化學(xué)動(dòng)力學(xué)教案

1、化工化學(xué)系教案序號(hào)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(dòng)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(jí)數(shù)。教學(xué)重點(diǎn)質(zhì)量作用定律、反應(yīng)級(jí)數(shù)教學(xué)難點(diǎn)質(zhì)量作用定律、反應(yīng)級(jí)數(shù)使用教具課外作業(yè)課后體會(huì)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(dòng)力學(xué)?！局v述新課】第八章化學(xué)動(dòng)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(jìn)度隨時(shí)間的變化度來(lái)表示反應(yīng)進(jìn)行的快慢，稱為反應(yīng)速率，用符號(hào)“”表示即 由反應(yīng)進(jìn)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(duì)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(wú)關(guān)，但與化學(xué)計(jì)量方程式的寫法有關(guān)。為了討論問(wèn)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(lái)表示反應(yīng)進(jìn)行的快慢。定義恒容下反應(yīng)物的消耗速率為對(duì)同一化學(xué)反應(yīng)用不同組分來(lái)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(shí)間的變化。在t時(shí)刻的反應(yīng)速度是t曲線上該點(diǎn)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(gè)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(jìn)行的途徑

3、，這些反應(yīng)途徑在化學(xué)動(dòng)力學(xué)中稱為反應(yīng)機(jī)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(gè)粒子參于的反應(yīng)稱為單分子反應(yīng)，由兩個(gè)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(gè)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(jī)理?；磻?yīng)的總和就是復(fù)合反應(yīng)?；磻?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(yàn)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(jì)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(diǎn)。五、反應(yīng)級(jí)數(shù)實(shí)驗(yàn)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(duì)反應(yīng)物A及B的反應(yīng)級(jí)數(shù)，若令+=n叫反應(yīng)的總級(jí)數(shù)，簡(jiǎn)稱反應(yīng)級(jí)數(shù)。反應(yīng)級(jí)數(shù)一般是通過(guò)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)確定的，而不是根據(jù)反應(yīng)的計(jì)量方程寫出來(lái)的，即一般a,b。反應(yīng)級(jí)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(shí)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(jí)數(shù)?；せ瘜W(xué)系教案序號(hào)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(dòng)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(jí)反應(yīng)的特征。2、 了解二級(jí)反應(yīng)的特征。3、 了解半衰期的計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)半衰期的計(jì)算教學(xué)難點(diǎn)半衰期的計(jì)算使用教具課外作業(yè)P300，4、5、6、7課后體會(huì)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(jí)數(shù)。【引人新課】今天我們開始與大家一起學(xué)習(xí)化學(xué)動(dòng)力學(xué)具有簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)的化學(xué)反應(yīng)。【講述新課】第八章化學(xué)動(dòng)力學(xué)第二節(jié)具有簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)的化學(xué)反應(yīng)一、一級(jí)反應(yīng)若實(shí)驗(yàn)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(jí)反應(yīng)，其微分速率方程為積分后得(2)當(dāng)由或xA=0.5時(shí)，所需時(shí)間用t1/2表示，叫反應(yīng)的半衰期。由式即一級(jí)反應(yīng)的t1/2與反應(yīng)物A的初始的物質(zhì)的量濃度無(wú)關(guān).這是一級(jí)反應(yīng)的第二個(gè)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(jí)反應(yīng)的第三個(gè)特征。二、二級(jí)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(jí)反應(yīng)的特征（1）二級(jí)反應(yīng)的速率系數(shù)k的單位為c-1×t-1。（2）二級(jí)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(jí)反應(yīng)的第二個(gè)特征。則即（3）只有一種反應(yīng)物時(shí)的二級(jí)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(jí)反應(yīng)的特征、二級(jí)反應(yīng)的特征、半衰期的計(jì)算?；せ瘜W(xué)系教案序 號(hào)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(duì)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(duì)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(diǎn)溫度對(duì)反應(yīng)速率的

