3 化学反应过程
化学反应动力学的基本理论
化学反应动力学的基本理论化学反应是指化学物质间的相互作用导致化学变化的过程。
在这些反应过程中，各种不同的反应物混合在一起，产生一个新的组合物和反应产物，这个过程被称为化学反应。
化学反应动力学研究的就是这个过程的速度和机制。
化学反应动力学的基本概念
1. 反应速率
反应速率指的是化学反应的速度。
化学反应速率取决于反应物的浓度、温度、压力、催化剂和表面积等因素。
化学反应速率可以用化学反应方程式表示。
反应速率=反应物浓度的变化量/时间
2. 化学反应过程
在化学反应过程中，反应物被转化为反应产物，其中涉及到化学键的破裂和形成。
化学反应过程的速率受到温度、反应物浓度、催化剂等因素的
影响。
反应速率的变化可以通过反应物浓度和时间之间的关系来
确定。
3. 反应机理
反应机理是指化学反应过程的步骤。
每个步骤都有自己的速率
常数，这些步骤构成了一个完整的反应过程。
反应机理有助于我们了解反应的步骤，从而预测反应的主要产物。
反应机理可以通过物理实验、计算机模拟和其他方法来确定。
4. 反应活化能
反应活化能是指化学反应过程中必须克服的能量障碍。
活化能
越高，反应速率就越低。
化学反应需要一定的能量才能开始进行，这个能量称为活化能。
活化能是一种储存在反应物之间化学键中的能量。
当反应物遭受
足够高的能量撞击时，化学键破裂，反应物开始转化为产物。
大学有机化学反应历程0.
+ C H3O H
H+
H+
C H2 =C H C H C H2 C H3O Cl
C H2 C H =C H C H3O
C H2 Cl
【例8】
H3C Cl
C H2
HCl
H3C Cl
Cl CH3 +
H3C Cl
C H3 Cl
【解】
H3C Cl CH 2
HCl
H3C Cl
+
CH 3
①
按 ①
Cl
H 3C Cl
Cl:Cl
(2) 链的传递
hv or
+
2 Cl.
Cl .
CH3
+
H
H Cl CH3Cl
+
+
CH3 .
CH3 .
Cl2
Cl.
(3) 链的终止
Cl . CH3. CH3.
+ +
Cl . CH3. Cl .
Cl2 CH3CH3 CH3Cl
+
【例1】
C6H5C H2C H3 + C l2 hν C6H5C HC H 3 Cl 14.5 + C6H5C H2C H2C l 1
C H2C H3
H+
C H3
思考题：
七、羰基的亲核加成反应
羰基的亲核加成反应历程可分为简单亲核加成反应和加成
-消去反应历程。
(一) 简单亲核加成反应 这里包括与HCN、NaHSO3、ROH的加成，其中以与 ROH的加成(即：缩醛反应)最为重要。 【例13】写出下面反应的反应历程。
C H2C H2C H2C HO OH + C H3C H2O H
有机化学第三章反应机理
例如：
CH3 CH3
重排
CH3 C H CH2
CH3
C
CH3
由不够稳定的伯碳正离子重排为较稳定的叔碳
正离子。
4、碳负离子
由于烷基是供电子基团，所以碳负离子连接烷基 愈多，则愈不稳定（负电荷集中）。 碳负离子稳定性顺序为：
( CH3)3 C
由不够稳定的碳正离子重排为较为稳定的碳正离子。
CH3 CH3 CH CH CH2
H
CH3 CH3CHCHCH3
Cl
CH3 CH3CHCHCH3 Cl
CH3 CH3CHCHCH3
重排
CH3 CH3CCH2CH3
Cl
CH3 CH3CCH2CH3 Cl
( b ) 与卤素加成 （ Br2反式加成 ）
实验事实：
R—X
RCO—X
SO3
（1）卤代反应历程 （Cl2 ，Br2 . FeCl3催化剂）
Br2
+
FeBr3
δ Br
+
δ BrFeBr3
Br
+
H
+
δ Br
+
δ BrFeBr3
-
FeCl4
H
Br
Br
+
H
（2）硝化反应历程
硝化反应通常在混酸（硝酸+硫酸）条件下进行。
H2SO4
+
HONO2
H
ONO2 H
+
HSO4
1° H 氯 代 2 5 ° ,h ν 溴 代 125° , hν 1 .0 1 .0 2° H 3 .8 82 3° H 5 .0 600
2023届高三化学高考备考二轮研讨微专题化学反应历程与阿伦尼乌斯公式课件
学习任务三：化学反应的速率变化---阿伦尼乌斯公式应用
例3.在1L的密闭容器中加入1mol 随时间变化
和2molBr2,对于反应①，
的转化率在不同温度下的
初始浓度/mol
12
0
转化浓度/mol
xx
