化学反应速率-

化学反应速率

ChemicalReactionRates

多相反应链反应光化反应

几种类型的反应

体系中任何具有相同物理性质和化学性质的部分称为一个相。相与相之间有界面隔开，越过相界面时，性质发生突变。

相的概念Phase

气态－均匀体系。液态－互溶，均匀体系。例如

H2SO4

=0.5mol

m-3的溶液不互溶，多相体系。例如水和油的混合物是二相，水、油和汞的混合物是三相）。固态－除固溶体（固态溶液）外，有多少种纯固态物质，便有多少相。

相与状态Phase&State

与均相反应的速率不同，多相反应的速率既依赖化学因素，又依赖物理因素。

多相反应MultiphaseReaction

以煤的燃烧反应为例，整个燃烧反应至少可分为三个步骤：⑴反应物靠近表面；⑵在表面上发生化学反应；⑶反应产物从表面上离去。其中⑴、⑶步骤的速率取决于煤的比表面大小和氧气对流及扩散的快慢，属于物理因素；⑵为化学因素。

影响多相反应速率的因素最终决定反应速率的其中最慢的一步，称为控制步骤。由于煤的燃烧反应所需活化能不大，因而增大煤的比表面和加强氧气的对流，将有利于反应的进行。活化能很大的反应其控制步骤为第二步——化学反应本身。例如，在潮湿空气中，氧对铁的氧化不会由于增加金属表面空气的供给而加速。

控制步骤RateDeterminingStep微细分散的可燃物质，如面粉厂、纺织厂、煤矿中的“粉尘”，超过安全系数时会快速氧化燃烧，甚至引起爆炸事故。1987年青岛棉纺厂粉尘爆炸，烧毁一个车间及150台纺织机器，直接损失92万元，死亡3人。1987年3月15日凌晨2时39分，我国最大的麻纺企业哈尔滨亚麻厂发生粉尘爆炸事故，死亡58人、伤82人、直接经济损失650万元。

粉尘爆炸

链反应又称连锁反应，它是包括大量反复循环的连串反应的复合反应。

链反应chainreaction链反应过程中出现一些高活性的微粒。例如自由基,即具有不成对价电子的原子或原子团。象H

（原子氢）、HO

（氢氧基）、CH3

（甲基）等。自由基不稳定，一但产生，它们往往能和其它分子作用生成产物再加上自由原子或自由基。这个过程一旦引发，便会自动地进行下去，如一条锁链，一环扣一环，直至反应停止。

自由基FREERADICALS链反应一般包括三个阶段：链的引发链的传递链的终止

链反应的阶段这是由起始分子藉光、热、辐射或引发剂等到外因作用而裂解生成自由原子或自由基的反应阶段。这一步所需活化能较高，与断裂化学键的能量同一数量级。如：Cl2+hv

Cl

+Cl

链的引发链的传递：自由原子或自由基参与反应，反应结果又产生新的自由原子或自由基，如此一环接一环地传递下去。活化能较小，一般小于40KJ

mol-1。

Cl

+H2

HCl+H

H

+Cl2

HCl+Cl

链的传递链的终止：自由基彼此结合成稳定基团、被反应器吸附或与反应体系中惰性质点碰撞而失去活性，都可引起链终断。此步反应的活化能较小，有时为零。

链的终止Cl

+Cl

Cl2

链的终止链反应又分直链反应和支链反应两大类。直链反应每进行一步，消耗掉的活泼微粒数目与新生成的活泼微粒数目相等，反应象链条一样连续进行，比如HCl生成反应。

链反应的类型支链反应每进行一步，生成的活泼微粒数多于消耗掉的活泼微粒数，反应体系中的活泼微粒迅速增多，反应速率也急剧加快，最后可以达到爆炸的程度。

支链反应例如氢和氧的反应：⑴链的引发H2+O2

HO2

+H

⑵链的传递H2+HO2

HO

+H2OH2+HOH

+H2OH+O2

HO

+O

O+H2

HO

+H

⑶链的终止OH2

+M

消毁

H

+M

消毁

HO

+M

消毁

自由基+自由基

消毁

M代表不参与反应的第三体，如器壁和其它惰性质点。

支链反应按爆炸的原因可分成热爆炸、链爆炸、核爆炸等三类。链爆炸是由支链反应引起的，但并非所有的支链反应都会发生爆炸。因为链是会中断的，既可以和器壁碰撞，也可以和惰性质点碰撞而销毁，只要链的销毁速率等于或大于其产生速率，反应就能以平稳的速率进行。在氢氧混合气体中，当氢的体积百分数在4～94%就会发生爆炸。4%为氢在氧中的爆炸低限，后者94%为爆炸高限。氢和空气混合的爆炸低限4.1%，高限为74%。

爆炸反应在光的作用下进行的化学反应称为光化反应或光化学反应。如胶片的感光，植物的光合作用，大气中O2转变为O3和光化学烟雾的形成等都涉及到光化反应。

光化反应photochemicalreaction

靠分子热运动聚积足够的碰撞动能而引起的化学反应，称为热化学反应，简称热反应。通过电流引起的化学反应称为电化学反应。热是体系与环境交换的无序能量，电和光则是体系与环境交换的有序能量。热反应只能在

rG<0的条件下自发进行，而在电流或光的作用下，一些

rG>0的反应也能发生。

光化反应热反应电化学反应光合作用：

6CO2+6H2OC6H12O6+6O2

rGm

=2245KJ

mol-1

在日光照射下，绿色植物中的叶绿素将CO2和H2O化合成碳水化合物质和氧气。CO2和H2O不能吸收波长400～700nm的太阳光，而叶绿素能够吸收，所以叶绿素起光合作用的催化剂（也叫光敏剂）的作用。

光合作用叶绿素photosynthesis有些自发进行的化学反应可以发光，将化学能转化成光能。常温下化学能转化成光能的现象称为化学发光。如萤火虫尾部的荧光素被氧化时可发光，黄磷在空气中氧化时的发光等均为化学发光。

化学发光Chemiluminescence

萤火虫体内的虫萤光素遇到氧气时，即可经由其体內的生理机制，使虫萤光素进行下列反应，同时将能量以光的形式放出。

萤火虫发光

光棒在它的塑料管內有苯基草酸酯、染料及一根玻璃管。玻璃管內则有