應(yīng)中,反應(yīng)物微粒數(shù)目稱為反應(yīng)分子數(shù)。根據(jù)反應(yīng)分子數(shù)可以將基元反應(yīng)粉為單分子反應(yīng),雙分子反應(yīng),三分子反應(yīng),最常見的是雙分子反應(yīng),單分子反應(yīng)次之,三分子反應(yīng)較罕見。四、基元反應(yīng)的速

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

5、常數(shù)k叫反應(yīng)速率常數(shù)。k的物理意義是當(dāng)反應(yīng)物A、B的物質(zhì)的量濃度c、c均為單位物質(zhì)的量濃度時的反應(yīng)速率,故也稱為比速率?!颈竟?jié)小結(jié)】本次課主要介紹了化學(xué)反應(yīng)速率的定義,基元反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng),基元反應(yīng)的速率方程質(zhì)量作用定律。反應(yīng)速率系數(shù),反應(yīng)級數(shù)?;せ瘜W(xué)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(xué)動力學(xué)第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率教學(xué)目的1、 了解一級反應(yīng)的特征。2、 了解二級反應(yīng)的特征。3、 了解半衰期的計算。教學(xué)重點半衰期的計算教學(xué)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(nèi)容【復(fù)習(xí)舊課】 上次課主要介紹了化學(xué)反應(yīng)速率的定義,基元反應(yīng)和復(fù)合反應(yīng),基元反應(yīng)的速率

6、方程質(zhì)量作用定律。反應(yīng)速率系數(shù),反應(yīng)級數(shù)?!疽诵抡n】今天我們開始與大家一起學(xué)習(xí)化學(xué)動力學(xué)具有簡單級數(shù)的化學(xué)反應(yīng)?!局v述新課】第八章化學(xué)動力學(xué)第二節(jié)具有簡單級數(shù)的化學(xué)反應(yīng)一、一級反應(yīng)若實驗確定某反應(yīng)物A的消耗速率與反應(yīng)物A的物質(zhì)的量濃度一次方成正比,則為一級反應(yīng),其微分速率方程為積分后得(2)當(dāng)由或xA=0.5時,所需時間用t1/2表示,叫反應(yīng)的半衰期。由式即一級反應(yīng)的t1/2與反應(yīng)物A的初始的物質(zhì)的量濃度無關(guān).這是一級反應(yīng)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(yīng)的第三個特征。二、二級反應(yīng)反應(yīng)速率與反應(yīng)

7、物濃度的二次方成正比只有一種反應(yīng)物的二級反應(yīng)的特征(1)二級反應(yīng)的速率系數(shù)k的單位為c-1×t-1。(2)二級反應(yīng)的半衰期與反應(yīng)物A初始的物質(zhì)的量濃度成反比,這是二級反應(yīng)的第二個特征。則即(3)只有一種反應(yīng)物時的二級反應(yīng)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?!颈竟?jié)小結(jié)】本次課主要介紹了一級反應(yīng)的特征、二級反應(yīng)的特征、半衰期的計算?;せ瘜W(xué)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(yīng)速率的影響第六節(jié)催化劑的基本特征教 學(xué) 目 的1、基本了解溫度對反應(yīng)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(xué) 重 點溫度對反應(yīng)速率的

8、影響催化劑的基本特征教 學(xué) 難 點溫度對反應(yīng)速率的影響使 用 教 具課 外 作 業(yè)課 后 體 會授 課 主 要 內(nèi) 容【引入新課】前面主要介紹了一級和二級反應(yīng),今天主要介紹溫度、催化劑對反應(yīng)速度的影響?!局v述新課】第五節(jié) 溫度對反應(yīng)速率的影響溫度是影響反應(yīng)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(yīng) 爆炸反應(yīng) 酶催化反應(yīng) 某些碳氫化合物的氧化反應(yīng) NO的氧化反應(yīng) 反應(yīng)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(yīng)類型(1),溫度對其速度影響的定量規(guī)律。由化學(xué)反應(yīng)速率方程式(9-6)可知,反應(yīng)速度取決于速度常數(shù)和反應(yīng)物濃度。溫度主要是影響反應(yīng)速度常數(shù)值,那么值

