第03节(化学反应的速率和原子结构)解析

1、Fujian Normal UniversityChapter 11l催化剂有特殊的催化剂有特殊的选择性选择性：某种催化剂只对：某种催化剂只对某一或某种某一或某种反应有催化作用，因此不同反反应有催化作用，因此不同反应要用到不同的催化剂应要用到不同的催化剂。l即使同样的反应物即使同样的反应物, ,使用不同的催化剂使用不同的催化剂, ,可可得到得到不同的反应产物不同的反应产物。如乙烯的催化氧化。如乙烯的催化氧化。C2H4+1/2O2Ag-Al2O3PdCl2-CuCl2CH2CH2OCH3CHO环氧乙烷环氧乙烷乙醛乙醛催化剂的选择性催化剂的选择性Fujian Normal UniversityCh

2、apter 11催化剂中毒催化剂中毒l往往少量杂质就可以使催化剂的活性大幅往往少量杂质就可以使催化剂的活性大幅度度降低甚至丧失降低甚至丧失，这种现象称为催化剂中，这种现象称为催化剂中毒。但也有杂质可以大量增加催化剂的作毒。但也有杂质可以大量增加催化剂的作用，这种杂质被称为用，这种杂质被称为助催化剂助催化剂。Fujian Normal UniversityChapter 11酶催化作用酶催化作用l催化剂在动植物体内广泛存在，生物体内催化剂在动植物体内广泛存在，生物体内的各种化学反应大多由酶催化完成。例如，的各种化学反应大多由酶催化完成。例如，蛋白质在体外需要在浓的强酸（或强碱）蛋白质在体外需要在

3、浓的强酸（或强碱）中煮沸很长时间才能水解（即消化），而中煮沸很长时间才能水解（即消化），而在体内胃蛋白酶的作用下，只要体温下较在体内胃蛋白酶的作用下，只要体温下较短时间就可以完成。短时间就可以完成。Fujian Normal UniversityChapter 11l酶本质上是酶本质上是蛋白质蛋白质，酶催化的特点是，酶催化的特点是高催化高催化效率效率（比非酶催化效率高（比非酶催化效率高1061010倍）和倍）和高高选择性选择性（专一性）。（专一性）。l酶的催化活性与酶的催化活性与系统温度和系统温度和PH值值有紧密联系。有紧密联系。例如：一方面提高温度可以例如：一方面提高温度可以增加增加酶促反应

4、的酶促反应的速度（与一般化学反应一样），另一方面温速度（与一般化学反应一样），另一方面温度过高可引起酶蛋白度过高可引起酶蛋白变性变性，导致酶的失活。，导致酶的失活。因此存在反应速度达到最大值时的温度，称因此存在反应速度达到最大值时的温度，称为某种酶作用的为某种酶作用的最适温度。最适温度。 PH值类似。值类似。Fujian Normal UniversityChapter 11催化剂的重要意义催化剂的重要意义l化工生产化工生产8085的流程涉及到催化的流程涉及到催化剂，它使一些本来没有实用价值的反应在工剂，它使一些本来没有实用价值的反应在工业中得到应用，优良的催化剂是加速反应的业中得到应用，优良

5、的催化剂是加速反应的最经济最有效最经济最有效的途径。的途径。l人体（生物体）人体（生物体）有上千种酶，它们使人有上千种酶，它们使人体的各种生命活动得以正常进行。如体的各种生命活动得以正常进行。如DNA的的复制中复制中DNA解旋酶和聚合酶就发挥了重要作解旋酶和聚合酶就发挥了重要作用。用。Fujian Normal UniversityChapter 1111.7 链反应（连锁反应）简介链反应（连锁反应）简介l链反应是一类特殊的反应，引发后，通过活链反应是一类特殊的反应，引发后，通过活性组分会产生一系列性组分会产生一系列循环交替的快速连续反循环交替的快速连续反应。应。l臭氧层空洞臭氧层空洞人类排放

