《工科化學(xué)》課件05材料12章1－2

2023/10/1114．916℃時，平行反應(yīng)A的k1=465s-1，k2=374s-1（1）求A轉(zhuǎn)化率達90%所需的時間；（2）已知反應(yīng)的活化能E1=20kJ·mol-1，E2=26kJ·mol-1，求總反應(yīng)的表觀活化能。解：(1)

t=ln10/(4.65+3.74)=0.274s(2)=(4.6520+3.7426)/(4.65+3.74)=22.7kJ·mol-1證：由k=k1+k2

代入，得化簡之，得證2023/10/1125．已知氣相反應(yīng)2A+B2Y的速率方程為。將氣體A和B按物質(zhì)的量比2：1引入一抽空的反應(yīng)器中，溫度保持400K。反應(yīng)經(jīng)10min后測得系統(tǒng)壓力為84kPa，經(jīng)很長時間反應(yīng)完了后系統(tǒng)壓力為63kPa。試求：（1）氣體A的初始壓力pA,0及反應(yīng)經(jīng)10min后A的分壓力pA；（2）反應(yīng)速率常數(shù)kA；（3）氣體A的半衰期。解：(1)由2A+B

2Y

t=0

pA,0(1/2)pA,0

0

t=10minpA

(1/2)pA

pA,0-pA

p=(1/2)pA+pA,0

pA=2(p-pA,0)=2(84-63)＝42kPa

t∞

0

0

p∞＝pA,0

pA,0=p∞=63kPa(2)1/pA-1/pA,0=(1/2)kAt,kA=(2/t)(1/pA-1/pA,0)=(2/10)(1/42-1/63)=1.5910-3min-1kPa-1(3)t1/2=2/(pA,0

kA)=2/(631.5910-3)=20min2023/10/1137．400℃時，反應(yīng)NO2(g)NO(g)+(1/2)O2(g)可以進行完全，并且是一個二級反應(yīng)(產(chǎn)物對反應(yīng)速率無影響)，以NO2(g)的消耗表示的反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T之間的關(guān)系為：lg[

]=

+8.8（1）若在400℃時將壓力為26664Pa的NO2(g)通入反應(yīng)器中，使之發(fā)生反應(yīng)，試計算反應(yīng)器中壓力達到31997Pa時所需的時間；（2）求此反應(yīng)的活化能Ea及指前因子k0。解：(1)代T＝673.15K入，lg[

]=

+8.8=0.4874得k=3.072dm3mol-1s-1=kc,kp=kc(RT)1-n=3.07210-3/(8.314673)=5.4910-7Pa-1s-1由反應(yīng)NO2(g)

NO(g)+(1/2)O2(g)t=0

pA,0

0

0t=t

pA

pA,0-pA

(1/2)(pA,0-pA)ptot=(3/2)pA,0–(1/2)pApA=3pA,0–2ptot=326.664-231.997=15998kPat=(1/kp)(1/pA-1/pA,0)=(1/5.4910-7)(1/15998-1/26664)=45.54s(2)由k=k0exp(-Ea/RT)，得lgk=lgk0-Ea/(2.3038.314T)=lgk0-0.05223Ea/T=8.8-5596/T，得k0＝6.3108dm3mol-1s-1，Ea＝107.1kJmol-12023/10/11410．某反應(yīng)A2+B22AB的反應(yīng)機理為：

B2

2B；A2+2B

2AB。(1)應(yīng)用平衡近似法，導(dǎo)出其速率方程：=？(2)應(yīng)用穩(wěn)態(tài)近似法，導(dǎo)出其速率方程：=？解：(1)

=2k2

K

cA2

cB2=kcA2

cB2(2)2023/10/11511．等容氣相反應(yīng)AY的速率常數(shù)k與溫度T具有如下關(guān)系式：(1)計算此反應(yīng)的活化能；(2)欲使A在10min內(nèi)轉(zhuǎn)化率達到90%，則反應(yīng)溫度應(yīng)控制在多少？解：(1)將上式與lnk=lnk0-比較，得Ea=96228.314=80.00kJmol-1(2)由k的單位知，此為一級反應(yīng)，k=(1/t)ln(cA,0/cA)=(1/600)ln10=0.003838s-1lnk-5.563=24.00-9622/T，則T325.5K2023/10/116第十二章界面現(xiàn)象和膠體分散系統(tǒng)本章要求1.掌握表面張力及比表面吉布斯函數(shù)的概念。2.理解楊氏方程、拉普拉斯方程和開爾文方程及其應(yīng)用。3.掌握固體表面吸附的類型；理解掌握蘭格謬爾吸附等溫式的推導(dǎo)及應(yīng)用。4.掌握溶液表面的吸附現(xiàn)象和吉布斯吸附公式；了解表面活性劑的概念及其簡單應(yīng)用。5.了解分散系統(tǒng)的分類及制備方法、膠體化學(xué)的研究對象及其特點。6.了解膠體的光學(xué)、動力及電性質(zhì)；理解溶膠的擴散雙電層理論。7.了解憎液膠團的結(jié)構(gòu)和DLVO理論。8.了解乳狀液的類型、穩(wěn)定性及簡單應(yīng)用。2023/10/117第一節(jié)前言一、界面現(xiàn)象和膠體分散系統(tǒng)的研究對象●界面化學(xué)(interfacechemistry)或表面化學(xué)(surfacechemistry)研究任意兩相界面上發(fā)生的物理化學(xué)過程的科學(xué)——界面包括液-氣、固-氣、液-液、固-液以及固-固等多種界面。由于歷史的習(xí)慣，常將各種不同的界面統(tǒng)稱為表面——表面指物體與真空或自身飽和蒸氣或含飽和蒸氣的空氣之間的界面●膠體化學(xué)(colloidchemistry)膠體化學(xué)是一門研究膠體分散系統(tǒng)和粗分散系統(tǒng)的科學(xué)2023/10/118●界面化學(xué)與膠體化學(xué)的應(yīng)用1．油、煤田開發(fā)鉆井液，微乳液與三次采油原油脫水與破乳2．農(nóng)業(yè)土壤離子交換、農(nóng)藥的乳化與分散3．生物學(xué)與醫(yī)學(xué)生物流變學(xué)、血液學(xué)、電泳、各種凝膠4．日用品的生產(chǎn)與使用洗滌劑、化妝品、乳制品、食品5．輕工業(yè)造紙、紡織、印染、油漆、涂料、顏料、粘合劑6．環(huán)境科學(xué)氣溶膠、煙霧、人工降雨、污水處理7．分析化學(xué)離子交換、膠束增溶、濁度8．材料超細粉材料——納米材料、合金、液晶9．海洋科學(xué)元素吸附提取、污染油膜的處理、海水淡化膜

