第三章-化学反应动力学基础教学文案
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“Zewail教授在飞秒化学领域所做出的贡献 使我们可以断言，化学家研究反应历程的努 力已接近终点，任何化学反应的速率都不可 能比飞秒量级更快。化学将有可能对各类化 学反应的历程做出合乎实际的推断”
－诺贝尔化学奖公报
1986李远哲获诺贝尔化学奖
李远哲
李远哲，1936年出生于台湾新竹县，1962年 去美国深造，于1965年获化学博士学位。 1974年加入美国籍。主要是因为他对交叉分 子束方法的研究，他们将激光、光电子能谱 与分子束结合，设计了“分子束碰撞器”和 “离子束交叉仪器” ，实现了在单次碰撞下 研究单个分子间发生的反应机理的设想，使 化学家有可能在电子、原子、分子和量子层 次上研究化学反应所出现的各种动态，以探 究化学反应和化学相互作用的微观机理和作 用机制，对了解化学物相互反应的基本原理， 做出了重要突破。
不同物υ(质N表2O示5):的υ(N反O应2)速:υ(率O数2) 值= 2是:4不:1同的 即等于方程式相应物质分子式前的系数比
一、平均速率
∆t时间内反应物浓度和生成物浓度的变化值
IUPAC建议
1 cB B t
B——化学方程式 中的计量系数 规定—反应物取“-” 生成物取“+”
二、瞬时速率——某瞬间的反应速率
第三章-化学反应动力学基础
化学动力学(chemical kinetics)
是研究化学反应速率（rate of reaction）和 反应机理（mechanism of reaction）的化学分支 学科。
化学动力学的主要内容 ➢确定化学反应的速率以及温度、压力、催化剂、 溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响； ➢研究化学反应机理，揭示化学反应速率本质； ➢探求物质结构与反应能力之间的关系和规律。
有效碰撞理论
1918年 lewis 以气体分子运动论为基础提出： 1. 反应进行的必要条件是反应物分子间的相互磁撞
反应速率∝碰撞次数∝反应物浓度
2. 有效磁撞，只有具有较高能量的分子在取向合适的前提
下，能够克服碰撞分子间电子的相互斥力，完成化学键的改 组，使反应完成。
贮存条件 制订合理的用药方案
引入动力学的研究方法之后，药物研究才 真正摆脱经验阶段而进入科学阶段
第一节 化学反应速率
反应速率 ∆t时间内反应物浓度和生成物浓度的变化值
如：
aA + bB → cC + dD
t1时的浓度 c(A)1 c(B)1
t2时的浓度 c(A)2 c(B)2
则
∆t = t2 - t1
00 0.30 0.075
υ(N2O5)= - ∆c∆(Nt 2O5)= -
1.95-2.10 100
=1.5×10-3mol·L-1·s-1
υ(NO2)=
∆c(NO2) ∆t
=
0.30-0 100
=3.0×10-3mol·L-1·s-1
υ(O2) =
∆c(O2) ∆t
=
0.0750-0 100
=7.5×10-4mol·L-1·s-1
把反应看作两个反应球体碰撞的结果；
b. 过渡态理论： 产生中间活化络合物的历程。
3）1950年代后，新的实验手段的利用，微 观反应动力学（分子反应动态学）得到 发展。
• 利用激光、交叉分子束等新实验手段，研究某 一量子态的反应物变化到某一确定量子态的产 物的速率及反应历程（态-态反应的层次）；
• 从分子水平上研究微观反应动力学，使得化学 动力学取得了新的进展。
解决变化的速率及分 析变化的具体过程。
化学动力学意义
通过化学动力学的研究，可以知道如 何控制反应条件，提高主反应的速率， 增加产品产量，抑制副反应的速率， 减少原料消耗，减少副产物，提高纯 度，提高产品质量。化学动力学也研 究如何避免危险品的爆炸、材料的腐 蚀、产品的变质与老化等问题。所以 化学动力学的研究有理论与实践上的 重大意义。
飞秒化学(Femtochemistry)