6、的氯氟烃（缩写人类排放的氯氟烃（缩写CFCs ）类物质，如）类物质，如氟利昂氟利昂（CFC）、）、CCl4、CHCl3等可以释放等可以释放Cl，以链反应的方式消耗以链反应的方式消耗臭氧，臭氧， 1个个Cl可以吞食大约可以吞食大约10万个万个O3分子，分子，对臭氧层有明显的破坏作用。对臭氧层有明显的破坏作用。Fujian Normal UniversityChapter 11l人类对臭氧层的保护人类对臭氧层的保护人们已经通过国人们已经通过国际公约等形式限制了臭氧层消耗物质际公约等形式限制了臭氧层消耗物质（ODS）的生产和使用。的生产和使用。l我国也开发了新一代制冷剂我国也开发了新一代制冷剂格林柯

7、尔格林柯尔制冷剂（制冷剂（Green Cool）。）。据报道，它不仅据报道，它不仅很环保，制冷效率还提高了很环保，制冷效率还提高了20%左右。左右。（很有争议（很有争议）Fujian Normal UniversityChapter 1111.8 绿色化学简介绿色化学简介l绿色化学又称为环境友好化学，它的绿色化学又称为环境友好化学，它的中心思想是从源头杜绝有害物质的产中心思想是从源头杜绝有害物质的产生，从根本上消除化学生产过程对环生，从根本上消除化学生产过程对环境的污染。境的污染。Fujian Normal UniversityChapter 11复习与练习复习与练习Fujian Normal

8、 UniversityChapter 11第第12章章 原子结构原子结构l为了研究物质的性质、反应的本质，预言为了研究物质的性质、反应的本质，预言化合物的合成，就必须研究物质的结构，化合物的合成，就必须研究物质的结构，首先就是原子结构，特别是其首先就是原子结构，特别是其电子层电子层的结的结构构因为一般化学反应只涉及因为一般化学反应只涉及电子状态电子状态的改变的改变。Fujian Normal UniversityChapter 1112.1 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性12.1.1 氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论1. 氢原子光谱氢原子光谱l经典物理遇到的困难经典物理遇到的

9、困难19世纪末新的实世纪末新的实验现象，例如黑体辐射、光电效应、原子验现象，例如黑体辐射、光电效应、原子光谱无法用经典物理来加以解释。这里我光谱无法用经典物理来加以解释。这里我们以原子光谱为例加以阐述。们以原子光谱为例加以阐述。Fujian Normal UniversityChapter 11l连续光谱连续光谱太阳或白炽灯发出的白光，通太阳或白炽灯发出的白光，通过三棱镜后，可得到红、橙、黄、绿、青、过三棱镜后，可得到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫蓝、紫连续变化连续变化的谱带，即连续光谱。夏季的谱带，即连续光谱。夏季阵雨过后出现的阵雨过后出现的 就是连续光谱。就是连续光谱。700nm400nm50

10、0nm600nm连续光谱连续光谱 原子光谱原子光谱不同气体原子（或离子）受到不同气体原子（或离子）受到激发后发光，通过三棱镜折射，就产生不同激发后发光，通过三棱镜折射，就产生不同种类、各具特征的种类、各具特征的不连续不连续谱线，称为原子光谱线，称为原子光谱或谱或线状光谱线状光谱。Fujian Normal UniversityChapter 11氢原子光谱氢原子光谱l氢原子光谱是氢原子光谱是最简单最简单的原子光谱。的原子光谱。l装有低压高纯装有低压高纯H2(g)的放电管所发出的光，的放电管所发出的光，通过棱镜分光后，在通过棱镜分光后，在可见光区可见光区波长范围内，波长范围内，可以观察到不连续的

