化学动力学教案

1、化工化学系教案序号45周次十六授课形式讲授授课章节名称第八章化学动力学 第一节化学反应速率教学目的1、了解化学反应速率的定义，基元反应和复合反应。2、了解基元反应的速率方程质量作用定律。3、了解反应速率系数，反应级数。教学重点质量作用定律、反应级数教学难点质量作用定律、反应级数使用教具课外作业课后体会授课主要内容【复习旧课】 上次课主要介绍了电化学。【引人新课】今天我们开始与大家一起学习化学动力学。【讲述新课】第八章化学动力学第一节 化学反应速率一、化学反应速率的定义用单位体积内反应进度随时间的变化度来表示反应进行的快慢，称为反应速率，用符号“”表示即 由反应进度定义可知，所以反应速率的定义式

2、也写成这就是恒容反应速率的定义式。对于上式表示的任意反应，恒容反应速率可具体表示为显然，反应速率与物质B的选择无关，但与化学计量方程式的写法有关。为了讨论问题方便，常采用某物质的消耗速率或某指定产物的生成速率来表示反应进行的快慢。定义恒容下反应物的消耗速率为对同一化学反应用不同组分来表示的速度其数值不相同，但彼此之间可换算。二、反应速率的图解表示1、图中两条曲线分别表示反应物浓度CB和产物浓度CE随反应时间的变化。在t时刻的反应速度是t曲线上该点的切线斜率。三、基元反应和复合反应基元反应是指一步能够完成的反应一个化学反应，从反应物分子转变成产物分子所经历的那些基元反应，可以代表该反应进行的途径

3、，这些反应途径在化学动力学中称为反应机理（或反应历程）。基元反应中反应物的粒子（可以是原子、分子、离子、自由基等）数目叫做反应分子数。只有一个粒子参于的反应称为单分子反应，由两个粒子参加的反应为双分子反应。由两种或两种以上基元反应所组成的总反应称为非基元反应，或称为复合反应。绝大部分宏观反应都是复合反应。复合反应由哪几个基元反应组成，即反应物分子变成产物分子所经历的途径，称为反应的机理。基元反应的总和就是复合反应。基元反应中，反应物微粒数目称为反应分子数。根据反应分子数可以将基元反应粉为单分子反应，双分子反应，三分子反应，最常见的是双分子反应，单分子反应次之，三分子反应较罕见。四、基元反应的速

4、率方程质量作用定律经验表明，基元反应速度与各反应物浓度的乘积成正比，而各反应物浓度的指数就是基元反应方程式中各相应物质的计量系数。这一规律称为质量作用定律。若有基元反应aA+Bb 产物则基元反应的速度方程式为9-5基元反应为数不多，大多数化学反应为非基元反应。非基元反应速度方程式不能直接应用质量作用定律，它正是我们要研究的重点。五、反应级数实验证明，许多化学反应的速率方程具有以下幂数形式,分别叫对反应物A及B的反应级数，若令+=n叫反应的总级数，简称反应级数。反应级数一般是通过动力学实验确定的，而不是根据反应的计量方程写出来的，即一般a,b。反应级数和反应分子数属于不同范畴的概念。六、反应速率

5、常数k叫反应速率常数。k的物理意义是当反应物A、B的物质的量浓度c、c均为单位物质的量浓度时的反应速率，故也称为比速率。【本节小结】本次课主要介绍了化学反应速率的定义，基元反应和复合反应，基元反应的速率方程质量作用定律。反应速率系数，反应级数。化工化学系教案序号46周次十六授课形式讲授授课章节名称第八章化学动力学第一节化学反应速率教学目的1、 了解一级反应的特征。2、 了解二级反应的特征。3、 了解半衰期的计算。教学重点半衰期的计算教学难点半衰期的计算使用教具课外作业P300，4、5、6、7课后体会授课主要内容【复习旧课】 上次课主要介绍了化学反应速率的定义，基元反应和复合反应，基元反应的速率

6、方程质量作用定律。反应速率系数，反应级数。【引人新课】今天我们开始与大家一起学习化学动力学具有简单级数的化学反应。【讲述新课】第八章化学动力学第二节具有简单级数的化学反应一、一级反应若实验确定某反应物A的消耗速率与反应物A的物质的量浓度一次方成正比，则为一级反应，其微分速率方程为积分后得(2)当由或xA=0.5时，所需时间用t1/2表示，叫反应的半衰期。由式即一级反应的t1/2与反应物A的初始的物质的量浓度无关.这是一级反应的第二个特征。(3)式(8-19)为一直线方程，即lncAt图为直线，如图8-1所示，图为一直线，由直线的斜率可求kA。这是一级反应的第三个特征。二、二级反应反应速率与反应

