物理化学第七章动力学

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物理化学中的动力学和热力学

物理化学中的动力学和热力学

物理化学中的动力学和热力学物理化学是研究物质的性质、结构和变化过程的科学,它是化学这门学科的重要组成部分。

在物理化学中,动力学和热力学是两个极其重要的分支,它们分别研究物质变化的速率与能量,对于人们掌握物质的本质和探索科学的奥秘都有着至关重要的作用。

动力学是研究化学反应速率和求解机理的一个分支学科,我们也可以称之为反应动力学。

它研究化学反应中反应速率变化的规律、反应活化能和反应机理等方面的问题。

动力学的研究对于了解化学反应的实质起着极为重要的作用,因为反应速率是反应进行的速度,而反应机理则是反应如何发生,两者都是探究化学反应实质的重要领域。

在研究动力学的过程中,我们经常使用反应速率来表征反应的进行速度,反应速率的大小取决于反应物浓度、反应温度、反应物质量以及催化剂等因素。

不难发现,化学反应速率与反应温度有着密不可分的关系,一定范围内,反应速率随着温度升高而增加,这是因为温度升高会提高体系内分子的平均能量,使分子更容易进行化学反应,从而加快反应速率。

此外,催化剂也是影响化学反应速率的重要因素,许多化学反应都需要使用催化剂来加速反应速率,催化剂可以降低反应物的活化能,使得化学反应更容易进行。

热力学是研究物质状态、能量转化以及它们之间的关系的分支学科,它主要研究物质在热力学过程中的状态变化、功、热、熵等热力学量的概念、奥义以及规律。

热力学可以解释物质的热平衡状态、相变、热化学反应等,对于化学反应研究和工业生产均有着广泛的应用。

热力学对于掌握化学反应的方向起着重要的作用。

在化学反应中,反应热是一个非常关键的参数,它可以表征反应过程中吸热或放热的情况,常常通过焓变(ΔH)来描述。

在焓变为负的情况下,反应过程会放热,反之则会吸热。

另外在化学反应中,反应的熵变也是一个重要的指标,它描述了反应过程中分子在热力学上的随机运动程度的变化。

在熵变为正的情况下,反应过程会增加其混乱度,而熵变为负的情况则表示反应过程会减少混乱程度。

物理化学之动力学与热力学

物理化学之动力学与热力学

物理化学之动力学与热力学专业:学号:姓名:【摘要】弄清化学热力学与化学动力学的紧密联系 ,有助于从物质的本性、微观结构去进一步认识化学反应的实质。

“化学动力学与化学热力学是相辅相成的 ,动力学的研究必须以热力学的结果为前提条件 ,而热力学只有与动力学相结合才能全面解决化学反应的实际问题”。

关键词:物理化学动力学热力学一.物理化学简介物理化学是以物理的原理和实验技术为基础,研究化学体系的性质和行为,发现并建立体系中特殊规律的学科。

物理化学由化学热力学、化学动力学和结构化学三大部分组成。

物理化学的主要理论支柱是热力学、统计力学和量子力学三大部分。

热力学和量子力学适用于微观系统,统计力学则为二者的桥梁。

原则上用统计力学方法能通过个另分子、原子的微观数据来推断或计算物质的宏观现象。

随着科学的迅速发展和各门学科之间的相互渗透,物理化学与物理学、无机化学、有机化学在内容上存在着难以准确划分的界限,从而不断地产生新的分支学科,例如物理有机化学、生物物理化学、化学物理等。

物理化学还与许多非化学的学科有着密切的联系,例如冶金学中的物理冶金实际上就是金属物理化学。

物理化学一直在不断吸收物理和数学的研究成果,例如70年代初,普里戈金等提出了耗散结构理论,使非平衡态理论研究获得了可喜的进展,加深了人们对远离平衡的体系稳定性的理解。

化学体系的宏观平衡性质是以热力学的三个基本定律为理论基础,研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。

在这一情况下,时间不是一个变量。

属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学。

溶液、胶体和表面化学。

化学体系的微观结构和性质以量子理论为理论基础,研究原子和分子的结构,物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构,以及结构与物性的规律性。

属于这方面的物理化学分支学科有结构化学和量子化学。

化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。

物理化学(王海荣主编)第七章化学动力学解答

物理化学(王海荣主编)第七章化学动力学解答

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2019/8/24
(4)有效碰撞的概率P(probability factor)
(1)从理论计算认为分子已被活化,但由于有 的分子只有在某一方向相撞才有效;
(2)有的分子从相撞到反应中间有一个能量传
递过程,若这时又与另外的分子相撞而失去能量,
则反应仍不会发生;
反应的速率由活化络合物转化成产物的速率决定。
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2019/8/24
过渡态理论
图6.3 过渡状态理论和活化能示意图
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2019/8/24
过渡态理论
活化络合物所具有的能量和反应物分子平均能量之差即 为反应活化能。
活化络合物不稳定 ,化学键会断裂,可能 生成产物使反应向正方 向进行,也可能生成反 应物向逆向进行。
(2)有效碰撞的能量因子
分子互碰并不是每次都发生反应,只有相 对平动能在连心线上的分量大于阈能的碰撞才 是有效的,所以绝大部分的碰撞是无效的。
要在碰撞频率项上乘以有效碰撞分数q。
q exp( Ec ) 或q exp( Ea )
RT
RT
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2019/8/24
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2019/8/24
有效碰撞
运动着的A分子和B分子,两者质心的投影落
在直径为 d AB 的圆截面之内,都有可能发生碰撞。
d AB称为有效碰撞直径。
d AB
BA
分子间的碰撞和有效直径
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2019/8/24
(1)有效碰撞的碰撞频率