11、可以观察到不连续的5条谱线。条谱线。 nm 410.2 434.1 486.1 656.3aa H H H HFujian Normal UniversityChapter 11Fujian Normal UniversityChapter 11氢原子光谱氢原子光谱Fujian Normal UniversityChapter 11l巴尔末巴尔末公式公式1885年年Balmer给出氢原子给出氢原子光谱中光谱中可见区可见区各谱线的频率遵循的规律，各谱线的频率遵循的规律，即巴尔末公式。即巴尔末公式。l里德伯里德伯公式公式而后而后里德伯（里德伯（Rydberg） 提出了可应用于提出了可应用于可见光区

12、以外可见光区以外各种氢原子各种氢原子谱线的通式，即谱线的通式，即里德伯里德伯公式。公式。经验公式经验公式Fujian Normal UniversityChapter 11 其中其中RH是是里德伯里德伯常量，常量，1.097107m-1。 对于对于巴尔末巴尔末系谱线（可见光区），系谱线（可见光区），m等于等于2 ，谱，谱线分别是线分别是H（ n=3 ）、 H（ n=4 ） 、 H（ n=5 ） 、 H（ n=6 ） 、 H（ n=7 ）。）。 对于其他系的谱线，对于其他系的谱线，m取其他值。取其他值。cnmnmnmR是正整数，和)11(122HFujian Normal UniversityC

13、hapter 11l氢原子光谱由五组线系组成，即紫外区的氢原子光谱由五组线系组成，即紫外区的莱曼莱曼(Lyman)系，可见区的系，可见区的巴尔末巴尔末(Balmer)系，红外系，红外区的区的帕邢帕邢(Paschen)系，系，布莱开布莱开(Brackett)系和系和普普丰德丰德(Pfund)系。系。Fujian Normal UniversityChapter 11l与经典电磁理论的矛盾与经典电磁理论的矛盾（逻辑重点）（逻辑重点）根据经典根据经典电磁理论，绕核高速运动的电子应该以电磁波的形电磁理论，绕核高速运动的电子应该以电磁波的形式辐射能量，导致电子能量逐渐衰减，轨道半径逐式辐射能量，导致电子

14、能量逐渐衰减，轨道半径逐渐减小，电子最终会落入原子核上而湮灭。这样渐减小，电子最终会落入原子核上而湮灭。这样原原子光谱应该连续，原子也不稳定，但这与事实是矛子光谱应该连续，原子也不稳定，但这与事实是矛盾的盾的。An unsatisfactory atomic modelFujian Normal UniversityChapter 112. 玻尔玻尔理论理论玻尔玻尔理论的基础：理论的基础：lPlanck 的量子论（黑体辐射）的量子论（黑体辐射） 物质吸收和发射能量是不连续的（物质吸收和发射能量是不连续的（能量是量子化能量是量子化的的），存在能量的最小单位，即），存在能量的最小单位，即量子量子(

15、quantum)。lEinstein 光子学说（光电效应）光子学说（光电效应） 当能量以光的形式传播时，其最小的单位是当能量以光的形式传播时，其最小的单位是光量光量子子即即光子（光子（photon），并有并有 E = h 其中其中h 是是普朗克普朗克常量常量 6.626 10-34 J.s。Fujian Normal UniversityChapter 11 玻尔玻尔的几点假设的几点假设 1913年，丹麦物理学家年，丹麦物理学家玻尔玻尔在氢及在氢及类氢原子类氢原子（只有一个电子只有一个电子，如，如He+、Li2+ ）光谱的实验基础上，光谱的实验基础上，提出了原子结构理论的几点假设：提出了原子结

16、构理论的几点假设：1. 与经典力学不同，电子与经典力学不同，电子只能只能在某些在某些特定的轨道特定的轨道上运动上运动其中：其中：v 是电子运动速度是电子运动速度 ， r 是轨道半径，是轨道半径，me 是是电子质量，电子质量， Z 是类氢原子的核电荷数，是类氢原子的核电荷数，e 是电子电是电子电荷，荷，0 是（真空介电）常数（或称真空电容率）是（真空介电）常数（或称真空电容率） ，n 是正整数是正整数。222002 2nZemhrnhZeve不要求记忆不要求记忆（可参考（可参考P494推导）推导）Fujian Normal UniversityChapter 11 电子在这些特定轨道上运动不吸收

