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1、化学反应基本原理现在学习的是第1页，共25页 目的和内容目的和内容 以氨合成为例：以氨合成为例： N2+3H22NH3 需解决的问题：需解决的问题：（1）在给定条件下，反应能否向右进行？进行的限度）在给定条件下，反应能否向右进行？进行的限度（即达到平衡）？（即达到平衡）？平衡判据平衡判据及其计算及其计算称为化学热力学称为化学热力学（2）反应速率反应速率（反应的快慢）及其影响因素（反应的快慢）及其影响因素称为化学动力学称为化学动力学现在学习的是第2页，共25页 1.1 化学热力学化学热力学N2+3H22NH3在给定条件下，反应能否向右进行？进行的限在给定条件下，反应能否向右进行？进行的限度（即达
2、到平衡）？度（即达到平衡）？平衡判据平衡判据及其计算及其计算具体内容：具体内容：（1）定性：判断反应进行的方向与限度的判据；）定性：判断反应进行的方向与限度的判据；（2）定量：）定量：.在给定条件下最多能产生多数产物在给定条件下最多能产生多数产物常用反应物的平衡转化率（常用反应物的平衡转化率（）或产物的平衡）或产物的平衡组成（）表示。组成（）表示。.反应发生变化时与外界交换的能量的计算反应发生变化时与外界交换的能量的计算（3）、等条件变化对）、等条件变化对和的影响。和的影响。现在学习的是第3页，共25页1.平衡判据平衡判据S熵（系统的状态函数）熵（系统的状态函数）反应物（初态反应物（初态1）产
3、物（终态产物（终态2）1221若计算得出：若计算得出： 0则反应向右，生成产物则反应向右，生成产物 0则反应达到平衡则反应达到平衡系统系统：研究对象。隔离系统，封闭系统，敞开系统：研究对象。隔离系统，封闭系统，敞开系统隔离系统隔离系统：既不交换物质也不交换能量的系统：既不交换物质也不交换能量的系统状态函数状态函数：描述系统状态的物理量。：描述系统状态的物理量。 如、等如、等隔隔离离系系统统）（(01 S现在学习的是第4页，共25页闭系）恒定，、）（, 0WVT(0A2 赫姆霍兹函数（系统的状态函数）赫姆霍兹函数（系统的状态函数）反应物（初态反应物（初态1）产物（终态产物（终态2）12A2A1若
4、计算得出：若计算得出： A0则反应向右，生成产物则反应向右，生成产物 A0则反应达到平衡则反应达到平衡封闭系统封闭系统：不交换物质但交换能量的系统：不交换物质但交换能量的系统 ：非体积功非体积功T、V恒定恒定：温度不变，体积不变：温度不变，体积不变现在学习的是第5页，共25页闭系）恒定，、）（, 0WpT(0G3 吉布斯函数（系统的状态函数）吉布斯函数（系统的状态函数）反应物（初态反应物（初态1）产物（终态产物（终态2）1221若计算得出：若计算得出： 0,反应不能向右，反应不能向右， 金刚石不能生成金刚石不能生成。现在学习的是第9页，共25页 mTmVpG /13610895. 1)()()
5、()( molmMMVVVmmm石墨石墨金刚石金刚石石墨石墨金刚石金刚石 解解（2）欲在常温下生成金刚石，需要多大压力？）欲在常温下生成金刚石，需要多大压力？)kPa100p(V)kPa100(G)p(Gmmm pkPa100m)p(G)kPa100(GmdpV)G(dmm! ! !1053.19Pap 0)p(Gm 结论：在常温下用石墨制造金刚石至少需要加上结论：在常温下用石墨制造金刚石至少需要加上 约约15000atm的压力。的压力。现在学习的是第10页，共25页4.系统与外界交换能量的定量计算系统与外界交换能量的定量计算 交换能量的形式：交换能量的形式：Q、W 计算基础计算基础热力学第一
