物理化学教学案例-化学反应动力学方程的建立-张丽丹.pdf

物理化学 Physical Chemistry 主讲 张丽丹 理学院 化学系 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 2011 12 23 第九章 化学反应动力学 Chemical Reaction Kinetics 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 1 2 3 4 5 化学反应速率化学反应速率 化学反应速率方程化学反应速率方程 化学反应速率方程的特征化学反应速率方程的特征 化学反应速率的计算化学反应速率的计算 化学反应速率方程的建立化学反应速率方程的建立 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 化学反应热力学研究 aA bB lL mM 由热力学第二定律给出方向性和限度的可能性 得出 T c x 之间关系式 不包含时间 t 参数 热力学回顾 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 研究方法 T一定时 1 测定 t c 或物理性质 基础数据 2 确定速率常数k和反应级数n 3 建立t c满足的数学关系方程 化学动力学研究 在T c x 基础上引入时间 t 参数 建立T c x t 之间的关系 科学研究思维方法 化学热力学 化学动力学 引入t f c t T 0 T一定 from t c to t c 确定k n f c t 0 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 确定速率常数k和反应级数n常用的方法为 1 微分法 2 积分法 3 半衰期法 4 孤立浓度法 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology n A A dc kc dt 1 微分法 图1 反应浓度与时间关系曲线 aA 产物 lnlnln AA dcdtck n C tkC 取对数 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 根据实验数据 作cA t 的动力学曲线 在不同时刻 t 求 dcA dt cA 以ln dcA dt 对lncA作图 斜率和截距求得 n 和 k dcA dt 等面积法 初速率法 差分法 数据处理方法 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 2 积分法 试差法 实验数据 t1 t2 t3 t4 t5 cA1 cA2 cA3 cA4 cA5 假设符合n 1 or 某 n 级 0 1 ln A A c k tc 11 0 1111 1 nn AA k tncc 若某级方程计算的结果 k1 k2 k3 k4 k5 则为该级反应 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 2 积分法 作图法 实验数据 t1 t2 t3 t4 t5 cA1 cA2 cA3 cA4 cA5 利用各级反应的线性特征作图 根据线性关系的线性特征确定反 应级数和速率常数 ln A ct 1 1 n A t c 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 3 半衰期法 用一级反应半衰期的特点判断是否为一级反应 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology c A0 c A0 t 1 2 t c t 1 2 k t 2ln 2 1 图2 一级反应半衰期曲线 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 3 半衰期法 1 若非一级反应 则采用n级反应半衰期公式进 行判断反应级数 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 1 1 1 2 0 21 1 n n A t nkc ln ln 1 00AA xx CC tt n 1 1 02 10 2 n A A t c tc 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 3 半衰期法 2 若非一级反应 则采用n级反应半衰期公式进 行判断反应级数 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology 1 20 1 20 ln 1 ln A A tc n tc 1 1 02 10 2 n A A t c tc 10 2 lnlnA 1 ln A tnc 斜率可以求得 n 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 4 孤立浓度法 aA bB 产物 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology AB rkc c 若初浓度 cA0 cB0 ABA rkc ck c 处理方法同前叙述 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 例 A和B之间发生一气相反应 反应中A是大大过量 实验测得50 时 该反应的半衰期和初浓度如下 写出该反应的速率方程 求级数 北京化工大学 Beijing University of Chemical Technology pA0 mmHg 500 250 250 1250 pB0 mmHg 10 10 20 15 t1 2 min 80 160 80 213 2011 12 23 5 化学反应速率方程的确定 The Definition of Chemical Reactions Rates 解 求B的级数 r kpA pB k pB A大大过量 2 求A的级数 北京化工大学 Beijing University o