9、同反應(yīng)溫度存在何種關(guān)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)的活化能和頻率因子。二、活化能在反應(yīng)體系中,并非所有互相碰撞的反應(yīng)物都會即刻反應(yīng),而只有部分具有足夠高能量的分子才發(fā)生反應(yīng),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(yīng):B G.反應(yīng)物B變成產(chǎn)物G必須經(jīng)過一個活化狀態(tài)B*,換句話說,反應(yīng)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(yīng)變成產(chǎn)物G。同理,若逆反應(yīng)在熱力學(xué)上允許的話,反應(yīng)沿原來途徑返回,則物質(zhì)G必須吸收能量才能達到活化狀態(tài),然后變成B物質(zhì)。這里E和分別稱為正反應(yīng)的活化能和逆反應(yīng)的活化能?;磻?yīng)的活化能是反應(yīng)體系中活化分子的平均摩爾能與反應(yīng)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(yīng)該強調(diào)這種解釋只適用于基元反應(yīng).表觀活化能的數(shù)值同基元反應(yīng)活化能一樣反映了化學(xué)反應(yīng)速度的相對快慢和溫度對反應(yīng)速度的影響程度的大小。一般化學(xué)反應(yīng)的活化能約在50KJmol-

11、1-300KJmol-1之間。若有兩個反應(yīng)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(yīng)條件下兩個反應(yīng)速度約相差11倍。表9-5列出了反應(yīng)活化能不同時,反應(yīng)速度增高一倍需要提高溫度的值。由此可得到如下結(jié)論:在相同溫度下,活化能越小的反應(yīng),其速度越大,即反應(yīng)速度快。對同一反應(yīng),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(yīng)(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?yīng)的活化能是反應(yīng)體系中活化分子的平均摩爾能與反應(yīng)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(yīng)該強調(diào)這種解釋只適用于基元反應(yīng),盡管實驗表明,阿侖尼烏斯方程式也適用于非基元反應(yīng)。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(jié)論:在相同溫度下,活化能越小的反應(yīng),其速度越大,即反應(yīng)速度快。對同一反應(yīng),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(yīng)(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(yīng)同時,高溫對活化能較大的反應(yīng)有利,低溫對活化能較小的反應(yīng)有利。工業(yè)生產(chǎn)上常利用這些特殊性來加速主反應(yīng),抑制副反應(yīng)?!颈竟?jié)小結(jié)】 本節(jié)課主要介紹了溫度對反應(yīng)速度的影響,特別是活化能的定義?;せ瘜W(xué)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(yīng) 第九節(jié)多相催化反應(yīng)教 學(xué) 目 的基本了解催化劑的基本特征。教 學(xué) 重 點催化劑的基本特征教 學(xué) 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(nèi) 容【復(fù)習(xí)舊課】前面主要介紹了溫度對反應(yīng)速度的影響【引入新課】今天介紹催化劑對反應(yīng)速度的影響?!局v述新課】第八節(jié)催化反應(yīng)1.催化劑與催化作用(1)幾個基本術(shù)語i催化劑(觸媒):加入少量即能顯著改變反應(yīng)速率而自身在反應(yīng)前后的數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)都不發(fā)生變化的物質(zhì)。當(dāng)催化劑作用是加快反應(yīng)速率時,稱為正催化劑;當(dāng)催化劑作用是減慢反應(yīng)速率時,稱為負催化劑或阻化劑。由于正催化劑應(yīng)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(yīng)產(chǎn)物能加速反應(yīng)速率的作用。如:橡膠的老化;一些氧化還原反應(yīng):KMnO7與(COOH)2反應(yīng),Mn2+為催化劑。iii催化反應(yīng):有催化劑參加的反應(yīng)。催化反應(yīng)有許多種:按相狀態(tài)分類:均相催化反應(yīng)催化劑和反應(yīng)物處于同一相中。多相催化反應(yīng)催化劑和反應(yīng)物不處于同一相中。酶催化反應(yīng)催化劑分子大小已達膠體粒子范圍,其催化反應(yīng)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(yīng)分為化學(xué)催化反應(yīng)和生物催化反應(yīng)。按催化作用機理分類:可將催化反應(yīng)分為酸堿催化、絡(luò)合催化、半導(dǎo)體催化等。A:催化劑的主要類型酸堿催化劑絡(luò)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(guān)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(yīng)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(yīng)前后,催化劑的數(shù)量及化學(xué)性質(zhì)均不發(fā)生改變,但某些物理性質(zhì)可能改變。催化劑參與反應(yīng),改變反應(yīng)途徑,降低活化能,使反應(yīng)速率顯著加快。由于催化劑不能改變反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài),所以催化劑不能發(fā)生改變反應(yīng)的狀態(tài)函數(shù)變化量(如)不改變化學(xué)平衡。催化劑只能縮短反應(yīng)系統(tǒng)到達平衡所需的時間,但不能改變反應(yīng)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(zhì)對催化作用的影響助催化利毒物學(xué)反應(yīng)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(yīng)多相催化反應(yīng)是指反應(yīng)體系處在二個或兩個以上相態(tài)的催化反應(yīng)。固體催化劑對氣體或液體的催化反應(yīng),稱為氣固催和液固催化。在化工生產(chǎn)中,大多數(shù)是氣固相催化反應(yīng)。多相催化反應(yīng)通常都在兩相接觸的界面上,產(chǎn)生特殊的化學(xué)變化。因此,多相催化反應(yīng)速度的影響因素要比單相催化反應(yīng)復(fù)雜得多。當(dāng)固體催化劑浸入溶液(可以是氣態(tài)或液態(tài))時,反應(yīng)過程可分成五步:反應(yīng)物分子向固體表面(包括外表面和孔隙內(nèi)表面)擴散;反應(yīng)物分子被固體表面吸附。在固體表面上活化的反應(yīng)物分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成產(chǎn)

