第03節(jié)(化學(xué)反應(yīng)的速率和原子結(jié)構(gòu))解析

1、Fujian Normal UniversityChapter 11l催化劑有特殊的催化劑有特殊的選擇性選擇性：某種催化劑只對(duì)：某種催化劑只對(duì)某一或某種某一或某種反應(yīng)有催化作用，因此不同反反應(yīng)有催化作用，因此不同反應(yīng)要用到不同的催化劑應(yīng)要用到不同的催化劑。l即使同樣的反應(yīng)物即使同樣的反應(yīng)物, ,使用不同的催化劑使用不同的催化劑, ,可可得到得到不同的反應(yīng)產(chǎn)物不同的反應(yīng)產(chǎn)物。如乙烯的催化氧化。如乙烯的催化氧化。C2H4+1/2O2Ag-Al2O3PdCl2-CuCl2CH2CH2OCH3CHO環(huán)氧乙烷環(huán)氧乙烷乙醛乙醛催化劑的選擇性催化劑的選擇性Fujian Normal UniversityCh

2、apter 11催化劑中毒催化劑中毒l往往少量雜質(zhì)就可以使催化劑的活性大幅往往少量雜質(zhì)就可以使催化劑的活性大幅度度降低甚至喪失降低甚至喪失，這種現(xiàn)象稱為催化劑中，這種現(xiàn)象稱為催化劑中毒。但也有雜質(zhì)可以大量增加催化劑的作毒。但也有雜質(zhì)可以大量增加催化劑的作用，這種雜質(zhì)被稱為用，這種雜質(zhì)被稱為助催化劑助催化劑。Fujian Normal UniversityChapter 11酶催化作用酶催化作用l催化劑在動(dòng)植物體內(nèi)廣泛存在，生物體內(nèi)催化劑在動(dòng)植物體內(nèi)廣泛存在，生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)大多由酶催化完成。例如，的各種化學(xué)反應(yīng)大多由酶催化完成。例如，蛋白質(zhì)在體外需要在濃的強(qiáng)酸（或強(qiáng)堿）蛋白質(zhì)在體外需要在

3、濃的強(qiáng)酸（或強(qiáng)堿）中煮沸很長(zhǎng)時(shí)間才能水解（即消化），而中煮沸很長(zhǎng)時(shí)間才能水解（即消化），而在體內(nèi)胃蛋白酶的作用下，只要體溫下較在體內(nèi)胃蛋白酶的作用下，只要體溫下較短時(shí)間就可以完成。短時(shí)間就可以完成。Fujian Normal UniversityChapter 11l酶本質(zhì)上是酶本質(zhì)上是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)，酶催化的特點(diǎn)是，酶催化的特點(diǎn)是高催化高催化效率效率（比非酶催化效率高（比非酶催化效率高1061010倍）和倍）和高高選擇性選擇性（專一性）。（專一性）。l酶的催化活性與酶的催化活性與系統(tǒng)溫度和系統(tǒng)溫度和PH值值有緊密聯(lián)系。有緊密聯(lián)系。例如：一方面提高溫度可以例如：一方面提高溫度可以增加增加酶促反應(yīng)

4、的酶促反應(yīng)的速度（與一般化學(xué)反應(yīng)一樣），另一方面溫速度（與一般化學(xué)反應(yīng)一樣），另一方面溫度過高可引起酶蛋白度過高可引起酶蛋白變性變性，導(dǎo)致酶的失活。，導(dǎo)致酶的失活。因此存在反應(yīng)速度達(dá)到最大值時(shí)的溫度，稱因此存在反應(yīng)速度達(dá)到最大值時(shí)的溫度，稱為某種酶作用的為某種酶作用的最適溫度。最適溫度。 PH值類似。值類似。Fujian Normal UniversityChapter 11催化劑的重要意義催化劑的重要意義l化工生產(chǎn)化工生產(chǎn)8085的流程涉及到催化的流程涉及到催化劑，它使一些本來沒有實(shí)用價(jià)值的反應(yīng)在工劑，它使一些本來沒有實(shí)用價(jià)值的反應(yīng)在工業(yè)中得到應(yīng)用，優(yōu)良的催化劑是加速反應(yīng)的業(yè)中得到應(yīng)用，優(yōu)良