x
平衡浓度/mol 1-x-4x 2-x-4x x
初始浓度/mol
12
0
转化浓度/mol
4x 4x
化学反应历程与阿伦尼乌斯公式应用
课标要求
1.认识构成物质的微粒之间存在相互作用。 2.认识化学键的断裂和形成是化学反应中物质变化的 实质及能量变化的主要原因。 3.了解温度和催化剂对化学反应速率的影响。 4.知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对 化学反应速率的影响。
近几年命题情况
内容 反应物 生成物 中间产物 催化剂 反应速率
22年山东 √ √ √ √
21年山东 √ √ √
√
20年山东 √ √ √ √ √
布鲁纳：“学习最好的刺激是对所学的教材兴趣。”
学习目标
1.构建反应机理模型，准确在新情境图像中提取反应物、产物，分 析各步反应过程。 2.能运用基元反应的能量图，分析分析温度和活化能对化学反应速 率的影响。 3.以丁二烯与溴加成反应为例，能从微粒变化和能量变化两个角度 （阿伦尼乌斯公式）进行化学反应速率的综合分析实际问题。
4x
当转化率为0.1为平衡状态所以x+4x=0.1 x=0.02
【拓展思考】2.（1）为探究催化剂m、n的催化效率，进行 了相应的实验，依据实验数据获得图1曲线。在催化剂m作 用下，该反应的活化能_______J・mol-1。假设催化剂n的催 化效率大于m的催化效率，请在图1中画出催化剂n的相应曲 线图和标注。
从化学基本概念理解三羧酸循环的进行过程
从化学基本概念理解三羧酸循环的进行过程各种营养物质从高分子经消化变成小分子后，吸收入血变为乙酰辅酶，最后经过三羧酸循环和氧化磷酸化变成CO2和H2O，放出大量的ATP。
三羧酸循环本质上仍然是一个氧化还原反应，这个氧化反应如果在体外进行，直接用燃烧的方法就行了，但在体内则是一个复杂的生物氧化，也就是说，机体CO₂的生成与体外燃烧生成Co2的过程截然不同。
本文想从基本化学概念来理解这个反应过程。
以葡萄糖为例，1摩葡萄糖变成3摩乙酰辅酶后，乙酰辅酶不能再直接氧化成CO2和H2O了，乙酸基中的碳必须通过脱羧反应变成CO2，氢元素则需由酶先把氢脱下来再由呼吸链一步步传递给氧气生成H2O，这是生物氧化的基本途径。
首先考虑脱羧反应是怎样进行的：脱羧反应生在酮酸化合物中，乙酰基没有酮酸结构，不能直接脱羧。
所以，我们理解的第一点是：乙酰辅酶必须和其他化合物生成有酮酸结构的化合物。
当时，发现加入草酰乙酸能加速三羧酸循环，由这个事实，推想是否由草酰乙酸和乙酰辅酶相化合生成了柠檬酸呢？后来又有实验证明加入柠檬酸可以加速三羧酸循环的事实，说明这个猜想是对的；但柠檬酸本身也没有酮酸结构，所以要设法使它变成酮酸。
思考的第二点是：这个循环的反应物应当是乙酰辅酶，柠檬酸是一个中间产物，草酰乙酸则像催化剂一样，它“搭载着乙酰辅酶生成柠檬酸进行反应”，循环结束后又生成草酰乙酸，这样，线粒体内的草酰乙酸不会被消耗，循环得以继续进行。
思考的第三点是整个循环的总线索：乙酰辅酶和草酸乙酰怎样生成柠檬酸，然后又怎样能让柠檬酸一步步生成草酰乙酸，这样去理解和记忆那些反应的先后顺序就有一个清晰的思路了。
现在，我们来一步步分析理解各步反应的进行。
第一步：柠檬酸的生成CH2COOH CH2COOH| |C—COOH + H2OHO—C—COOH 顺乌头酸脱水CH2 + C O ASH 酮戊二酸复合脱氢酶CH2 +CO2 + NADH + H+ | |O=C—COOH O=C-S-C O A第六步反应：琥珀酰辅酶生成琥珀酸这一步的催化剂是琥珀酰合C O A合成酶，因为反应物琥珀酰辅酶有高能硫酯健水解，释放的自由能在细菌和高等生物中是先转给ADP再生成ATP，在哺乳动物中，先生成GTP，再生成ATP，都属于底物水平磷酸化，此时，琥珀酰-CoA生成琥珀酸和辅酶A。
第三章 化学反应原理
上式说明，恒压过程中系统热量 Qp 的变化等于 终态和始态的 (U + pV) 值之差。
热力学中将 (U + pV) 定义为焓，符号为 H。
H = U + pV
焓 H 在系统状态变化过程中的变化值就是H， H 在热力学中称焓变，即
Qp = H2 H1 = H
焓的变化 H 在数值上等于等压过程中吸收 或放出的热量，即 H＞0，表示系统吸热，
思考：以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓(反应物和 生成物都是标准态)?