20世纪70年代，基于快速激光脉冲的飞秒光谱技术发展， 使时间标度达到了飞秒数量级，用飞秒激光技术来研究 超快过程和过渡态使飞秒化学随之发展起来。从20世纪 80年代开始，艾哈迈德-泽维尔(Ahmed H. Zewail埃及出 生 美籍) 因用飞秒化学研究化学反应的过渡态而获得了 1999年度的诺贝尔化学奖。
药物代谢动力学研究内容
• 药物体内过程 ： 机体对药物的处置 吸收(absorption) 分布 (distribution) 代谢(metabolism) 排泄 (excretion)
• 体内药物浓度（血药浓度）动力学规律
非血管途径给药的药-时曲线
预测制剂中化学活性物质的稳定性 指导设计安全、稳定及有效的制剂处方 提出有关制剂正确的工艺技术及合适的
(A)
=
-
∆c(A) ∆t
c(C)1 c(D)1
c(C)2 c(D)2 ∆c = c2 - c1
(D) =
∆c(D) ∆t
单位: mol·L-1·s-1; mol·L-1·min-1; mol·L-1·h-1
如： 反应
Hale Waihona Puke 2N2O5 = 4NO2 + O2
C0/(mol·L-1) 2.10 C100S/(mol·L-1) 1.95
化学动力学发展
特点：相对于热力学发展较晚，不系统。 1）19世纪中叶起，宏观动力学研究： a. 浓度对反应的影响 质量作用定律； b. 温度对反应的影响 Arrhenius 经验式；
c. 活化能概念的提出：反应物必须得到一定的 能量才能起反应。
2）20世纪前叶：反应速率理论的创立 a. 碰撞理论：
动力学与热力学联系
热力学上不能发生的过程，在现实中一定不 能发生，研究其动力学没有意义。
热力学研究无限缓慢的可逆过程，故不考虑
时间因素，所以热力学上可以发生的过程只是 现实可能发生的过程，不是必然发生的。
变化的可能性-化学热 力学：
解决变化的方向、限度 及变化过程的能量转化
变化的现实性-化学动 力学：
limcB dcB
t0 t dt
均相反应和非均相反应
➢均相反应
N2 + H2 = 2NH3 反应物和生成物均为气态，为均相体 系。反应速度仅与反应物浓度有关。
➢非均相反应
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
非均相体系，反应速度与反应物浓度、 界面上的吸附、扩散等因素有关。
第二节 反应速率理论
－诺贝尔化学奖公报
1986李远哲获诺贝尔化学奖
李远哲
李远哲，1936年出生于台湾新竹县，1962年 去美国深造，于1965年获化学博士学位。 1974年加入美国籍。主要是因为他对交叉分 子束方法的研究，他们将激光、光电子能谱 与分子束结合，设计了“分子束碰撞器”和 “离子束交叉仪器” ，实现了在单次碰撞下 研究单个分子间发生的反应机理的设想，使 化学家有可能在电子、原子、分子和量子层 次上研究化学反应所出现的各种动态，以探 究化学反应和化学相互作用的微观机理和作 用机制，对了解化学物相互反应的基本原理， 做出了重要突破。
不同物υ(质N表2O示5):的υ(N反O应2)速:υ(率O数2) 值= 2是:4不:1同的 即等于方程式相应物质分子式前的系数比
一、平均速率
∆t时间内反应物浓度和生成物浓度的变化值
IUPAC建议
1 cB B t
B——化学方程式 中的计量系数 规定—反应物取“-” 生成物取“+”
二、瞬时速率——某瞬间的反应速率
第三章-化学反应动力学基础
化学动力学(chemical kinetics)
是研究化学反应速率（rate of reaction）和 反应机理（mechanism of reaction）的化学分支 学科。
化学动力学的主要内容 ➢确定化学反应的速率以及温度、压力、催化剂、 溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响； ➢研究化学反应机理，揭示化学反应速率本质； ➢探求物质结构与反应能力之间的关系和规律。
有效碰撞理论
1918年 lewis 以气体分子运动论为基础提出： 1. 反应进行的必要条件是反应物分子间的相互磁撞
反应速率∝碰撞次数∝反应物浓度
2. 有效磁撞，只有具有较高能量的分子在取向合适的前提
下，能够克服碰撞分子间电子的相互斥力，完成化学键的改 组，使反应完成。