5、的催化劑是加速反應(yīng)的最經(jīng)濟(jì)最有效最經(jīng)濟(jì)最有效的途徑。的途徑。l人體（生物體）人體（生物體）有上千種酶，它們使人有上千種酶，它們使人體的各種生命活動(dòng)得以正常進(jìn)行。如體的各種生命活動(dòng)得以正常進(jìn)行。如DNA的的復(fù)制中復(fù)制中DNA解旋酶和聚合酶就發(fā)揮了重要作解旋酶和聚合酶就發(fā)揮了重要作用。用。Fujian Normal UniversityChapter 1111.7 鏈反應(yīng)（連鎖反應(yīng)）簡(jiǎn)介鏈反應(yīng)（連鎖反應(yīng)）簡(jiǎn)介l鏈反應(yīng)是一類特殊的反應(yīng)，引發(fā)后，通過活鏈反應(yīng)是一類特殊的反應(yīng)，引發(fā)后，通過活性組分會(huì)產(chǎn)生一系列性組分會(huì)產(chǎn)生一系列循環(huán)交替的快速連續(xù)反循環(huán)交替的快速連續(xù)反應(yīng)。應(yīng)。l臭氧層空洞臭氧層空洞人類排放

6、的氯氟烴（縮寫人類排放的氯氟烴（縮寫CFCs ）類物質(zhì)，如）類物質(zhì)，如氟利昂氟利昂（CFC）、）、CCl4、CHCl3等可以釋放等可以釋放Cl，以鏈反應(yīng)的方式消耗以鏈反應(yīng)的方式消耗臭氧，臭氧， 1個(gè)個(gè)Cl可以吞食大約可以吞食大約10萬個(gè)萬個(gè)O3分子，分子，對(duì)臭氧層有明顯的破壞作用。對(duì)臭氧層有明顯的破壞作用。Fujian Normal UniversityChapter 11l人類對(duì)臭氧層的保護(hù)人類對(duì)臭氧層的保護(hù)人們已經(jīng)通過國(guó)人們已經(jīng)通過國(guó)際公約等形式限制了臭氧層消耗物質(zhì)際公約等形式限制了臭氧層消耗物質(zhì)（ODS）的生產(chǎn)和使用。的生產(chǎn)和使用。l我國(guó)也開發(fā)了新一代制冷劑我國(guó)也開發(fā)了新一代制冷劑格林柯

7、爾格林柯爾制冷劑（制冷劑（Green Cool）。）。據(jù)報(bào)道，它不僅據(jù)報(bào)道，它不僅很環(huán)保，制冷效率還提高了很環(huán)保，制冷效率還提高了20%左右。左右。（很有爭(zhēng)議（很有爭(zhēng)議）Fujian Normal UniversityChapter 1111.8 綠色化學(xué)簡(jiǎn)介綠色化學(xué)簡(jiǎn)介l綠色化學(xué)又稱為環(huán)境友好化學(xué)，它的綠色化學(xué)又稱為環(huán)境友好化學(xué)，它的中心思想是從源頭杜絕有害物質(zhì)的產(chǎn)中心思想是從源頭杜絕有害物質(zhì)的產(chǎn)生，從根本上消除化學(xué)生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)生，從根本上消除化學(xué)生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的污染。境的污染。Fujian Normal UniversityChapter 11復(fù)習(xí)與練習(xí)復(fù)習(xí)與練習(xí)Fujian Normal

8、 UniversityChapter 11第第12章章 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)l為了研究物質(zhì)的性質(zhì)、反應(yīng)的本質(zhì)，預(yù)言為了研究物質(zhì)的性質(zhì)、反應(yīng)的本質(zhì)，預(yù)言化合物的合成，就必須研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，化合物的合成，就必須研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，首先就是原子結(jié)構(gòu)，特別是其首先就是原子結(jié)構(gòu)，特別是其電子層電子層的結(jié)的結(jié)構(gòu)構(gòu)因?yàn)橐话慊瘜W(xué)反應(yīng)只涉及因?yàn)橐话慊瘜W(xué)反應(yīng)只涉及電子狀態(tài)電子狀態(tài)的改變的改變。Fujian Normal UniversityChapter 1112.1 微觀粒子的波粒二象性微觀粒子的波粒二象性12.1.1 氫原子光譜和玻爾理論氫原子光譜和玻爾理論1. 氫原子光譜氫原子光譜l經(jīng)典物理遇到的困難經(jīng)典物理遇到的