大学物理化学7动力学课后习题及答案

大学物理化学7动力学课后习题及答案

动力学课后习题习题1某溶液中反应A+B →Y 开始时A 与B 的物质的量相等,没有Y ,1h 后A 的转化率为75%,问2h 后A 尚有多少未反应?假设: (1)对A 为一级,对B 为零级; (2)对A ,B 皆为一级; (3)对A ,B 皆为零级。

习题2某反应A →Y +Z ,在一定温度下进行,当t=0,c A,0=1mOl ·dm -3时,测定反应的初始速率υA,0=0.01mOl ·dm -3·s -1。

试计算反应物A 的物质的量浓度c A =0.50mOl ·dm -3及x A =0.75时,所需时间,若对反应物A (i)0级;(ii)1级;(iii)2级;习题3已知气相反应2A+B →2Y A 和B 按物质的量比2:1引入一抽空的反应器中,反应温度保持400K 。

反应经10min 后测得系统压力为84kPa ,经很长时间反应完了后系统压力为63kPa 。

试求:(1)气体A 的初始压力p A,0及反应经10min 后A 的分压力p A ; (2)反应速率系数k A ; (3)气体A 的半衰期。

习题4反应2A(g)+B(g)Y(g)的动力学方程为-tc d d B=k B A 与B 的摩尔比为2∶1的混合气体通入400K 定容容器中,起始总压力为3.04kPa ,50s 后,总压力变为2.03kPa ,试求反应的反应速率系数k B 及k A 。

习题5已知反应2HI →I 2+H 2,在508℃下,HI 的初始压力为10132.5Pa 时,半衰期为135min ;而当HI 的初始压力为101325Pa 时,半衰期为13.5min 。

试证明该反应为二级,并求出反应速率系数(以dm 3·mol -1·s -1及以Pa -1·s -1表示)。

习题6某有机化合物A ,在酸的催化下发生水解反应。

在50℃,pH=5和pH =4的溶液中进行时,半衰期分别为138.6min 和13.86min ,且均与c A,0无关,设反β]H [d d A A A )(+=-c c k tc a(i)试验证:α=1,β=1 (ii)求50℃时的k A(iii)求在50℃,pH=3的溶液中,A 水解75%需要多少时间?习题7在定温定容下测得气相反应的速率方程为:A p A 720K 时,当反应物初始压力p A,0=1333Pa ,p B,0=3999Pa 时测出得用总压力表示的初始反应速率为-t=0=200Pa -1·min -1。

第七章-基本动力学过程——扩散

第七章-基本动力学过程——扩散

间内通过该平面单位面积的粒子数一定,即任一点的浓度不
随时间而变化 ,且扩散通量不随位置变化
C0, t
J 0 x
✓ 非稳定扩散
C0, t
J 0 x
非稳定扩散是指扩散物质在扩散介质中浓度随时间发生
变化,扩散通量与位置有关
材料科学基础 11/54
第七章 基本动力学过程——扩散
(二)、菲克第一定律
1858年,菲克(Fick)参照了傅里叶(Fourier)于1822 年建立的导热方程,获得了描述物质从高浓度区向低浓度区 迁移的定量公式
计 划 是 行 动的 开始, 为了使 销售活 动产生 良好的 效果, 销售人 员要做 的第一
步 是 做 一 份 周密的 销售计 划。下 面是美 文阅读 网小编 收集整 理的销 售员个 人工作 计 划 , 欢 迎 阅读。 销 售 员 个 人工作 计划篇 一 1.每 天 必 须 看 的报表 (合同日 报 、 回 笼 日 报、在 外货款 及各区 域总监 、销售 公司工 作汇报 等)。 2.落 实 重 大 项 目 投 标 方 案。 3.了 解 并 检 查重点 合同执 行情况 。 4.跟 踪 并 落实大额货款 清 欠 和 资 金 回笼。 5.了 解 每 个 区域 总监工 作情况 并进行 相应的 沟通。 6.接 待 到 公 司 考 察的客 户。 7.分 析 主 要 原材料 价格情 况及走 势。 8.审 核销售合
V i= B iF i B i i x 7 .2 1
比例系数Bi为在单位力的作用下,组分i质点的平均速 率或称淌度
材料科学基础 26/54
第七章 基本动力学过程——扩散
组分i的扩散通量Ji 就等于单位体积中该组成质点数Ci和质
门 负 责 人 和 区域总 监交流 一次工

物理化学下册习题答案(全部)