17、或放电子在这些特定轨道上运动不吸收或放出能量，所以这些轨道称为出能量，所以这些轨道称为定态轨道定态轨道。l对于氢原子，对于氢原子，Z=1，可得可得r = 0.529 10-10n2 m = a0n2 其中其中a0称为称为玻尔半径玻尔半径，也就是玻尔理论中，也就是玻尔理论中氢原子电子运动的氢原子电子运动的最小最小半径。半径。Fujian Normal UniversityChapter 112.轨道半径越大，轨道半径越大，能量（包括动能和势能）能量（包括动能和势能）越高（解释，越高（解释，P494能量计算）。正常状态能量计算）。正常状态下，原子中的电子尽可能在离核最近、能下，原子中的电子尽可能在

18、离核最近、能量最低的轨道上运动量最低的轨道上运动基态（半径基态（半径a0 ）。如果获得能量，电子可以跃迁到较高能量如果获得能量，电子可以跃迁到较高能量的的激发态激发态。电子的。电子的能量也是量子化能量也是量子化的，不的，不能取连续值。能取连续值。 其中其中B = 2.1810-18J（书上书上P495单位不好）。单位不好）。22nBZ EnFujian Normal UniversityChapter 113. 处于激发态的电子处于激发态的电子不稳定不稳定，容易跳回到能，容易跳回到能量较低的轨道量较低的轨道, 同时以同时以光光的形式放出能量，的形式放出能量，光子能量大小取决于两个轨道的能量差。

19、光子能量大小取决于两个轨道的能量差。En(2) - En(1) = h h普朗克普朗克常量常量 光的频率光的频率Fujian Normal UniversityChapter 11玻尔玻尔模型的成功与局限性模型的成功与局限性成功成功解释了氢原子和类氢原子的光谱现象，推动解释了氢原子和类氢原子的光谱现象，推动了原子结构的认识。了原子结构的认识。局限性局限性只能解释只能解释单电子单电子原子（或离子）光谱的一原子（或离子）光谱的一般现象（还不能解释精细结构），不能解释多电子原般现象（还不能解释精细结构），不能解释多电子原子光谱。子光谱。 因为它是以经典理论为因为它是以经典理论为基础基础的，但又生硬的

20、，但又生硬地加上经典理论不能接受的地加上经典理论不能接受的假设假设，如定态不辐射、量，如定态不辐射、量子化条件等，因此注定它是个不完善的理论。子化条件等，因此注定它是个不完善的理论。玻尔玻尔理论的缺陷，促使人们去研究和建立能描述原子理论的缺陷，促使人们去研究和建立能描述原子内电子运动规律的量子力学原子模型。内电子运动规律的量子力学原子模型。Fujian Normal UniversityChapter 1112.1.2 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性 1. 光的波粒二象性光的波粒二象性l关于光是粒子还是波的讨论持续了很长时间，关于光是粒子还是波的讨论持续了很长时间，人们最终认识到光人

21、们最终认识到光同时具有微粒同时具有微粒（吸收、发射、（吸收、发射、光电效应）光电效应）和波动和波动（干涉、衍射）的性质。（干涉、衍射）的性质。l结合结合爱因斯坦爱因斯坦的质能方程理解光的动量：的质能方程理解光的动量：hchcEmcpmcE 2动量：爱因斯坦的质能关系式w上述动量关系式将表现光粒子性的动量、能上述动量关系式将表现光粒子性的动量、能量和表现光波动性的频率、波长联系起来。量和表现光波动性的频率、波长联系起来。Fujian Normal UniversityChapter 112. 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性 mvhph物质波物质波 1924年，年，德布罗依德布罗依将波粒二象性推广到将波粒二象性推广到所有所有微观粒子微观粒子。这种微观粒子的波称为。这种微观粒子的波称为德布罗依德布罗依波或物质波波或物质波，并有，并有德布罗依德布罗依关系式关系式：hchcEmcpmcE