8、影響催化劑的基本特征教 學(xué) 難 點(diǎn)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響使 用 教 具課 外 作 業(yè)課 后 體 會(huì)授 課 主 要 內(nèi) 容【引入新課】前面主要介紹了一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)，今天主要介紹溫度、催化劑對(duì)反應(yīng)速度的影響?！局v述新課】第五節(jié) 溫度對(duì)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(jí)反應(yīng) 爆炸反應(yīng) 酶催化反應(yīng) 某些碳?xì)浠衔锏难趸磻?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(duì)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(jiǎn)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(shí)驗(yàn)測(cè)定不同溫度下的k值，然后按式（9-18）或（9-18）中的lnk或lgk對(duì)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(huì)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(duì)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(guò)一個(gè)活化狀態(tài)B*，換句話說(shuō)，反應(yīng)物B必須吸收能量E才能達(dá)到平均摩爾能的活化狀態(tài)Um*，然后進(jìn)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(lái)途徑返回，則物質(zhì)G必須吸收能量才能達(dá)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。基元反應(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(qiáng)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(duì)快慢和溫度對(duì)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(gè)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(shí)即在相同反應(yīng)條件下兩個(gè)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(shí)，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(duì)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(duì)不同的反應(yīng)（在相同溫度下比較時(shí)），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(qiáng)調(diào)這種解釋只適用于基元反應(yīng)，盡管實(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)不同的反應(yīng)（在相同溫度下比較時(shí)），活化能越大，其速度常數(shù)隨溫度有變化率越大。也就是說(shuō)，幾個(gè)反應(yīng)同時(shí)，高溫對(duì)活化能較大的反應(yīng)有利，低溫對(duì)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(lái)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(duì)反應(yīng)速度的影響，特別是活化能的定義。化工化學(xué)系教案序 號(hào)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(diǎn)催化劑的基本特征教 學(xué) 難 點(diǎn)催化劑的基本特征使 用 教 具課 外 作 業(yè)課 后 體 會(huì)授 課 主 要 內(nèi) 容【復(fù)習(xí)舊課】前面主要介紹了溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響【引入新課】今天介紹催化劑對(duì)反應(yīng)速度的影響。【講述新課】第八節(jié)催化反應(yīng)1.催化劑與催化作用(1)幾個(gè)基本術(shù)語(yǔ)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(shí)，稱為正催化劑；當(dāng)催化劑作用是減慢反應(yīng)速率時(shí)，稱為負(fù)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(dá)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(jī)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(shí)：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(gè)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(tái)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(dá)平衡所需的時(shí)間，但不能改變反應(yīng)系統(tǒng)在平衡時(shí)的

16、狀態(tài)。具有特殊的選擇性和活性。少量雜質(zhì)對(duì)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(shí)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(gè)或兩個(gè)以上相態(tài)的催化反應(yīng)。固體催化劑對(duì)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(shí)，反應(yīng)過(guò)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(kuò)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(kuò)散。其中（1）（5）是物理擴(kuò)散過(guò)程，（2）（4）是吸附和脫附，（3）是固體表面的反應(yīng)過(guò)程。任何一步最慢的過(guò)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(kuò)散速度；固體表面積的增加能加速吸附過(guò)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(kuò)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(kuò)散速度較慢。常為擴(kuò)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(guò)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(hào)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(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)使用教具課外作業(yè)課后體會(huì)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(jí)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(jí)反應(yīng)3、 二級(jí)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)?；せ瘜W(xué)系教案序號(hào)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(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)使用教具課外作業(yè)課后體會(huì)授課主要內(nèi)容【復(fù)習(xí)舊課】【引人新課】?！局v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(fù)與計(jì)算3、恒壓熱與恒容熱之差4、反應(yīng)進(jìn)度，用符號(hào)“”表示。其定義式4。5、理想氣體5恒溫可逆膨脹，若過(guò)程的，計(jì)算終態(tài)壓強(qiáng)P和6、自發(fā)過(guò)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