物理化学下册习题答案(全部)
18.醋酸酐的分解反应是一级反应.该反应的活化能Ea=144.35 kJ·mol-1.已知557.15 K时这个反应的k=3.3×10-2s-1.现要控制该反应在10 min内转化率达90%,试确定反应温度应控制在多少度.〔答案:521.2 K〕
解:对一级反应有:
所以要使反应在10 min内转化率达90%,温度应为T2,则:
解:Λ∞=λ∞<H+>+λ∞<HCO3>
=3.4982×10-2+4.45×10-3=0.03943 s•m2•mol-1
Λm=•10-3/C-3.86×10-3×10-3/0.0275=1.4036×10-4s•m2•mol-1
α=Λm/Λ∞=1.4036×10-4/0.03943=3.56×10-3
第七章化学反应动力学
1.以氨的分解反应2NH3==== N2+3H2为例,导出反应进度的增加速率 与 , , 之间的关系,并说明何者用于反应速率时与选择哪种物质为准无关.
解:
∴2H2===== CH3OH
已知 ,求 , 各为多少?
〔答案:2.44,4.88mol·dm-3·h-1〕
4.66
4.66
4.74
4.55
4.52
注:d /dt= <p0-pCH3OCH3> /t,k= < d /dt>×<1/pCH3OCH3>
所得速率常数基本不变,故为一级反应.
9.
10.
11.设有对峙反应A D,A的初始浓度为 =1.89 mol·L-1,t时间测得D的浓度x为:
t/s
180
300
420
<2>在阳极2Cl-→Cl2<g> + 2e

物理化学的动力学和热力学机制

物理化学的动力学和热力学机制

物理化学的动力学和热力学机制物理化学是研究物质的性质和变化规律的一门学科,它是化学、物理学和数学三者的结合。

在物理化学中,动力学和热力学是两个重要的分支。

动力学主要探讨化学反应的速率和影响因素,而热力学主要研究系统热力学性质与相变规律等。

本文将从动力学和热力学两方面探讨物理化学的机制。

一、动力学机制动力学是物理化学的重要分支,它主要研究化学反应的速率和影响因素。

化学反应速率的快慢对化学反应的过程和方向都有很大的影响。

因此,探究化学反应速率的影响因素十分重要。

化学反应的速率取决于反应物浓度、反应物质的性质、反应温度以及反应物质的环境等因素。

当反应物质质量较大时,它们之间的相对运动会减缓反应速度。

此时可以通过增加反应温度加快分子的热运动来促进反应的发生。

同时,反应物浓度越高,反应速率也就越快。

在化学反应过程中,活化能是一个很重要的概念。

活化能是指化学反应发生的最低能量,也是决定反应速率的一个关键因素。

当反应物的能量达到活化能时,反应就会发生。

化学反应速率与活化能之间存在着正相关关系,即反应速率越快,活化能就越高。

另外,对于某些化学反应,如催化反应,催化剂也可以影响反应速率。

催化剂能够降低反应活化能,促进化学反应的发生,并且被反应完全消耗。

催化剂可以提高反应速率和选择性,而且在反应后能够回收。

二、热力学机制热力学是探究物质和能量之间转化关系的学科。

在物理化学中,热力学主要研究系统热力学性质与相变规律等。

热力学涉及的主要概念有热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律、自由能等。

其中,热力学第一定律是能量守恒定律,即能量不能被创造或破坏,只能从一种形式转化为另一种形式。

热力学第二定律是热力学过程的方向性规定,即热从高温物体向低温物体传递的方向性。

热力学第三定律则说明低温下能量的行为,阐述了系统到达绝对零度时无法达到的热力学状态。

在物理化学中,温度、压力及物质的性质是影响化学反应热力学性质的因素。

温度是影响热力学性质的重要因素,分子动能随着温度的升高而增大,热容也随之增加。

物理化学万洪文、詹正坤第二版第07章--基元反应动力学--习题及答案

物理化学万洪文、詹正坤第二版第07章--基元反应动力学--习题及答案

第七章 基元化学反应动力学习题及答案1. N 2O 5在25℃时分解反应的半衰期为5.7h, 且与N 2O 5的初始压力无关。

试求此反应在25℃条件下完成90%所需时间。

解:由题意知此反应为一级反应 111216.07.56932.06932.021-===h t kt k y1)11ln(=- h k y t 9.181216.0/)%9011ln(/)11ln(1=-=-=即完成90%所需时间为18.9h 。

2.异丙烯醚气相异构化成丙烯酮的反应是一级反应,其反应速率系(常)数与温度的关系为:k /s -1 =5.4×1011exp(-122 474 J ·mol -1/RT ),150℃下,反应开始时只有异丙烯醚,其压力为101 325 Pa ,问多长时间后,丙烯酮的分压可达54 kPa ?解:k /S -1=5.4×1011exp[-122474/8.314×(150+273)]=4.055×10-4据题意:kt p p t=0lnt 410005.454000101325101325ln-⨯=-t =1877S3. 双分子反应2A(g)−→−k B(g) + D(g),在623K 、初始浓度为0.400mol dm -3时,半衰期为105s,请求出 (1) 反应速率系数k(2) A(g)反应掉90%所需时间为多少?(3) 若反应的活化能为140 kJ mol-1, 573K时的最大反应速率为多少? 解:(1) r = k[A]2 , t0.5= 1/(2 k[A]0) , k = 0.012dm3mol-1s-1(2) 1/[A]– 1/[A]0 =2 k t, t = 945 s(3) ln(k/k’)=(E a/R)(1/T ’-1/T) , 573K时k = 0.00223dm3mol-1s-1,最大反应速率r max = k[A]02=3.6×10-4 moldm-3s-1.4. 450℃时实验测定气相反应3A + B→2C的速率数据如下;实验初压 / Pa 初速率-dp B / dt / (Pa/h)P A,0 P B,01. 100 1.00 0.01002. 200 1.00 0.04003. 400 0.50 0.0800(1)若反应的速率方程为r = kP A x P B y,求x、y及k。