7、物浓度的二次方成正比只有一种反应物的二级反应的特征（1）二级反应的速率系数k的单位为c-1×t-1。（2）二级反应的半衰期与反应物A初始的物质的量浓度成反比，这是二级反应的第二个特征。则即（3）只有一种反应物时的二级反应的积分速率图为一直线，如图8-2所示，由直线的斜率可求得k。【本节小结】本次课主要介绍了一级反应的特征、二级反应的特征、半衰期的计算。化工化学系教案序 号47周 次十六授课形式讲 授授课章节名称第五节温度对反应速率的影响第六节催化剂的基本特征教 学 目 的1、基本了解温度对反应速率的影响，特别是活化能的定义。2、基本了解催化剂的基本特征。教 学 重 点温度对反应速率的

8、影响催化剂的基本特征教 学 难 点温度对反应速率的影响使 用 教 具课 外 作 业课 后 体 会授 课 主 要 内 容【引入新课】前面主要介绍了一级和二级反应，今天主要介绍温度、催化剂对反应速度的影响。【讲述新课】第五节 温度对反应速率的影响温度是影响反应速率的重要因素之一。其基本规律大体分成五类，如图9-5所示。一级反应 爆炸反应 酶催化反应 某些碳氢化合物的氧化反应 NO的氧化反应 反应速度随温度升高而且下降。这种类型最为罕见。本节主要讨论反应类型（1），温度对其速度影响的定量规律。由化学反应速率方程式（9-6）可知，反应速度取决于速度常数和反应物浓度。温度主要是影响反应速度常数值，那么值

9、同反应温度存在何种关系呢？一、阿仑尼乌斯方程 若以lnA代替C，则式（9-18）可简化成 E反应的活化能（物理意义详见后述），单位J·mol-1；A频率因子，单位同k值告诉我们，反应速度常数按温度的指数规律变化，要确定任意温度下的k值，首先要确定该反应的活化能和频率因子，通常由实验测定不同温度下的k值，然后按式（9-18）或（9-18）中的lnk或lgk对1/T作图，得一直线，由斜率和截距分别求得反应的活化能和频率因子。二、活化能在反应体系中，并非所有互相碰撞的反应物都会即刻反应，而只有部分具有足够高能量的分子才发生反应，这部分分子称为活化分子；它们所处的状态称为活化状态。对于单分子

10、反应：B G.反应物B变成产物G必须经过一个活化状态B*，换句话说，反应物B必须吸收能量E才能达到平均摩尔能的活化状态Um*，然后进行反应变成产物G。同理，若逆反应在热力学上允许的话，反应沿原来途径返回，则物质G必须吸收能量才能达到活化状态，然后变成B物质。这里E和分别称为正反应的活化能和逆反应的活化能。基元反应的活化能是反应体系中活化分子的平均摩尔能与反应物分子的平均数摩托车尔能之差值。这称为阿仑尼乌斯活化能的托尔曼解释。应该强调这种解释只适用于基元反应.表观活化能的数值同基元反应活化能一样反映了化学反应速度的相对快慢和温度对反应速度的影响程度的大小。一般化学反应的活化能约在50KJmol-

11、1-300KJmol-1之间。若有两个反应的频率因子近似相同，而活化能分别为100KJmol-1和110KJmol-1即E2-E1=10KJmol-1则在500K时即在相同反应条件下两个反应速度约相差11倍。表9-5列出了反应活化能不同时，反应速度增高一倍需要提高温度的值。由此可得到如下结论：在相同温度下，活化能越小的反应，其速度越大，即反应速度快。对同一反应，速度常数随温度的变化率在低温下较大，在高温下较小。对不同的反应（在相同温度下比较时），活化能越大，其速度常数随温度有变化率越大。基元反应的活化能是反应体系中活化分子的平均摩尔能与反应物分子的平均数摩尔能之差值。这称为阿仑尼乌斯活化能的托

12、尔曼解释。应该强调这种解释只适用于基元反应，尽管实验表明，阿仑尼乌斯方程式也适用于非基元反应。然而，由此得到的活化能是一种表观活化能。由此可得到如下结论：在相同温度下，活化能越小的反应，其速度越大，即反应速度快。对同一反应，速度常数随温度的变化率在低温下较大，在高温下较小。对不同的反应（在相同温度下比较时），活化能越大，其速度常数随温度有变化率越大。也就是说，几个反应同时，高温对活化能较大的反应有利，低温对活化能较小的反应有利。工业生产上常利用这些特殊性来加速主反应，抑制副反应。【本节小结】 本节课主要介绍了温度对反应速度的影响，特别是活化能的定义。化工化学系教案序 号48周 次十六授课形式讲

13、 授授课章节名称第八节催化反应 第九节多相催化反应教 学 目 的基本了解催化剂的基本特征。教 学 重 点催化剂的基本特征教 学 难 点催化剂的基本特征使 用 教 具课 外 作 业课 后 体 会授 课 主 要 内 容【复习旧课】前面主要介绍了温度对反应速度的影响【引入新课】今天介绍催化剂对反应速度的影响。【讲述新课】第八节催化反应1.催化剂与催化作用(1)几个基本术语i催化剂(触媒)：加入少量即能显著改变反应速率而自身在反应前后的数量和化学性质都不发生变化的物质。当催化剂作用是加快反应速率时，称为正催化剂；当催化剂作用是减慢反应速率时，称为负催化剂或阻化剂。由于正催化剂应用较广泛，故一般所指的催