6、定律热力学第一定律： UQ+W WW（体）（体）W W （体）（体） pdV Q nCV,mdT （恒容（恒容） Q nCp,mdT （恒压）（恒压）现在学习的是第11页，共25页能量计算的说明能量计算的说明1.系统发生任何系统发生任何化学变化化学变化及其所伴随的及其所伴随的物物理变化理变化时，都会与外界时，都会与外界交换能量交换能量（W和和Q）。）。2.W的计算的计算：有助于对物料输送设备进行：有助于对物料输送设备进行设计或选型。设计或选型。3.Q的计算的计算：有助于确定生产工艺条件、：有助于确定生产工艺条件、确定设备尺寸等。确定设备尺寸等。 例如例如：很多反应需要在恒定温度下进行：很多反应
7、需要在恒定温度下进行，而反应本身是吸热或放热的，需设计，而反应本身是吸热或放热的，需设计换热器。换热器。现在学习的是第12页，共25页 1.2 化学动力学化学动力学 N2+3H22NH3研究研究反应速率反应速率（反应变化的快慢）及其影响因素（反应变化的快慢）及其影响因素称为化学动力学称为化学动力学具体内容：具体内容：（1）化学反应的速率方程：描述浓度）化学反应的速率方程：描述浓度C和压力和压力p对对反应速率的影响。反应速率的影响。（2）温度对反应速率的影响。）温度对反应速率的影响。（3）催化剂、光、电等对反应速率的影响。）催化剂、光、电等对反应速率的影响。（4）速率方程的建立及其理论。）速率方
8、程的建立及其理论。现在学习的是第13页，共25页 1. 化学反应的速率方程化学反应的速率方程（1）速率方程的微分形式）速率方程的微分形式d dD Dc cC Cb bB Ba aA A B BB BA AA AA AA AA An nn nc cc ck kd dt td dc cv v V VA A以以A A组分表示的反应速率；组分表示的反应速率；C CA A、C CB B反应物浓度；反应物浓度；k kA A为反应速率常数为反应速率常数 ； n nA A , ,n nB B反应物反应物A A或或B B等分级数；等分级数；n n -反应总级数，反应总级数，n=nn=nA A+n+nB B+.+
9、.）理理论论推推导导（）实实验验测测定定（来来源源：21 现在学习的是第14页，共25页 2.速率方程的积分形式速率方程的积分形式 为何需要积分形式？为何需要积分形式？例例：将某反应物：将某反应物A放在容器中反应生成产品放在容器中反应生成产品D，何时，何时停止反应？停止反应？ 这就需要知道反应物浓度这就需要知道反应物浓度CA与反应时间与反应时间t 之间的之间的定量关系速率方程的积分式。定量关系速率方程的积分式。B BB BA AA AA AA AA An nn nc cc ck kd dt td dc cv v nAAAkCdtdCv 一定条件下一定条件下现在学习的是第15页，共25页（1）一
10、级反应（）一级反应（n1）nAAAkCdtdCv 当当n1时时，t tk kc cc cl ln nA AA AA A0 0 t tk kc cd dc cA AC CC CA AA AA A0 0A A 现在学习的是第16页，共25页t tk kc cc cl ln nA AA AA A0 0 半衰期半衰期t t1/21/2： 当当C CA A= =0.5C0.5CA0,A0,所需反应时间所需反应时间t t为反应物为反应物A A的半衰的半衰期。期。 对一级反应：对一级反应： t t1/21/2 ln2/k ln2/k 现在学习的是第17页，共25页（2）n级反应（级反应（n 1）1 1) )