第七章 基本动力学过程——扩散

第七章 基本动力学过程——扩散

C t
D
2C x 2
2C y 2
2C z 2
D 2C
7.15
(2)柱坐标系:当D与浓度无关,柱对称扩散时,有:
C t
D r
r
rC r
7.17
材料科学基础 22/54
第七章 基本动力学过程——扩散
(3)球坐标系
当球对称扩散,且浓度无关时
C t
D r2
r
r
✓ 式(7.1)不仅适用于扩散系统的任何位置,而且适用于扩 散过程的任一时刻,因为J、D等可以是常量,也可以是变 量
材料科学基础 16/54
第七章 基本动力学过程——扩散
(2)第一定律微观表达式: 设:任选的参考平面1、平面2上扩
散原子面密度分别n1和n2 ,原子在平衡
位置的振动周期为,则一个原子单位
Process
材料科学基础 24/54
第七章 基本动力学过程——扩散
一、扩散的一般推动力
扩根散据动广力泛学适方用程的式热建力立学在理大论量,扩扩散散质过点程作的无发规生则与布否朗将运 动与的体统系计中基化础学上位,有唯根象本地的描关述系了,扩物散质过从程高中化扩学散位质流点向所低遵化循 的基本规律。但它并没有明确地指出扩散的推动力是什么? 而学仅位仅是表一明普在遍扩规散律体。系因中此出表现征定扩向散宏推观动物力质的流应是是存化在学浓位度梯梯 度度条。件而下一,切大影量响扩扩散散质的点外无场规(则电布场朗、运磁动场的、必应然力结场果等,)是都浓
时间内离开相对平衡位置跃迁次数的平
均值,即跃迁频率,则:
1
材料科学基础 17/54
第七章 基本动力学过程——扩散
根据统计规律,质点向各个方向跃迁的几率是相等的:

物理化学核心教程(第二版)思考题习题答案—第7章 化学动力学

物理化学核心教程(第二版)思考题习题答案—第7章 化学动力学

第七章化学反应动力学一.基本要求1.掌握化学动力学中的一些基本概念,如速率的定义、反应级数、速率系数、基元反应、质量作用定律和反应机理等。

2.掌握具有简单级数反应的共同特点,特别是一级反应和a = b的二级反应的特点。

学会利用实验数据判断反应的级数,能熟练地利用速率方程计算速率系数和半衰期等。

3.了解温度对反应速率的影响,掌握Arrhenius经验式的4种表达形式,学会运用Arrhenius经验式计算反应的活化能。

4.掌握典型的对峙、平行、连续和链反应等复杂反应的特点,学会用合理的近似方法(速控步法、稳态近似和平衡假设),从反应机理推导速率方程。

学会从表观速率系数获得表观活化能与基元反应活化能之间的关系。

5.了解碰撞理论和过渡态理论的基本内容,会利用两个理论来计算一些简单反应的速率系数,掌握活化能与阈能之间的关系。

了解碰撞理论和过渡态理论的优缺点。

6.了解催化反应中的一些基本概念,了解酶催化反应的特点和催化剂之所以能改变反应速率的本质。

7.了解光化学反应的基本定律、光化学平衡与热化学平衡的区别,了解光敏剂、量子产率和化学发光等光化反应的一些基本概念。

二.把握学习要点的建议化学动力学的基本原理与热力学不同,它没有以定律的形式出现,而是表现为一种经验规律,反应的速率方程要靠实验来测定。

又由于测定的实验条件限制,同一个反应用不同的方法测定,可能会得到不同的速率方程,所以使得反应速率方程有许多不同的形式,使动力学的处理变得比较复杂。

反应级数是用幂函数型的动力学方程的指数和来表示的。

由于动力学方程既有幂函数型,又有非幂函数型,所以对于幂函数型的动力学方程,反应级数可能有整数(包括正数、负数和零)、分数(包括正分数和负分数)或小数之分。

对于非幂函数型的动力学方程,就无法用简单的数字来表现其级数。

对于初学者,要求能掌握具有简单级数的反应,主要是一级反应、a = b的二级反应和零级反应的动力学处理方法及其特点。

第七章 化学动力学热力学第二定律重庆大学物理化学教研室编物理化学答案第七章

第七章 化学动力学热力学第二定律重庆大学物理化学教研室编物理化学答案第七章

第七章7-1、证明对于二级反应,当反应物的原始浓度相同时,作用掉3/4原始反应物所需时间等于此反应半衰期的三倍. 证明:对于二级反应000][3)14311(][1)111(][1A k A k A k t ααθαθ=--=--= 02/1][1A k t α=2/13t t =∴θ7-2、反应A 2+B 2→2AB 若为基元反应,速率方程应当怎样?只根据速率方程能否确定是否基元反应? 解:速率方程为]][[22B A k r =只根据速率方程不能确定是基元反应。