9、困難19世紀(jì)末新的實(shí)世紀(jì)末新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，例如黑體輻射、光電效應(yīng)、原子驗(yàn)現(xiàn)象，例如黑體輻射、光電效應(yīng)、原子光譜無法用經(jīng)典物理來加以解釋。這里我光譜無法用經(jīng)典物理來加以解釋。這里我們以原子光譜為例加以闡述。們以原子光譜為例加以闡述。Fujian Normal UniversityChapter 11l連續(xù)光譜連續(xù)光譜太陽或白熾燈發(fā)出的白光，通太陽或白熾燈發(fā)出的白光，通過三棱鏡后，可得到紅、橙、黃、綠、青、過三棱鏡后，可得到紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫藍(lán)、紫連續(xù)變化連續(xù)變化的譜帶，即連續(xù)光譜。夏季的譜帶，即連續(xù)光譜。夏季陣雨過后出現(xiàn)的陣雨過后出現(xiàn)的 就是連續(xù)光譜。就是連續(xù)光譜。700nm400nm50

10、0nm600nm連續(xù)光譜連續(xù)光譜 原子光譜原子光譜不同氣體原子（或離子）受到不同氣體原子（或離子）受到激發(fā)后發(fā)光，通過三棱鏡折射，就產(chǎn)生不同激發(fā)后發(fā)光，通過三棱鏡折射，就產(chǎn)生不同種類、各具特征的種類、各具特征的不連續(xù)不連續(xù)譜線，稱為原子光譜線，稱為原子光譜或譜或線狀光譜線狀光譜。Fujian Normal UniversityChapter 11氫原子光譜氫原子光譜l氫原子光譜是氫原子光譜是最簡(jiǎn)單最簡(jiǎn)單的原子光譜。的原子光譜。l裝有低壓高純裝有低壓高純H2(g)的放電管所發(fā)出的光，的放電管所發(fā)出的光，通過棱鏡分光后，在通過棱鏡分光后，在可見光區(qū)可見光區(qū)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可以觀察到不連續(xù)的

11、可以觀察到不連續(xù)的5條譜線。條譜線。 nm 410.2 434.1 486.1 656.3aa H H H HFujian Normal UniversityChapter 11Fujian Normal UniversityChapter 11氫原子光譜氫原子光譜Fujian Normal UniversityChapter 11l巴爾末巴爾末公式公式1885年年Balmer給出氫原子給出氫原子光譜中光譜中可見區(qū)可見區(qū)各譜線的頻率遵循的規(guī)律，各譜線的頻率遵循的規(guī)律，即巴爾末公式。即巴爾末公式。l里德伯里德伯公式公式而后而后里德伯（里德伯（Rydberg） 提出了可應(yīng)用于提出了可應(yīng)用于可見光區(qū)

12、以外可見光區(qū)以外各種氫原子各種氫原子譜線的通式，即譜線的通式，即里德伯里德伯公式。公式。經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式Fujian Normal UniversityChapter 11 其中其中RH是是里德伯里德伯常量，常量，1.097107m-1。 對(duì)于對(duì)于巴爾末巴爾末系譜線（可見光區(qū)），系譜線（可見光區(qū)），m等于等于2 ，譜，譜線分別是線分別是H（ n=3 ）、 H（ n=4 ） 、 H（ n=5 ） 、 H（ n=6 ） 、 H（ n=7 ）。）。 對(duì)于其他系的譜線，對(duì)于其他系的譜線，m取其他值。取其他值。cnmnmnmR是正整數(shù)，和)11(122HFujian Normal UniversityC

13、hapter 11l氫原子光譜由五組線系組成，即紫外區(qū)的氫原子光譜由五組線系組成，即紫外區(qū)的萊曼萊曼(Lyman)系，可見區(qū)的系，可見區(qū)的巴爾末巴爾末(Balmer)系，紅外系，紅外區(qū)的區(qū)的帕邢帕邢(Paschen)系，系，布萊開布萊開(Brackett)系和系和普普豐德豐德(Pfund)系。系。Fujian Normal UniversityChapter 11l與經(jīng)典電磁理論的矛盾與經(jīng)典電磁理論的矛盾（邏輯重點(diǎn)）（邏輯重點(diǎn)）根據(jù)經(jīng)典根據(jù)經(jīng)典電磁理論，繞核高速運(yùn)動(dòng)的電子應(yīng)該以電磁波的形電磁理論，繞核高速運(yùn)動(dòng)的電子應(yīng)該以電磁波的形式輻射能量，導(dǎo)致電子能量逐漸衰減，軌道半徑逐式輻射能量，導(dǎo)致電子

