物理化學(xué)教學(xué)課件：第7章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)2

1、7-4 反應(yīng)速率方程的積分形式Integrated Reaction Rate Equations間歇式反應(yīng)器(batch reactor)f(cA, cB, )形式多樣，不同類型的反應(yīng)，物質(zhì)濃度與時(shí)間的關(guān)系也不同。簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)的反應(yīng)對(duì)峙反應(yīng)連串反應(yīng)平行反應(yīng)（V 恒定）t=0 cA0t cAt 1/2間歇式反應(yīng)器已消耗濃度零級(jí)反應(yīng)(n=0)(zero order reactions)：以反應(yīng)物濃度cA對(duì)時(shí)間t 作圖是一條直線，表明速率與濃度無(wú)關(guān)，直線的斜率的負(fù)值即為kAkA具有濃度 時(shí)間1的量綱半衰期與初始濃度成正比，與速率系數(shù)成反比反應(yīng)的特征：2NH3 N2+3H2W催化劑零級(jí)反應(yīng)(n=0)(z

2、ero order reactions)：常見的零級(jí)反應(yīng)有表面催化反應(yīng)和酶催化反應(yīng)，這時(shí)反應(yīng)物總是過(guò)量的，反應(yīng)速率決定于固體催化劑的有效表面活性位或酶的濃度。 Cl2的濃度與時(shí)間的關(guān)系 零級(jí)反應(yīng)(n=0)：例：超聲波下，水與四氯化碳反應(yīng)。一級(jí)反應(yīng)(n=1)(first order reactions)：lncA對(duì)t 作圖是一條直線，斜率的負(fù)值即kA。kA具有時(shí)間1的量綱，表達(dá)為t1。一級(jí)反應(yīng)速率系數(shù)的值與濃度單位無(wú)關(guān)。半衰期與kA成反比，與cA0無(wú)關(guān)。反應(yīng)的特征：常見的一級(jí)反應(yīng)有放射性元素的蛻變、分子重排、五氧化二氮的分解等。一級(jí)反應(yīng)(n=1)(first order reactions)：叔

3、丁基溴在丙酮和水的混合溶劑（含水10）中水解生成叔丁醇的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果二級(jí)反應(yīng)(n=2)(second order reactions)：a=b，cA0= cB0 a/b = cA0/ cB0 對(duì)于C: 分五種情況二級(jí)反應(yīng)(n=2)(second order reactions)：kA具有濃度1時(shí)間1的量綱，表達(dá)為L(zhǎng)3N1T1。半衰期與kA和cA0的乘積成反比。反應(yīng)的特征：對(duì) t 作圖是一條直線，斜率即kA。常見的二級(jí)反應(yīng)有乙烯、丙烯的二聚作用，乙酸乙酯的皂化，碘化氫的熱分解反應(yīng)等。二級(jí)反應(yīng)(n=2)(second order reactions)：二級(jí)反應(yīng)（A）的特征a=b，cA0 cB0

4、二級(jí)反應(yīng)(n=2)(second order reactions)：kA具有濃度1時(shí)間1的量綱，表達(dá)為L(zhǎng)3N1T1。反應(yīng)的特征：ab，cA0/cB0a/b二級(jí)反應(yīng)(n=2)(second order reactions)：二級(jí)反應(yīng)(n=2)小結(jié)：分為兩大類(1) 速率只與一個(gè)反應(yīng)物濃度有關(guān)或兩個(gè)反應(yīng)物初始濃度之比等于化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比(2)速率與兩個(gè)反應(yīng)物濃度有關(guān)，但兩個(gè)反應(yīng)物初始濃度之比不等于化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比了解一下：n=2的兩種積分式的聯(lián)系cA0 cB0 cA0 = cB0 n級(jí)反應(yīng)：kA具有濃度(1-n)時(shí)間1的量綱反應(yīng)的特征：半衰期與 kA 和cA0 的n-1次方乘積成反比。n=1的情況

5、可以由n1的情況，令n1得到當(dāng)n1，exp(1-n)a 1 + (1-n)a，則上式化為：了解一下：n=1與n1的聯(lián)系速 率 方 程級(jí)數(shù)特 征 微 分 式積 分 式t1/2直線關(guān)系kA的量綱012n必須掌握例：蔗糖(A)轉(zhuǎn)化為葡萄糖與果糖的反應(yīng)為當(dāng)催化劑HCl的濃度為0.1mol.dm-3,溫度為48oC時(shí)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得其速率方程為 今有濃度為0.200mol.dm-3的蔗糖溶液，于上述條件下，在一有效容積為2dm3的反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，試求(1)反應(yīng)的初速率是多少？(2) 20min后可得多少葡萄糖和果糖？(3)20min蔗糖的轉(zhuǎn)化率是多少？解: (1)當(dāng)催化劑HCl的濃度為0.1mol.dm-

6、3,溫度為48oC時(shí)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得其速率方程為 例：蔗糖(A)轉(zhuǎn)化為葡萄糖與果糖的反應(yīng)為解: (2)今有濃度為0.200mol.dm-3的蔗糖溶液，于上述條件下，在一有效容積為2dm3的反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，試求(1)反應(yīng)的初速率是多少？(2) 20min后可得多少葡萄糖和果糖？(3)20min蔗糖的轉(zhuǎn)化率是多少？當(dāng)催化劑HCl的濃度為0.1mol.dm-3,溫度為48oC時(shí)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得其速率方程為 例：蔗糖(A)轉(zhuǎn)化為葡萄糖與果糖的反應(yīng)為解: (3)今有濃度為0.200mol.dm-3的蔗糖溶液，于上述條件下，在一有效容積為2dm3的反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，試求(1)反應(yīng)的初速率是多少？(2) 20mi

7、n后可得多少葡萄糖和果糖？(3)20min蔗糖的轉(zhuǎn)化率是多少？例：50時(shí)，A 物質(zhì)在溶劑中進(jìn)行分解反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得1dm3中反應(yīng)掉的A的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化率與其濃度成正比，初速率 ，一小時(shí)后速率 。試求：(1) 反應(yīng)速度系數(shù) kA；(2) A的半衰期 t1/2 ；(3) A的初始濃度cA0 。解：(1) 反應(yīng)為一級(jí)。例：50時(shí)，A 物質(zhì)在溶劑中進(jìn)行分解反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得1dm3中反應(yīng)掉的A的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化率與其濃度成正比，初速率 ，1 小時(shí)后速率 。試求：(1) 反應(yīng)速度系數(shù) kA；(2) A的半衰期 t1/2 ；(3) A的初始濃度cA0 。解：(2)(3)對(duì)于反應(yīng) ，(1) 若cA0時(shí)半衰期為t1/2，cA0=2cA0時(shí)，t1/2=2t1/2，則a = ？(2) 若由cA0反應(yīng)掉cA0/2需10 min，反應(yīng)掉3cA0/4