例如: H 2+I 2=2HI 的速率方程为 ]][[22I H k r =,但H 2+I 2=2HI 的反应并不是基元反应。

所以只跟据速率 方程不能确定是基元反应。

7-3、试证明一级反应在其原始反应物的转化率从0→50%,50→75%及75→87.5%所需的每段反应时间都等于ln2/k 。

解:对于一级反应:0→50%的时间: k t 2ln 1=50→75%的时间:k k k t 2ln 2ln 4311ln 1=--= 75→87.5%的时间:k k k t 2ln 4311ln 18711ln 1=---= 7-4、反应(CH 3)2CHN=NCH(CH 3)2(g) →N 2(g)+C 6H 12(g)为一级反应。

若反应在恒容反应器中进行,则体系的压力逐渐增大。

假设t =0时,(CH 3)2CHN=NCH(CH 3)2(g)的压力为P i ,此时没有产物。

在t =t 时,反应体系的压力为P 。

证明k =1/t ln[P i /(2P i –P )]解:设(CH 3)2CHN=NCH(CH 3)2(g) , N 2(g), C 6H 12(g)分别为A, B, C A → B + Ct=0 P A,0 0 0 t=t P A,0-P B P B P c =P B 系统总压力 P= P A,0-P B +(P B+ P B )= P A,0+P B 反应物A 的分压P A = P A,0-P B = P A,0-(P- P A,0)=2P A,0-P一级反应⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=P P P t P P t k i i A A 2ln 110, 7-5、温度升高,反应速率为什么增大?从阿仑尼乌斯公式和碰撞理论来解释。

理解物理化学中的化学动力学

理解物理化学中的化学动力学

理解物理化学中的化学动力学化学动力学是研究化学反应速率及其驱动力的分支学科,它通过研究反应速率与反应条件、浓度和温度的关系,揭示了化学反应背后的物理过程和化学原理。

本文将深入探讨化学动力学的基本概念、重要定律和实验方法,帮助读者更好地理解这一重要的物理化学领域。

一、化学动力学的基本概念化学动力学研究的是化学反应速率,即单位时间内反应物浓度变化的比例。

反应速率通常用反应物浓度的变化率来表示,可以根据以下公式计算:反应速率= ΔC/Δt其中,ΔC表示反应物浓度的变化量,Δt表示时间的变化量。

反应速率的单位通常为摩尔/升·秒或升/摩尔·秒。

另外,化学动力学还研究了反应速率与反应物浓度、温度、催化剂等因素之间的关系。

在反应物浓度较低的情况下,反应速率与浓度呈线性关系;但在浓度较高时,反应速率不再与浓度呈线性关系,而是与浓度的幂函数相关。

此外,温度对反应速率也有显著影响,一般来说,温度升高会使反应速率增大。

二、重要的化学动力学定律1. 反应速率与浓度的关系化学动力学中最基本的定律之一是速率定律,它描述了反应速率与反应物浓度之间的关系。

对于简单的一级反应,速率定律可以表示为:v = k[A]其中,v表示反应速率,k为反应速率常数,[A]表示反应物A的浓度。

2. 反应速率与温度的关系阿伦尼乌斯方程描述了反应速率与温度之间的关系,该方程可以表示为:k = A * e^(-Ea/RT)其中,k为反应速率常数,A为阿伦尼乌斯因子,Ea为活化能,R为气体常数,T为反应温度。

根据阿伦尼乌斯方程可以看出,活化能越高,反应速率常数越小,反应速率越慢。

三、化学动力学的实验方法1. 消失法消失法是测定反应速率的常用实验方法之一。

其基本原理是通过监测反应物浓度的变化来确定反应速率。

实验中,可以在不同时间点取样,测定反应物浓度,并根据浓度的变化推算出反应速率。

2. 生成物法生成物法也是一种常用的测定反应速率的方法。

物理化学 第七章动力学

物理化学 第七章动力学

第十一章 化学动力学§化学反应的反应速率及速率方程1.反应速率的定义非依时计量学反应: 若某反应不存在中间物,或虽有中间物,但其浓度甚微可忽略不计,则此类反应将在整个反应过程中符合一定的计量式。

那么,这类反应就称为非依时计量学反应 某反应的化学计量式:B B0B ν=∑对非依时计量学反应,反应进度ξ定义为:B B d d /n ξν=转化速率为:B B d /d (1/)(d /d )t n t ξξν==& 反应速率为:B B /(1/)(d /d )r V V n t ξν==& 即用单位时间单位体积内化学反应的反应进度来定义反应速率。

对非依时计量学反应,此定义与用来表示速率的物质B 的选择无关,与化学计量式的写法有关。

对于恒容反应,反应速率可表示为:B B (1/)(d /d )r c t ν= 对任何反应: E F G H e f g h +=+G E F Hd d d d 1111d d d d c c c c re tf tg th t=-=-==2.基元反应 定义:如果一个化学反应,反应物分子在碰撞中相互作用直接转化为生成物分子,这种反应称为基元反应。

