第九章 化学动力学基本原理

第九章 化学动力学基本原理

第一次课：

课程名称：物理化学

本课内容：§9.1引言

§9.2反应速率和速率方程

授课时间： 90 分钟

一、教学目的

通过本次教学，使学生了解明确反应速率，反应级数，反应分子数等概念，掌握反应速率的表示方法方程，并能熟练应用。

二、教学意义

通过本次授课，主要使学生了解动力学的基本概念，掌握反应速率的表示方法，了解动力学研究的意义。

三、教学重点

反应速率，反应级数，反应分子数，反应速率的表示方法

四、教学难点

反应速率的表示方法

五、教学方式

以电子课件为主，辅以少量板书的课堂讲授。

六、讲授内容

§9.1引言

1．化学动力学的任务和目的

2．化学动力学发展简史

3．反应机理的概念

§9.2反应速率和速率方程

1．反应速率的表示法 2．反应速率的实验测定

3．反应速率的经验表达式 4．反应级数

5．质量作用定律

七、讲授方法

§9.1引言

1．化学动力学的任务和目的

首先讲述化学动力学基本任务即研究各种因素对反应速率的影响，进而揭示化学反应发生的具体过程(即反应机理)。

2．化学动力学发展简史

以图片的形式向学生生动的展示化学动力学发展简史，加深学生的印象。3．反应机理的概念

以实例讲述学生所熟悉的许多化学反应并不是简单的一步反应就能实现的，而是经历了一系列具体步骤而最终实现的，从而引出反应机理的概念，即组成宏观总反应的基元反应的总和及其序列，称为“反应机理”或“反应历程”。

§9.2 反应速率和速率方程

1．反应速率的表示法

重点讲述反应速率的表示方法，所谓反应速率就是化学反应进行的快慢程度。国际上已普遍采用以反应进度随时间的变化率来定义反应速率。

2．反应速率的实验测定

简单介绍反应速率的实验测定方法，即分别测量出反应中某个物质的浓度c

、c2、…，并以浓度c对时间t作图。

1

3.反应速率的经验表达式

简单介绍反应速率公式的形式通常只能通过实验方可确定。

4．反应级数

有许多反应的速率公式可表达为r = k[A]α[B]β…

这类反应中浓度项的指数α、β、…分别称为各组分A、B、…的级数，而各指数之和n称为总反应的级数。反应级数可以是整数或分数，也可以是正数、零或负数。

5．质量作用定律

在一定温度下，基元反应的速率只与反应物浓度有关，其速率公式的微分形式均符合上式形式，而且式中浓度项的指数α、β、…均与反应方程式中相应反应物的计量数相同。这种简单的关系称为“质量作用定律”。

6．速率常数

上式中的比例系数k称为反应的“速率常数”。对于指定反应，k值与浓度无关而与反应的温度及所用的催化剂有关。

八、时间分配：

本次课全部用时90分钟，分配如下：

引言30分钟，

反应速率的表示方法、反应速率的实验测定 30分钟，

反应速率的表示式、反应级数、质量作用定律、速率常数 30分钟

九、讨论、思考与作业：

讨论与思考：

1．反应速率的实验测定中物理法和化学法各有什么优缺点？

2．怎样理解质量作用定律？根据质量作用定律得出的反应级数和通常的反应级数有什么不同？

作业：习题1。

十、参考资料

教材：

《物理化学简明教程》（第四版），印永嘉、奚正楷等，高等教育出版社

《物理化学简明教程例题与习题》印永嘉、奚正楷等

推荐参考书：

《物理化学》 （第五版） ，傅献彩等编（南京大学）

《物理化学》 胡英主编（华东理工大学）

Physical Chemistry. 5th ed., P. W. Atkins.，Oxford University Press

物理化学解题指南，李文斌 主编，天津大学出版社

物理化学习题解答（上、下册）王文清等编（北大）

十一、教学后记

动力学和热力学是物理化学的两大主要组成部分，本次课主要介绍动力学中的基本概念和基本定律，从而为今后的学习奠定基础。

第二次课：

课程名称：物理化学

本课内容：§9.3 简单级数反应的动力学规律

授课时间： 90 分钟

一、教学目的

通过本次教学，使学生掌握简单级数（如一、二、三、零级反应）反应的动力学规律

二、教学意义

通过本次授课，使学生掌握简单级数（如一、二、三、零级反应）反应的动力学特征，体会动力学研究问题的特点。

三、教学重点

简单级数（如一、二、三、零级反应）反应的速率方程及动力学特点

四、教学难点

一、二级反应的速率方程及动力学特点

五、教学方式

以电子课件为主，辅以少量板书的课堂讲授

六、讲授内容

§9.3 简单级数反应

1. 一级反应

2. 二级反应

3. 三级反应和零级反应

七、讲授方法

首先介绍“简单级数反应”：凡是反应速率只与反应物浓度有关，而且反应级数，无论是α、β、…或n 都只是零或正整数的反应，统称为“简单级数反应”。

然后详尽讲述、分析这类反应速率公式的微分形式、积分形式及其特征。

1．一级反应

反应速率与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。其速率公式可表示为

1dc k c dt −

=

积分可得 1ln c k t B =−+

一级反应速率公式积分形式可表示为

01ln c k t c =

反应物浓度由c 0消耗到c =c 0/2所需的反应时间，称为反应的半衰期，以t 1/2表示。一级反应的t 1/2表示式为

1/21110.6932ln 2t k k == 可以看出，一级反应的半衰期与反应物起始浓度c 0无关。

2．二级反应

反应速率与反应物浓度的二次方(或两种反应物浓度的乘积)成正比的反应称为二级反应。

当A 和B 的起始浓度相等即a ＝ b 时