14、能量逐漸衰減，軌道半徑逐漸減小，電子最終會(huì)落入原子核上而湮滅。這樣漸減小，電子最終會(huì)落入原子核上而湮滅。這樣原原子光譜應(yīng)該連續(xù)，原子也不穩(wěn)定，但這與事實(shí)是矛子光譜應(yīng)該連續(xù)，原子也不穩(wěn)定，但這與事實(shí)是矛盾的盾的。An unsatisfactory atomic modelFujian Normal UniversityChapter 112. 玻爾玻爾理論理論玻爾玻爾理論的基礎(chǔ)：理論的基礎(chǔ)：lPlanck 的量子論（黑體輻射）的量子論（黑體輻射） 物質(zhì)吸收和發(fā)射能量是不連續(xù)的（物質(zhì)吸收和發(fā)射能量是不連續(xù)的（能量是量子化能量是量子化的的），存在能量的最小單位，即），存在能量的最小單位，即量子量子(

15、quantum)。lEinstein 光子學(xué)說（光電效應(yīng)）光子學(xué)說（光電效應(yīng)） 當(dāng)能量以光的形式傳播時(shí)，其最小的單位是當(dāng)能量以光的形式傳播時(shí)，其最小的單位是光量光量子子即即光子（光子（photon），并有并有 E = h 其中其中h 是是普朗克普朗克常量常量 6.626 10-34 J.s。Fujian Normal UniversityChapter 11 玻爾玻爾的幾點(diǎn)假設(shè)的幾點(diǎn)假設(shè) 1913年，丹麥物理學(xué)家年，丹麥物理學(xué)家玻爾玻爾在氫及在氫及類氫原子類氫原子（只有一個(gè)電子只有一個(gè)電子，如，如He+、Li2+ ）光譜的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，光譜的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了原子結(jié)構(gòu)理論的幾點(diǎn)假設(shè)：提出了原子結(jié)

16、構(gòu)理論的幾點(diǎn)假設(shè)：1. 與經(jīng)典力學(xué)不同，電子與經(jīng)典力學(xué)不同，電子只能只能在某些在某些特定的軌道特定的軌道上運(yùn)動(dòng)上運(yùn)動(dòng)其中：其中：v 是電子運(yùn)動(dòng)速度是電子運(yùn)動(dòng)速度 ， r 是軌道半徑，是軌道半徑，me 是是電子質(zhì)量，電子質(zhì)量， Z 是類氫原子的核電荷數(shù)，是類氫原子的核電荷數(shù)，e 是電子電是電子電荷，荷，0 是（真空介電）常數(shù)（或稱真空電容率）是（真空介電）常數(shù)（或稱真空電容率） ，n 是正整數(shù)是正整數(shù)。222002 2nZemhrnhZeve不要求記憶不要求記憶（可參考（可參考P494推導(dǎo)）推導(dǎo)）Fujian Normal UniversityChapter 11 電子在這些特定軌道上運(yùn)動(dòng)不吸收

17、或放電子在這些特定軌道上運(yùn)動(dòng)不吸收或放出能量，所以這些軌道稱為出能量，所以這些軌道稱為定態(tài)軌道定態(tài)軌道。l對(duì)于氫原子，對(duì)于氫原子，Z=1，可得可得r = 0.529 10-10n2 m = a0n2 其中其中a0稱為稱為玻爾半徑玻爾半徑，也就是玻爾理論中，也就是玻爾理論中氫原子電子運(yùn)動(dòng)的氫原子電子運(yùn)動(dòng)的最小最小半徑。半徑。Fujian Normal UniversityChapter 112.軌道半徑越大，軌道半徑越大，能量（包括動(dòng)能和勢(shì)能）能量（包括動(dòng)能和勢(shì)能）越高（解釋，越高（解釋，P494能量計(jì)算）。正常狀態(tài)能量計(jì)算）。正常狀態(tài)下，原子中的電子盡可能在離核最近、能下，原子中的電子盡可能在