基元反应为组成一切化学反应的基本单元。

例如:2222C +M =2C +M C +H =HC +H H +C =HC +C 2C +M =C +Mg g化学反应方程,除非特别注明,一般都属于化学计量方程,而不代表基元反应。

反应机理:反应机理又称为反应历程。

在总反应中,连续或同时发生的所有基元反应称为反应机理,在有些情况下,反应机理还要给出所经历的每一步的立体化学结构图。

3. 基元反应的速率方程--质量作用定律、反应分子数(1)反应分子数:基元反应方程式中各反应物分子个数之和,称为反应分子数。

(2)质量作用定律:对于基元反应,反应速率与反应物浓度的幂乘积成正比。

幂指数就是基元反应方程中各反应物的系数。

这就是质量作用定律,它只适用于基元反应。

物理化学化学动力学知识点总结

物理化学化学动力学知识点总结

物理化学化学动力学知识点总结一、化学动力学的基本概念1.1 化学动力学的定义化学动力学是研究化学反应速率和反应机理的科学领域,它关注化学反应发生的速度和影响反应速率的因素。

1.2 反应速率的定义反应速率指的是单位时间内反应物消耗或生成物产生的量,通常用摩尔/升或克/升来表示。

1.3 反应速率的计算反应速率可以通过观察反应物浓度随时间的变化来计算,也可以根据剩余物质浓度的变化率来求得。

二、反应速率与浓度变化的关系2.1 反应速率与浓度的关系一般来说,反应速率与反应物的浓度成正比,可以用速率定律来描述。

2.2 速率定律的表达式速率定律可以通过实验得到,一般形式为v = k[A]^m[B]^n,其中v为反应速率,k为速率常数,[A]和[B]分别为反应物的浓度,m和n分别为反应物的反应级别。

2.3 速率常数的影响因素速率常数受温度、催化剂等因素的影响,温度升高可以增加速率常数,催化剂可以降低活化能,从而提高反应速率。

三、反应动力学的研究方法3.1 反应速率的实验测定通过实验测定反应物浓度随时间的变化,可以得到反应速率与时间的关系,从而得到速率常数和反应级数。

3.2 反应机理的研究通过实验测定不同反应条件下的反应速率,可以推断反应机理,进而提出反应的准确机理方程。

3.3 反应活化能的测定通过测定不同温度下的反应速率常数,可以利用阿伦尼乌斯方程计算反应的活化能,从而了解反应的热力学特性。

四、反应平衡和平衡常数4.1 反应的正向和逆向反应在一个封闭的系统中,当正向反应和逆向反应达到动态平衡时,反应速率相等,但各反应物浓度不再改变。

4.2 平衡常数的定义平衡常数(Kc)描述了反应在平衡时各反应物浓度的关系,可以通过实验测定得到。

4.3 平衡常数的计算平衡常数可以根据反应的化学方程式来确定,如果反应中有气体,也可以用分压来表示平衡常数。

五、影响平衡常数的因素5.1 温度的影响温度升高可以改变反应的平衡常数,一般来说,温度升高会使平衡常数偏向热力学不利的方向。

物理化学第七章 化学动力学

物理化学第七章 化学动力学

第七章 物理化学电子教案积分法 微分法 半衰期法 孤立法一级反应 对峙反应e上一内容 f下一内容平行反应连续反应 链反应2返回”回主目录化学动力学的任务和目的化学热力学的研究对象和局限性 研究化学变化的方向、能达到的最大限度以及 外界条件对平衡的影响。

化学热力学只能预测反应 的可能性,但无法预料反应在何种条件下能够发 生?反应的速率如何?反应的机理如何?例如:1 3 N2 + H2 ⎯⎯ → N H 3 (g ) 2 2 1 H2 + O2 ⎯⎯ → H 2 O (l) 2Δ r G / kJ ⋅ mol m−1−16.63 −237.19热力学只能判断这两个反应都能发生,但如何使它发 生,热力学无法回答。

e上一内容 f下一内容 ”回主目录2返回化学动力学的任务和目的化学动力学的研究对象 化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及 温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应 速率的影响,把热力学的反应可能性变为现实性。

例如: 动力学认为: 1 3 N 2 + H 2 → NH 3 (g) 需一定的T,p和催化剂 2 2 1 H 2 + O 2 → H 2 O(l) 点火,加温或催化剂 2e上一内容 f下一内容 ”回主目录2返回化学动力学的应用药物在体内的代谢、吸收、分布、排泄等与 化学动力学有关。

•药代动力学 药物的疗效、分解失效、稳定性预测等涉及 化学动力学知识。

•药效动力学 • 研究进展:生物反应机理、工业生产工艺研究 • 研究进展:人工固氮 、人工固碳、光解水e上一内容 f下一内容”回主目录2返回11.1 反应速率及其测定速度 速率 值。

例如: Velocity Rate 是矢量,有方向性。

是标量 ,无方向性,都是正R ⎯⎯ →Pd[R] <0 dt d[P] >0 dt速度速率e上一内容−d[R] d[P] = >0 dt dtf下一内容 ”回主目录2返回平均速率− ([R ]2 − [R]1 ) rR = t 2 − t1 ([P]2 − [P]1 ) rp = t 2 − t1它不能确切反映速率的变 化情况,只提供了一个平 均值,用处不大。