C(石墨) O2(g) CO2 (g)
CO(g)
1 2
O
2
(
g
)
CO
1、 盖斯定律
化学反应的反应热（恒压或恒容下）只与物质的始态或终态 有关而与变化的途径无关。
1
H2(g) + —2 O2(g)
ΔrH1θ
2H(g) + O(g)
ΔrHθ
ΔrH2θ
H2O(l)
ΔrH3θ
H2O(g)
ΔrHθ = ΔrH1θ + ΔrH2θ + ΔrH3θ
盖斯定律计算实例
(1) H2(g)+ O2 = 2H(g)+O(g) (2) 2H(g)+O(g) = H2O(g) (3) H2O(g) = H2O(l)
热力学能：又称内能，系统物质内部运动能 量的总和，内部运动包括分子的平动、转动、 振动以及电子运动和核运动。
符号：U 热力学能的变化：ΔU 单位：能量的单位（J或kJ）
内能的特征： 状态函数 无绝对力下，前者放在
10000m高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上。 两者的内能相同吗？
热力学第一定律
化学反应的还原
化学反应的还原化学反应是物质之间发生变化的过程，其中包括还原反应。
还原是指化学物质中的原子或离子减少氧化态的过程。
本文将探讨化学反应的还原过程及其应用。
一、还原的定义和原理化学反应中，还原是指一种物质中的原子或离子失去氧化态的过程。
在还原反应中，电子会从氧化剂（受氧化的物质）转移到还原剂（进行还原的物质），从而实现化学反应。
还原反应遵循一些基本原理，包括以下几个方面：1. 电子转移：还原反应涉及电子的转移，通常是从氧化剂到还原剂。
2. 氧化态改变：在还原反应中，氧化态发生改变。
氧化剂的氧化态增加，而还原剂的氧化态减少。
3. 反应过程：还原反应主要涉及原子、离子或分子之间的交换，以形成新的物质。
二、还原反应的应用还原反应在多个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的还原反应应用：1. 冶金工业：还原反应在冶金工业中广泛应用。
例如，铁的冶炼过程中，铁矿石经过还原反应转化为纯铁。
还原反应还用于提取其他金属，如铝、铜等。
2. 燃料和能源产生：还原反应在燃料和能源产生过程中发挥重要作用。
例如，燃煤和燃气发电厂中，燃料燃烧时进行还原反应，产生能量。
3. 电池和电解：许多电池和电解过程也涉及还原反应。
在电池中，化学能转化为电能，这涉及还原反应。
而在电解中，电能转化为化学能。
4. 化学合成：还原反应用于化学合成过程中。
例如，还原剂可以将醛类化合物还原为醇。
5. 环境保护：还原反应在环境保护中起着关键作用。
例如，在废水处理中，还原反应可以将有害物质转化为无害物质。
三、还原反应的实例1. 锌和硫酸反应：Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2↑在这个反应中，锌（Zn）失去了氧化态，成为了ZnSO4，并释放出氢气作为副产物。
2. 氢气和氧气的反应：2H2 + O2 -> 2H2O这是一个常见的还原反应，氢气（H2）和氧气（O2）反应生成水（H2O），在反应过程中，氢气发生了氧化态的减少。
3. 还原焦炭苦土：Na4C + 2AlCl3 -> 3NaCl + 2Al + 4C↑这个反应中，苦土（Na4C）经过还原反应生成了氯化钠（NaCl）、铝（Al）和碳（C），其中苦土作为还原剂发生了氧化态的减少。
压轴题03 化学反应机理 历程 能垒图分析(解析版)
压轴题03 化学反应机理/历程能垒图分析近几年来新高考地区有关反应历程和反应机理的选择题，通过构建模型，进行类比迁移考查考生的化学学科素养。
反应历程是指化学反应中的反应物转化为最终产物通过的途径，反应机理是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应，机理详细描述了每一步转化的过程，包括过渡态的形成，键的断裂和生成，以及各步的相对速率大小等。
完整的反应机理需要考虑到反应物、催化剂、反应的立体化学、产物以及各物质的用量。
试题常以图像为载体，以陌生的反应历程方程式或示意图为主要信息源，高起点(题目陌生度高，往往用词新颖) ，低落点(考查的思维简单) ，从微观视角来考查反应机理，考查点集中在题目信息采集处理、能量、速率、平衡、结构、反应等关键考点，问题涉及到催化剂、中间产物的判断、化学反应方程式的书写及反应过程的化学键断裂与形成情况。