11、( (n nk kt t) )c c1 1c c1 1( (1 1) )( (n n1 11 1n nA A1 1n nA A0 0 1 1n nA A0 01 1n n1 1) )k kc c( (n n1 12 2t t1 1/ /2 2 积分式积分式：半衰期：半衰期：现在学习的是第18页，共25页（3）应用举例）应用举例例例1. 药品的有效期是任何制定的？药品的有效期是任何制定的？ 通过计算药物有效成分的通过计算药物有效成分的t1/2（或其（或其它分数寿期）来确定。它分数寿期）来确定。例例2.某大款用花岗岩装修新房，后经检测放射性元素某大款用花岗岩装修新房，后经检测放射性元素镭和氡超标。
12、该大款对夫人和儿子说：镭和氡超标。该大款对夫人和儿子说：“此房间现在此房间现在不能住人，留给以后我们的孙子去住吧。不能住人，留给以后我们的孙子去住吧。” 请问，以后大款的孙子能住吗？请问，以后大款的孙子能住吗？现在学习的是第19页，共25页 不同放射性元素的半衰期不同放射性元素的半衰期氡氡-222变为钋变为钋-218的半衰期为的半衰期为3.8天，天，镭镭-226变为氡变为氡-222的半衰期为的半衰期为1620年，年，铀铀238变为钍变为钍-234的半衰期是的半衰期是4.5109年。年。钍（钍（Th）的）的衰变半衰期可达衰变半衰期可达139亿年，（即亿年，（即1.391010年）年）由氡产生的由
13、氡产生的“氡子体氡子体”可致肺癌和白血病可致肺癌和白血病住宅花岗岩石中含放射性元素镭住宅花岗岩石中含放射性元素镭镭镭-226变为氡变为氡-222的半衰期为的半衰期为1620年年结论：？结论：？现在学习的是第20页，共25页新装修的房间内主要污染物质新装修的房间内主要污染物质主要有五种污染物质主要有五种污染物质（1）甲醛；不得超过）甲醛；不得超过0.08mg/m3（2）苯；）苯；（3）氨；不得高于）氨；不得高于0.2mg/m3（4）氡；）氡；（5）TVOC（也就是总挥发性有机化合物）等（也就是总挥发性有机化合物）等。：。：0.5mg/m3民用建筑工程室内环境污染控制规范民用建筑工程室内环境污染控
14、制规范（GB503125-2001）现在学习的是第21页，共25页3.温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响R RT TE Eo oa ae ek kk k nAAAkCdtdCv ArrheniwsArrheniws方程方程k k0 0 为常数，为常数， E Ea a 为活化能为活化能T升高升高，k增大，反应速率增大，反应速率增大增大E Ea a增大增大，反应速率，反应速率减小减小现在学习的是第22页，共25页能能 量量反应途径反应途径反应物反应物产物产物Ea，中间产物中间产物Ea，反应热反应热Q活化能活化能现在学习的是第23页，共25页4.催化剂对反应速率的影响催化剂对反应速率的
15、影响催化剂催化剂：加入少量就能显著改变反应速率，即本身的：加入少量就能显著改变反应速率，即本身的化学性质和数量在反应前后并不改变化学性质和数量在反应前后并不改变催化剂改变反应速率的机理：催化剂改变反应速率的机理： 与反应物生成与反应物生成不稳定不稳定的的中间中间化合物，改变了化合物，改变了反应途径，反应途径，降低活化能降低活化能，从而改变反应速率），从而改变反应速率）如果没有催化剂，就没有今天的石油、化学、医药、如果没有催化剂，就没有今天的石油、化学、医药、造纸、冶金等工业，没有现代文明。造纸、冶金等工业，没有现代文明。现在学习的是第24页，共25页催化作用举例催化作用举例 酶催化酶催化 （1）胃蛋白酶胃蛋白酶 （2） 生物固氮酶生物固氮酶 （3）乙醛分解酶乙醛分解酶：醉酒原因：醉酒原因 饮酒：饮酒：乙乙醛醛乙乙醇醇乙乙醇醇分分解解酶酶乙酸乙酸乙醛分解酶乙醛分解酶OHCO22 乙酸分解酶乙酸分解酶醉酒原因：醉酒原因：乙醛中毒乙醛中毒乙醇分解酶个体差异不大乙醇分解酶个体差异不大乙醛分解酶个体差异很大乙醛分解酶个体差异很大导致个体饮酒能力差异很大导致个体饮酒能力差异很大现在学习的是第25页，共25页