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第十一章 化学动力学§11.1化学反应的反应速率及速率方程1.反应速率的定义非依时计量学反应: 若某反应不存在中间物,或虽有中间物,但其浓度甚微可忽略不计,则此类反应将在整个反应过程中符合一定的计量式。

那么,这类反应就称为非依时计量学反应 某反应的化学计量式:B B0B ν=∑对非依时计量学反应,反应进度ξ定义为:B B d d /n ξν= 转化速率为:B B d /d (1/)(d /d )t n t ξξν== 反应速率为:B B /(1/)(d /d )r V V n t ξν==即用单位时间单位体积内化学反应的反应进度来定义反应速率。

对非依时计量学反应,此定义与用来表示速率的物质B 的选择无关,与化学计量式的写法有关。

对于恒容反应,反应速率可表示为:B B (1/)(d /d )r c t ν= 对任何反应: E F G H e f g h +=+G E F Hd d d d 1111d d d d c c c c re tf tg th t=-=-==2.基元反应定义:如果一个化学反应,反应物分子在碰撞中相互作用直接转化为生成物分子,这种反应称为基元反应。

基元反应为组成一切化学反应的基本单元。

例如:2222C +M =2C +M C+H =HC +HH +C =HC +C 2C +M =C +M化学反应方程,除非特别注明,一般都属于化学计量方程,而不代表基元反应。

反应机理:反应机理又称为反应历程。

在总反应中,连续或同时发生的所有基元反应称为反应机理,在有些情况下,反应机理还要给出所经历的每一步的立体化学结构图。

3. 基元反应的速率方程--质量作用定律、反应分子数(1)反应分子数:基元反应方程式中各反应物分子个数之和,称为反应分子数。

(2)质量作用定律:对于基元反应,反应速率与反应物浓度的幂乘积成正比。

幂指数就是基元反应方程中各反应物的系数。

这就是质量作用定律,它只适用于基元反应。

例如:单分子反应:A −−→产物,A A d /d c t kc -= 双分子反应:A B +−−→产物,A A B d /d c t kc c -= A A +−−→产物,2A d /d A c t kc -=(3)说明:速率方程中的比例常数k ,叫做反应速率常数。

温度一定,反应速率常数为一定值,与浓度无关;它是反应本身的属性。

同一温度下,比较几个反应的k ,k 越大,则反应越快。

基元反应按反应分子数可划分为:单分子反应、双分子反应和三分子反应。

对于非基元反应,只有分解为若干个基元反应时,才能对每个基元反应逐个运用质量作用定律。

4. 化学反应速率方程的一般形式、反应级数对于化学计量反应A B Y Z a b y z ++⋅⋅⋅−−→⋅⋅⋅++由实验数据得出的经验速率方程,一般形式为:A A AB d d c r kc c tαβ=-=⋅⋅⋅ 反应级数:速率方程中各反应物浓度项上的指数称为该反应物的级数。

说明:(1)式中各浓度的方次α和β等,分别称为反应A 和B 等的反应分级数,量纲为一。

所有浓度项指数的代数和称为该反应的总级数,通常用n (n αβ=++⋅⋅⋅)表示。

n 的大小表明浓度对反应速率影响的大小。

(2)反应级数可以是正数、负数、整数、分数或零,有的反应无法用简单的数字来表示级数。

反应级数是由实验测定的。

§11.2速率方程的积分形式1.零级反应反应速率方程中,反应物浓度项不出现,即反应速率与反应物浓度无关,这种反应称为零级反应。

0A Pr k −−→=常见的零级反应有表面催化反应和酶催化反应,这时反应物总是过量的,反应速率决定于固体催化剂的有效表面活性位或酶的浓度。

(1)零级反应的微分和积分式AA ,0,0,0,0,00A A A A 0A,0A 12A,0000d /d d /d d d d d /2A A A A AA c txtc A PA P t C C t tC C C C xxc t kc k x t kc k c k tx k tc c ktx ktt c k−−→−−→==---====-==-===⎰⎰⎰⎰(2)零级反应的特点①速率系数k 的单位为[浓度][时间]-1②半衰期与反应物起始浓度成正比:12A,0/2t c k =③A C 与t 呈线性关系2.一级反应反应速率只与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。

常见的一级反应有放射性元素的蜕变、分子重排、五氧化二氮的分解等。

226222422688862882524225Ra Ra He [Ra]1N O N O O [N O ]2r k r k −−→+=−−→+=(1)一级反应的微分速率方程 反应:A P −−→A,0A 0 0 t c a t t c a x x====-A1A d d c r k c t=-= 1d ()d xr k a x t==-或 (2)一级反应的积分速率方程①不定积分式A1A 1Ad d ln c k t c k t c -=-=+⎰⎰常数11d dln()()xk t a x k t a x =--=+-⎰⎰或常数从不定积分式看出浓度和时间的线性关系。