18、離核最近、能量最低的軌道上運(yùn)動(dòng)量最低的軌道上運(yùn)動(dòng)基態(tài)（半徑基態(tài)（半徑a0 ）。如果獲得能量，電子可以躍遷到較高能量如果獲得能量，電子可以躍遷到較高能量的的激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。電子的。電子的能量也是量子化能量也是量子化的，不的，不能取連續(xù)值。能取連續(xù)值。 其中其中B = 2.1810-18J（書上書上P495單位不好）。單位不好）。22nBZ EnFujian Normal UniversityChapter 113. 處于激發(fā)態(tài)的電子處于激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定不穩(wěn)定，容易跳回到能，容易跳回到能量較低的軌道量較低的軌道, 同時(shí)以同時(shí)以光光的形式放出能量，的形式放出能量，光子能量大小取決于兩個(gè)軌道的能量差。

19、光子能量大小取決于兩個(gè)軌道的能量差。En(2) - En(1) = h h普朗克普朗克常量常量 光的頻率光的頻率Fujian Normal UniversityChapter 11玻爾玻爾模型的成功與局限性模型的成功與局限性成功成功解釋了氫原子和類氫原子的光譜現(xiàn)象，推動(dòng)解釋了氫原子和類氫原子的光譜現(xiàn)象，推動(dòng)了原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。了原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。局限性局限性只能解釋只能解釋單電子單電子原子（或離子）光譜的一原子（或離子）光譜的一般現(xiàn)象（還不能解釋精細(xì)結(jié)構(gòu)），不能解釋多電子原般現(xiàn)象（還不能解釋精細(xì)結(jié)構(gòu)），不能解釋多電子原子光譜。子光譜。 因?yàn)樗且越?jīng)典理論為因?yàn)樗且越?jīng)典理論為基礎(chǔ)基礎(chǔ)的，但又生硬的

20、，但又生硬地加上經(jīng)典理論不能接受的地加上經(jīng)典理論不能接受的假設(shè)假設(shè)，如定態(tài)不輻射、量，如定態(tài)不輻射、量子化條件等，因此注定它是個(gè)不完善的理論。子化條件等，因此注定它是個(gè)不完善的理論。玻爾玻爾理論的缺陷，促使人們?nèi)パ芯亢徒⒛苊枋鲈永碚摰娜毕?，促使人們?nèi)パ芯亢徒⒛苊枋鲈觾?nèi)電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)原子模型。內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)原子模型。Fujian Normal UniversityChapter 1112.1.2 微觀粒子的波粒二象性微觀粒子的波粒二象性 1. 光的波粒二象性光的波粒二象性l關(guān)于光是粒子還是波的討論持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間，關(guān)于光是粒子還是波的討論持續(xù)了很長(zhǎng)時(shí)間，人們最終認(rèn)識(shí)到光人

21、們最終認(rèn)識(shí)到光同時(shí)具有微粒同時(shí)具有微粒（吸收、發(fā)射、（吸收、發(fā)射、光電效應(yīng)）光電效應(yīng)）和波動(dòng)和波動(dòng)（干涉、衍射）的性質(zhì)。（干涉、衍射）的性質(zhì)。l結(jié)合結(jié)合愛因斯坦愛因斯坦的質(zhì)能方程理解光的動(dòng)量：的質(zhì)能方程理解光的動(dòng)量：hchcEmcpmcE 2動(dòng)量：愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式w上述動(dòng)量關(guān)系式將表現(xiàn)光粒子性的動(dòng)量、能上述動(dòng)量關(guān)系式將表現(xiàn)光粒子性的動(dòng)量、能量和表現(xiàn)光波動(dòng)性的頻率、波長(zhǎng)聯(lián)系起來。量和表現(xiàn)光波動(dòng)性的頻率、波長(zhǎng)聯(lián)系起來。Fujian Normal UniversityChapter 112. 微觀粒子的波粒二象性微觀粒子的波粒二象性 mvhph物質(zhì)波物質(zhì)波 1924年，年，德布羅依德布羅依將波粒二象性推廣到將波粒二象性推廣到所有所有微觀粒子微觀粒子。這種微觀粒子的波稱為。這種微觀粒子的波稱為德布羅依德布羅依波或物質(zhì)波波或物質(zhì)波，并有，并有德布羅依德布羅依關(guān)系式關(guān)系式：hchcEmcpmcE