由于命题形式比较新颖，能较好的考察学生阅读和理解题目信息能力，且考察难度、深度比较容易调控，广度易于辐射到各模块，预计该题型在今后的高考中仍会是命题热点。
解答时注意题干信息的理解应用，通过分析化学反应过程，明确反应过程中反应物、生成物、中间物种(或中间体)、催化剂的作用和能量变化、化学键的变化等。
反应物：通过一个箭头进入整个历程的物质一般是反应物；生成物：通过一个箭头最终脱离整个历程的物质多是产物；中间体：通过一个箭头脱离整个历程，但又生成的是中间体，通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[]”标出催化剂：催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主题的多个物种一定在机理图中的主线上一、选择题：本题共20小题，每小题只有一个选项符合题意。
1．（2022·山东·高考真题）在NO 催化下，丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。
下列说法错误的是A ．含N 分子参与的反应一定有电子转移B ．由NO 生成HONO 的反应历程有2种C ．增大NO 的量，38C H 的平衡转化率不变D ．当主要发生包含②的历程时，最终生成的水减少 【答案】D【详解】A ．根据反应机理的图示知，含N 分子发生的反应有NO+∙OOH=NO 2+∙OH 、NO+NO 2+H 2O=2HONO 、NO 2+∙C 3H 7=C 3H 6+HONO 、HONO=NO+∙OH ，含N 分子NO 、NO 2、HONO 中N 元素的化合价依次为+2价、+4价、+3价，上述反应中均有元素化合价的升降，都为氧化还原反应，一定有电子转移，A 项正确；B ．根据图示，由NO 生成HONO 的反应历程有2种，B 项正确；C ．NO 是催化剂，增大NO 的量，C 3H 8的平衡转化率不变，C 项正确；D ．无论反应历程如何，在NO 催化下丙烷与O 2反应制备丙烯的总反应都为2C 3H 8+O 2NO2C 3H 6+2H 2O ，当主要发生包含②的历程时，最终生成的水不变，D 项错误； 答案选D 。
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以不同组分表示的反应速率受化学计量方程式的约束。
反应进度：对于间歇系统中的某反应，若反应混合物中
某组分的起始物质的量为ni0，反应后该组分的物质的量
为ni，则定义反应进度为：
ξ ni ni 0
mol
νi
或写成：
ni ni0 ni iξ
则：
d dnA dnB dnS
即：
ri
1 V
dni dt
[mol /(m3 s)]
在多相系统中，可以采用单位相界面积（两相流体系统）、单位 固体表面积（流固相非催化反应）、单位催化剂内表面积（流固 相催化反应）或单位质量固体或催化剂（流固系统）来表示反应 速率，其一般式即可表示为：
ri
1 B
dni dt
（定A义组用分的生基成准的）摩（尔时数间）
• 研究工业化学反应过程，不仅要考虑微观动力 学因素，还同时需要考虑设备结构、传递过程 等宏观动力学因素
• 过程传递理论：动量传递、热量传递、质量传 递。
3.3 化学反应过程的主要技术指标
(1) 转化率：指某一反应物参加反应转化的数量占 该反应物起始量的百分数，用符号x表示。
某一反应物的转化量 X 该反应物的起始量 100% 转化率是表示反应物反应程度的指标。
3 化学反应过程
化工生产的核心
3.1 化学反应过程的分类
• 按反应特性分类，有氧化、还原 、加氢、脱氢、 歧化、异构化、烷基化、羟基化、水解、水合、 偶合等；
• 按反应机理，分简单反应和复杂反应； • 按反应的方向，分可逆和不可逆反应； • 按反应物系的相态，分均相和非均相； • 是否催化反应； • 热效应，分吸热和放热反应； • 化学动力学角度分类，分单分子反应、双分子反
rA
1 V
dnA dt
1 V
nA0dxA dt
用转化率表示反应进度： nA0 xA A