贮存条件 制订合理的用药方案
引入动力学的研究方法之后，药物研究才 真正摆脱经验阶段而进入科学阶段
第一节 化学反应速率
反应速率 ∆t时间内反应物浓度和生成物浓度的变化值
如：
aA + bB → cC + dD
t1时的浓度 c(A)1 c(B)1
t2时的浓度 c(A)2 c(B)2
则
∆t = t2 - t1
00 0.30 0.075
υ(N2O5)= - ∆c∆(Nt 2O5)= -
1.95-2.10 100
=1.5×10-3mol·L-1·s-1
υ(NO2)=
∆c(NO2) ∆t
=
0.30-0 100
=3.0×10-3mol·L-1·s-1
υ(O2) =
∆c(O2) ∆t
=
0.0750-0 100
=7.5×10-4mol·L-1·s-1
把反应看作两个反应球体碰撞的结果；
b. 过渡态理论： 产生中间活化络合物的历程。
3）1950年代后，新的实验手段的利用，微 观反应动力学（分子反应动态学）得到 发展。
• 利用激光、交叉分子束等新实验手段，研究某 一量子态的反应物变化到某一确定量子态的产 物的速率及反应历程（态-态反应的层次）；
• 从分子水平上研究微观反应动力学，使得化学 动力学取得了新的进展。
解决变化的速率及分 析变化的具体过程。
化学动力学意义
通过化学动力学的研究，可以知道如 何控制反应条件，提高主反应的速率， 增加产品产量，抑制副反应的速率， 减少原料消耗，减少副产物，提高纯 度，提高产品质量。化学动力学也研 究如何避免危险品的爆炸、材料的腐 蚀、产品的变质与老化等问题。所以 化学动力学的研究有理论与实践上的 重大意义。
飞秒化学(Femtochemistry)
20世纪70年代，基于快速激光脉冲的飞秒光谱技术发展， 使时间标度达到了飞秒数量级，用飞秒激光技术来研究 超快过程和过渡态使飞秒化学随之发展起来。从20世纪 80年代开始，艾哈迈德-泽维尔(Ahmed H. Zewail埃及出 生 美籍) 因用飞秒化学研究化学反应的过渡态而获得了 1999年度的诺贝尔化学奖。
药物代谢动力学研究内容
• 药物体内过程 ： 机体对药物的处置 吸收(absorption) 分布 (distribution) 代谢(metabolism) 排泄 (excretion)
• 体内药物浓度（血药浓度）动力学规律
非血管途径给药的药-时曲线
预测制剂中化学活性物质的稳定性 指导设计安全、稳定及有效的制剂处方 提出有关制剂正确的工艺技术及合适的
(A)
=
-
∆c(A) ∆t
c(C)1 c(D)1
c(C)2 c(D)2 ∆c = c2 - c1
(D) =
∆c(D) ∆t
单位: mol·L-1·s-1; mol·L-1·min-1; mol·L-1·h-1
如： 反应
Hale Waihona Puke 2N2O5 = 4NO2 + O2
C0/(mol·L-1) 2.10 C100S/(mol·L-1) 1.95
化学动力学发展
特点：相对于热力学发展较晚，不系统。 1）19世纪中叶起，宏观动力学研究： a. 浓度对反应的影响 质量作用定律； b. 温度对反应的影响 Arrhenius 经验式；
c. 活化能概念的提出：反应物必须得到一定的 能量才能起反应。
2）20世纪前叶：反应速率理论的创立 a. 碰撞理论：
动力学与热力学联系
热力学上不能发生的过程，在现实中一定不 能发生，研究其动力学没有意义。
热力学研究无限缓慢的可逆过程，故不考虑
时间因素，所以热力学上可以发生的过程只是 现实可能发生的过程，不是必然发生的。
变化的可能性-化学热 力学：
解决变化的方向、限度 及变化过程的能量转化
变化的现实性-化学动 力学：
limcB dcB
t0 t dt
均相反应和非均相反应
➢均相反应
N2 + H2 = 2NH3 反应物和生成物均为气态，为均相体 系。反应速度仅与反应物浓度有关。
➢非均相反应
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
非均相体系，反应速度与反应物浓度、 界面上的吸附、扩散等因素有关。
第二节 反应速率理论