17、物。產(chǎn)物分子從固體表面上脫附。產(chǎn)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(yīng)過程。任何一步最慢的過程都可成為多相催化反應(yīng)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(zhì)(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(chǎn)物分子有利于加速固體表面上產(chǎn)物分子的脫附。一些液固相反應(yīng)由于擴散速度較慢。常為擴散控制的催化反應(yīng),但多數(shù)氣固相反應(yīng)都是表面反應(yīng)最慢。過程(3)是反應(yīng)的控制步驟?!颈竟?jié)小結(jié)

18、】 本節(jié)課主要介紹了催化劑的基本特征?;せ瘜W(xué)系教案序號49周次十七授課形式復(fù)習(xí)授課章節(jié)名稱第八章 復(fù)習(xí)教學(xué)目的復(fù)習(xí)教學(xué)重點教學(xué)難點使用教具課外作業(yè)課后體會授課主要內(nèi)容【講述新課】一、 主要基本概念1、 反應(yīng)速率2、 基元反應(yīng)3、 復(fù)合反應(yīng)4、 反應(yīng)分子數(shù)5、 反應(yīng)速率方程6、 反應(yīng)級數(shù)7、 反應(yīng)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(zhì)量作用定律2、 一級反應(yīng)3、 二級方程4、 阿倫尼烏斯方程【本節(jié)小結(jié)】本次課主要是復(fù)習(xí)。化工化學(xué)系教案序號50周次十七授課形式復(fù)習(xí)授課章節(jié)名稱復(fù)習(xí)教學(xué)目的復(fù)習(xí)教學(xué)重點教學(xué)難點使用教具課外作業(yè)課后體會授課主要內(nèi)容【復(fù)習(xí)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(xué)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(yīng)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(yīng)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

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