2. 连续系统：反应物和产物在整个反应器内处于连续 流动状态，系统达到定态后，物料在反应器内没有积累， 系统中的浓度、温度等参数在一定位置处是定值，即不 随时间而变化，但在反应器中不同位置这些参数是不同 的。因此，对连续系统，物系中各参数是空间位置的函 数 连。续系统中反应速率可以表示为单位反应体积中某一反 应物或产物的摩尔流量的变化。即：
A
B
S
用反应进度表示反应速率： r d
V dt 所有反应物和产物的反应进度都是相等的。
转化率：组分A反应掉的物质的量与其开始时物质的量nA，0之比。
xA
nA0 nA nA0
nA nA0
A
nA0
nA nA0 (1 xA )
当反应体积不变时： C A C A0 (1 xA )
用转化率表示反应速率：
组分A在反应器中的转化量
XA, tot
新鲜原料中A的量 100%
• (2) 选择性：体系中转化成目标产物的某一反应 物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之 百分数。
转化为目的产物R的某一反应物的量
SR
该反应物的总的转化量
100%
• 选择性表达了主、副反应进行程度的大小，能 反映原料的利用是否合理
还可以表示为单位质量固体（或催化剂）上某一反应物或产物 的摩尔流量的变化。即：
ri
dqn,i dW
[mol /(kg s)]
这里的B可以是面积S或是质量W。
当用于液相反应时，反应过程中反应混合物的体积变化可忽略，
因此：
ri
1 V
dni dt
dci dt
[mol /(m3 s)]
对于多组分反应系统： A A BB LL M M
有：
rA : rB : rL : rM A : B : L : M
或写成：
1 dcA 1 dcB 1 dcL 1 dcM
• 化学反应原理包括的理论体系：
1）化学热力学(chemical thermodynamics)
1.判断化学反应能否发生以及进行的方向 2.化学反应过程进行的最大限度 3.热效应
• 2）化学动力学(chemical kinetics)
• 1.化学反应过程进行的机理 • 2.确定化学反应速率与其影响因素的函数关系
同一反应，不同反应组分的转化率在数值上可能 不 同。
关键反应物是反应物中价值最高的组分，为 使其尽可能转化，常使其他组分过量。
• 单程转化率：表示反应物一次通过反应器,参加反 应的某种原料量站通入反应器的反应物总量的百 分数。
组分A在反应器中的转化量 XA 反应器进口物料中组分A的量100%
• 全程转化率：新鲜原料进入到离开反应系统所达 到的转化率。
ri
dqn,i dVR
[mol /(m3 s)]
对于均相反应，反应体积指反应混合物在反应器中所占据的体积； 对于气-固相催化反应，反应体积指反应器中催化剂床层的体积。
化学反应速率的表示方式
也可以表示为单位反应表面积上某一反应物或产物的摩尔 流量的变化。即：
ri
dqn , i dS
[mol /(m2 s)]
(3) 收率
• 收率（yield）指按反应物进行量计算，生成目的 产物的百分数。
• 收率=（目的产物生成量/反应物进料量×100%。
• 收率与转化率及选择性的关系为：收率=转化率× 选择性
• 收率=(产品量/原料总量)＝（（总转化量-损失量） /原料总量）＝转化率-损失率
(4) 反应速率
化学反应速率：单位时间内单位反应混合物体积中反应 物的反应量或产物的生成量。其表示方法因反应在间歇或 连续系统中进行而不同。
1. 间歇系统：反应物一次加入反应器，经历一定的反应时间达 到所要求的转化率后，产物一次卸出，生产是分批进行的。 若搅拌系统效果良好，则反应物系的组成，温度，压力等参 数在每一瞬间都是一致的，但随反应的进行，其值随时间而 变，故独立变量为时间。
在间歇系统中，反应速率可以表示为单位反应时间内单
位反应混合物体积中反应物A的反应量或产物的生成量。
应和个别三分子反应；零级反应、一级反应、二 级反应和分数级反应；
• 按反应过程控制的温度条件，分为等温反 应过程、绝热反应过程和非绝热变温反应 过程；
• 依据压力条件，分常压、负压、加压（高 压、中压、低压）反应过程；
• 依据操作方式的不同分类，分为间歇反应 过程、连续反应过程和半连续反应过程；
3.2 有关化学反应过程的理论