②定积分式AA ,0A,0A110A Ad d ln c t c c c k t k t c c -==⎰⎰1100d d ln ()xt x a k t k t a x a x==--⎰⎰或11ln1x y k t ay==-令 1/21122=ln =y t k 当时 (3)一级反应的特点①速率系数 的单位为[时间]-1。

②半衰期与反应物起始浓度无关的常数 :1/21ln 2/t k = ③A ln C 与t 呈线性关系3.二级反应(second order reaction)反应速率方程中,浓度项的指数和等于2的反应称为二级反应。

常见的二级反应有乙烯、丙烯的二聚作用,乙酸乙酯的皂化,碘化氢的热分解反应等。

例如,有基元反应:22(1)2A P[A]r k −−→=(2)A B P[A][B]2r k +−−→=(1)二级反应的速率方程A,0AA,0AA P 00a t c t t c c c −−→==-①AA,02AA A20Ad d /d d c t c c c t kc k t c -=-=⎰⎰ 1/2A,0A,0A 111kt t c kc c -==A B P 00t a b t ta xb xx+−−→==--②2d ()() d xk a x b x t=-- (a )a b =,与反应aA P −−→相同。

(b )a b ≠, 定积分式:21ln a xk t a -b b x-=+-常数 lna x tb x--呈线性关系定积分式:21()ln ()b a x k t a -b a b x -=- A 和B 因初浓度不同而有不同的半衰期。

(2)二级反应(a=b )的特点①速率系数k 的单位为[浓度]-1[时间]-1;②半衰期与起始物浓度成反比1/2A,01t kc =; ③A 1/C 与t 成线性关系。

4.n 级反应仅由一种反应物A 生成产物的反应,反应速率与A 浓度的n 次方成正比,称为n 级反应。

从n 级反应可以导出微分式、积分式和半衰期表示式等一般形式。

这里n 不等于1。

[]n nA Pr k A −−→=(1)n 级反应的微分式和积分式,0,000A AA AnA pt c t tc c c −−→==-AA,0AA AAd d /d d c t nn c c c t kck t c -=-=⎰⎰11/2111A A,0A,011121()1(1)n n n n kt t n c c n kc ------==-- (2)n 级反应的特点①速率系数k 的单位为[浓度]1-n [时间]-1;②11/n A c -与t 呈线性关系;③半衰期的表示式为:11/21A,021(1)n n t n kc ---=-。

当n =0,2,3时,可以获得对应的反应级数的积分式。

但n ≠1,因一级反应有其自身的特点,当n =1时,有的积分式在数学上不成立。

※ 5.小结§11.3速率方程的确定对于化学反应A B a b +−−→产物A BA A AB d /d n n c t k c c -= 在A,0B,0//c a c b =时,A B B A B A A A B A A A d /d (/)(/)n n n n n nc t k c bc a b a k c kc +-===在这类方程中,动力学参数只有k 和n ,故速率方程的确定,就是确定这两个参数。

但方程的形式只取决于n ,k 不过是式中的一个常数,所以确定速率方程的关键是确定反应级数。

浓度测定方法分为化学法和物理法(1)化学法:测定浓度手续教繁,需要在取样后采取种种手段(如突然降温、冲淡、加入化学试剂等)使反应停止,然后在进行分析。

(2)物理法:测定是利用产物和反应物某一物理性质(如分压力、摩尔体积、摩尔电导率、旋光性等)大差别来测定的。

1.微分法,000A AnA pt c t tc x−−→== AA d ln ln ln ln d cr k n c t⎛⎫=-=+ ⎪⎝⎭AA d ln ~ln d c c t⎛⎫- ⎪⎝⎭以作图,具体作法: (1)根据实验数据作c A ~t 曲线;(2)在不同时刻t 求-d c A /d t ; (3)以ln(-d c A /d t )对ln c A 作图。

从直线斜率求出n 值。

微分法要作三次图,引入的误差较大,但可适用于非整数级数反应。

有时反应产物对反应速率也有影响,为了排除产物的干扰,常采用初始浓度法。

取若干个不同的初始浓度c A,0,测出若干套c A ~t数据,绘出若干条Acc A ~t 曲线。

在每条曲线的初始浓度c A,0处,求出相应的斜率d c A,0/d t ,然后求直线lg(-d c A /d t )~lg c A 的斜率,即得组分A 的反应级数n 。

2.尝试法当实验测得了一系列Ac t 或xt 的动力学数据后,作以下两种尝试:(1)将各组A c ,t 值代入具有简单级数反应的速率定积分式中,计算k 值。

若得k 值基本为常数,则反应为所代入方程的级数。

若求得k 不为常数,则需再进行假设。

(2)分别用下列方式作图:A 211ln ~~ ~()c t t t a x a x --如果所得图为一直线,则反应为相应的级数。

积分法适用于具有简单级数的反应。

3.半衰期法根据n 级反应的半衰期通式:1/211n t Aa-=取两个不同起始浓度a ,a ’作实验,分别测定半衰期为1/2t 和1/2t ',因同一反应,常数A 相同,所以:11/21/21/21/2ln(/')'1'ln('/)n t t t a n t a a a -⎛⎫⎪⎝⎭==+或 1/2ln ln (1)ln t A n a =--或以ln t 1/2~ln a 作图从直线斜率求n 值。

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