14、化剂是指正催化剂。ii自催化作用：反应产物能加速反应速率的作用。如：橡胶的老化；一些氧化还原反应：KMnO7与(COOH)2反应，Mn2+为催化剂。iii催化反应：有催化剂参加的反应。催化反应有许多种：按相状态分类：均相催化反应催化剂和反应物处于同一相中。多相催化反应催化剂和反应物不处于同一相中。酶催化反应催化剂分子大小已达胶体粒子范围，其催化反应介于均相和多相之间。按催化剂是否有生物活性分类：可将催化反应分为化学催化反应和生物催化反应。按催化作用机理分类：可将催化反应分为酸碱催化、络合催化、半导体催化等。A:催化剂的主要类型酸碱催化剂络合催化剂.酶催化剂金属及合金催化剂其它类型催化剂G关于催

15、化剂的一些基本知识：催化剂的活性与活性中心:催化剂的活性其加快反应速率能力的大小。活性中心固体催化剂表面具有催化能力的活性部位，它占整个催化剂固体表面的很少部分。活性中心往往是催化剂的晶体的棱、角、台阶、缺陷等部位，或晶体表面的游离原子等。催化剂的寿命、中毒与再生: (2)催化作用的基本特征在催化反应前后，催化剂的数量及化学性质均不发生改变，但某些物理性质可能改变。催化剂参与反应，改变反应途径，降低活化能，使反应速率显著加快。由于催化剂不能改变反应的始态和终态，所以催化剂不能发生改变反应的状态函数变化量(如)不改变化学平衡。催化剂只能缩短反应系统到达平衡所需的时间，但不能改变反应系统在平衡时的

16、状态。具有特殊的选择性和活性。少量杂质对催化作用的影响助催化利毒物学反应催化剂中毒现象可分为：暂时性中毒永久性中毒选择性中毒第九章多相催化反应多相催化反应是指反应体系处在二个或两个以上相态的催化反应。固体催化剂对气体或液体的催化反应，称为气固催和液固催化。在化工生产中，大多数是气固相催化反应。多相催化反应通常都在两相接触的界面上，产生特殊的化学变化。因此，多相催化反应速度的影响因素要比单相催化反应复杂得多。当固体催化剂浸入溶液（可以是气态或液态）时，反应过程可分成五步：反应物分子向固体表面（包括外表面和孔隙内表面）扩散；反应物分子被固体表面吸附。在固体表面上活化的反应物分子发生化学反应，生成产

17、物。产物分子从固体表面上脱附。产物分子从固体表面向外扩散。其中（1）（5）是物理扩散过程，（2）（4）是吸附和脱附，（3）是固体表面的反应过程。任何一步最慢的过程都可成为多相催化反应速度控制步骤。通常液态溶液的搅拌能增加扩散速度；固体表面积的增加能加速吸附过程。因此，催化剂一般都要求高度分散，具有较大的比表面，甚至用少量的催化剂分散在多孔的具有高比表面的物质（通常称为载体）上，以增加催化剂的接触表面，迅速扩散在固体表面附近的产物分子有利于加速固体表面上产物分子的脱附。一些液固相反应由于扩散速度较慢。常为扩散控制的催化反应，但多数气固相反应都是表面反应最慢。过程（3）是反应的控制步骤。【本节小结

18、】 本节课主要介绍了催化剂的基本特征。化工化学系教案序号49周次十七授课形式复习授课章节名称第八章 复习教学目的复习教学重点教学难点使用教具课外作业课后体会授课主要内容【讲述新课】一、 主要基本概念1、 反应速率2、 基元反应3、 复合反应4、 反应分子数5、 反应速率方程6、 反应级数7、 反应速率常数8、 活化分子、活化能9、 催化剂、催化作用二、 主要理论、定律和方程式1、 质量作用定律2、 一级反应3、 二级方程4、 阿伦尼乌斯方程【本节小结】本次课主要是复习。化工化学系教案序号50周次十七授课形式复习授课章节名称复习教学目的复习教学重点教学难点使用教具课外作业课后体会授课主要内容【复习旧课】【引人新课】。【讲述新课】一、 填空题：(50分)1、理想气体状态方程式、分压定律与分体积定律2、热力学第一定律及Q、W的正负与计算3、恒压热与恒容热之差4、反应进度，用符号“”表示。其定义式4。5、理想气体5恒温可逆膨胀，若过程的，计算终态压强P和6、自发过程定义和特征。7、相律分析7各反应平衡后体系：8、（p的单位为Pa）9、升华的条件10、具有最大正偏差的真