10.地質(zhì)選礦浮選，礦石富集11.其他吸附劑制備、測試和使用；催化；含能材料：乳化炸藥2023/10/119二、比表面(specificsurface)●定義單位體積(質(zhì)量)的物質(zhì)具有的表面積。是度量分散程度（即分散度）大小的物理量As=A/V

或Aw=A/W●說明式中，A代表體積為V、或質(zhì)量為W的物質(zhì)具有的表面積

As的單位為m-1；Aw的單位為m2?kg-1

表12.1示例的意義分散度愈大，總的表面積就愈大。高度分散的系統(tǒng)，往往產(chǎn)生明顯的表面效應(yīng)2023/10/1110立方體邊長L/m粒子數(shù)總表面積A/m2比表面As/m-110-210-310-410-510-610-710-810-911031061091012101510181021610-4610-3610-2610-16100610161026103610261036104610561066107610861092023/10/1111三、分散系統(tǒng)及其分類●定義一種或幾種物質(zhì)以一定程度分散在另一種物質(zhì)中形成的系統(tǒng)稱分散系統(tǒng)(dispersionsystem)。以粒狀分散的不連續(xù)相稱分散相（dispersionphase），連續(xù)相稱分散介質(zhì)（dispersionmedium）●分類按分散相粒子在某一最大線度方向的大小分為三類分子分散系統(tǒng)包括高分子溶液，是熱力學(xué)穩(wěn)定的均相系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)及粗分散系統(tǒng)。特點：多相、高度分散、熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)按分散相和分散介質(zhì)的聚集狀態(tài)分類分為八類2023/10/1112分散系統(tǒng)粒子的線度/m實例分子分散膠體分散粗分散10-910-910-710-7乙醇的水溶液，空氣AgI或Al(OH)3水溶膠泥漿，牛奶分散介質(zhì)分散相系統(tǒng)名稱或?qū)嵗龤怏w氣體液體液體液體固體固體固體液體固體氣體液體固體氣體液體固體氣溶膠，如霧氣溶膠，如煙、塵泡沫，如滅火泡沫乳狀液、微乳液，如原油、牛奶溶膠、懸浮液，如金溶膠、油漆、泥漿固溶膠，如泡沫塑料、面包固溶膠，如珍珠固溶膠，如合金、有色玻璃2023/10/1113

第二節(jié)表面張力一、表面張力

表面功W’及表面吉布斯函數(shù)Gs●

產(chǎn)生的原因界面層分子受到指向體相內(nèi)部不對稱的合力作用，是產(chǎn)生表面張力的根本原因。

是產(chǎn)生一切表面現(xiàn)象的根本原因●

的定義

沿著液體表面垂直作用于單位長度線段上的緊縮力稱為表面張力(surfacetension)(亦稱界面張力)，用

表示●

的方向平液面沿著液面與液面平行彎曲液面在力的著用點與液面相切2023/10/1114●

的物理意義——

是表面張力是垂直作用于液體表面單位長度上的緊縮力

W=F?dx=

?2L?dx

=

dA或L

F

=F/2L

dx單位：N/m或mN/m

——

是比表面吉布斯函數(shù)

W’r＝dT,PG＝

dA

＝(?G/?A)T,p,N

是單位面積表面上的分子比處于體相時額外多出的能量，簡稱比表面能。單位：J/m2或mJ/m22023/10/1115——表面張力和比表面吉布斯函數(shù)分別是用力學(xué)和熱力學(xué)的方法研究表面現(xiàn)象時采用的物理量，有相同的量綱，采用相應(yīng)的單位時(例如，分別用N·m-1和J·m-2)數(shù)值相同。在應(yīng)用上各有特色——表面張力以力的平衡方法解決流體界面的問題，直觀、方便——比表面吉布斯函數(shù)便于用熱力學(xué)原理和方法處理界面問題，所得結(jié)果不僅適用于液體表面，對各種界面有普遍意義●具有巨大比表面體系的表面能G(表面)＝

A故

dT,pG(表面)＝

dA+Ad

<0自發(fā)

意義系統(tǒng)發(fā)生各種表面現(xiàn)象的熱力學(xué)原因，一定T、p下

恒定，表面積A趨于自動縮小

A恒定，系統(tǒng)表面自發(fā)吸附能使

下降的物質(zhì)，導(dǎo)致G(表面)降低2023/10/1116二、影響表面張力

的因素(1)物質(zhì)的本性分子間的作用力愈大，

愈大極性液體(如水)

較大，非極性液體的

較小固體比液體有更大的

(2)接觸相的性質(zhì)(3)