如何进化学反应动力学研究

‘壹’ 怎样提出一个反应的动力学模型

反应动力学是研究化学反应速率以及各种因素对化学反应速率影响的学科。传统上属于物理化学的范围，但为了满足工程实践的需要，化学反应工程在其发展过程中，在这方面也进行了反应动力学大量的研究工作。绝大多数化学反应并不是按化学计量式一步完成的，而是由多个具有一定程序的基元反应（一种或几种反应组分经过一步直接转化为其他反应组分的反应，或称简单反应）所构成。反应进行的这种实际历程称反应机理。

一般说来，化学家着重研究的是反应机理，并力图根据基元反应速率的理论计算来预测整个反应的动力学规律。化学反应工程工作者则主要通过实验测定，来确定反应物系中各组分浓度和温度与反应速率之间的关系，以满足反应过程开发和反应器设计的需要。
按化学反应的不同特点和不同的应用要求，常用的动力学模型有：
基元反应模型根据对反应体系的了解，拟定若干个基元反应，以描述一个复杂反应

反应动力学
（由若干个基元反应组成的反应）。按照拟定的机理写出反应速率方程，然后通过实验来检验拟定的动力学模型，估计模型参数。这样得到的动力学模型称为基元反应模型。合成氨的链反应机理动力学模型即为一例。

分子反应模型根据有关反应系统的化学知识，假定若干分子反应，写出其化学计量方程式。所假设的反应必须足以反映反应系统的主要特征。然后按标准形式(幂函数型或双曲线型)写出每个反应的速率方程。再根据等温（或不等温）动力学实验的数据，估计模型参数。这种方法已被成功地用于某些比较复杂的反应过程，例如乙烷、丙烷等烃类裂解。
经验模型从实用角度出发，不涉及反应机理，以较简单的数学方程式对实验数据进行拟合，通常用幂函数式表示。

对于有成千上万种组分参加的复杂反应过程（如石油炼制中的催化裂化），建立反应动力学
描述每种组分在反应过程中的变化的分子反应模型是不可能的。近年来发展了集总动力学方法，将反应系统中的所有组分归并成数目有限的集总组分，然后建立集总组分的动力学模型。集总动力学模型已成功地用于催化裂化、催化重整、加氢裂化等石油炼制过程。

‘贰’ 化学反应动力学

5.2.1.1 化学反应速率与化学反应动力学方程

化学反应动力学方程主要以速率方程的形式表达。

化学反应一般的化学计量表达式可表示为：

地球化学原理与应用

式中：v_i为化学计量系数；Y_i为参加反应的物质。v_i对产物为正值，对反应物为负值，其反应速度定义为：

地球化学原理与应用

式中：ξ为反应进程度，定义为：

ξ（t）＝｛［Y_i］－［Y_i］₀｝/v_i

当离开平衡状态时，总反应速度为：

地球化学原理与应用

显然化学反应速度方程是非线性的。其中R_f和R_r分别正、逆反应速度，［Y_i］的指数叫做该反应对物质i的反应级数，v_i＝1称为一级反应，v_i＝2称为二级反应，其余类推。

对于一级反应速度方程为：

地球化学原理与应用

对于简单可逆一级反应A＝B，速度方程为：

地球化学原理与应用

对于不可逆二级反应，速度方程为：

地球化学原理与应用

对于简单可逆二级反应，速度方程可有下列5种形式：

地球化学原理与应用

5.2.1.2 化学反应速度理论与化学反应速率常数

地球化学反应速率的获得一般有3个方面的途径：一是实验测定，其指导思想是唯象方法，即力图将一个体系的反应速率与体系的可观测的宏观物理量（如成分、温度、压力、体积和时间等）联系起来，用宏观参数表达其速度常数，根据体系的不同，可分别采取初始速率法、唯象速率的积分-弧立法、弛豫法、多级反应方法等；二是通过分子结构理论，由单相的性质推导出多相反应的速率及其机制，即在原子和分子的级别上，了解反应进行的本质；三是精细矿物学工作，获得矿物的精细结构、缺陷、内部分带及有序无序的分配等方面的性质，以推导出矿物晶体生长及物质扩散的速率及机制。第一个和第三个途径分别属于实验地球化学和实验矿物学的范畴，不在此讨论。这里主要涉及与速率理论有关的第二方面的内容。

反应速度理论主要有“碰撞理论”和“过渡态理论”。

（1）碰撞理论

碰撞理论是在分子运动论基础上，接受了阿累尼乌斯关于“活化分子组”和“活化能”的概念而发展起来的。以简单反应A＋B→C为例，认为A和B分子的碰撞接触是发生化学反应的前提，而且只有那些能量较高的活化分子组的碰撞即所谓“有效碰撞”，并能满足一定空间配置几何条件时反应才能发生。

反应物分子的碰撞以Z_AB代表A和B两种分子在单位时间、单位体积内的碰撞数，并称为碰撞频率；n_A和n_B分别代表每毫升中A和B的分子数；d_AB代表A和B分子半径之和；V代表分子平均相对速度；M代表分子量，M_A与M_B分别代表分子A与分子B的分子量，则据分子运动论求得：

地球化学原理与应用

式中：Z_AB为当C_A＝C_B＝1mol/L时，每升每秒内A和B发生碰撞的摩尔组数。

有效碰撞频率是指活化能指数

在总碰撞数Z_AB中所占比例，即有效碰撞频率为：

地球化学原理与应用

因此有：

地球化学原理与应用

从而反应速率为：

地球化学原理与应用

它与质量作用定律应用于简单反应A＋B→C所得速率方程V＝kC_AC_B相比较得：

地球化学原理与应用

（2）过渡态理论

过渡态理论，又称为活化络合物理论。它认为在一个反应中，先形成一种过渡态物质不稳定的活化络合物，这种活化络合物一方面能迅速地与反应物达到热力学平衡，另一方面可分解为产物，化学反应的速度就是单位时间、单位体积内活化络合物分解的量。

反应式可写成：

A＋BC＝A…B…C→AB＋C （5.25）

式中：A，B，C各代表一个原子，…代表不稳定结合。由A与BC反应生成AB＋C的反应速率主要由A＋BC反应形成活化络合物A…B…C的速率决定，其反应速度为：

地球化学原理与应用

式中：N_A和N_B为A和B的分子数；q_A和q_B分别为A和B络合物的配分函数；

为除反应模外络合物所有其他模内能量分配的配分函数；K_（Γ）为穿透系数；μ＝dx/P，μ＝γm_Am_B/（m_A＋m_B）；P为反应动量。其反应速度常数为：

地球化学原理与应用

若以平均穿透系数

近似代替速度常数K_（Γ），并用单位体积和摩尔配分函数Q＝q_A/>（VN₀），（5.27）式可近似为：

地球化学原理与应用

这就是艾林方程，它表明利用反应物及活化络合物的结构数据就可计算出反应的速度常数K_（T）。

过渡态理论可以运用于气相、液相和复相反应，目前地球化学中的反应动力学理论主要建立在过渡态理论上。

‘叁’ 化学反应动力学的三个参数

化学反应动力学的三个参数：反应物的浓度、反应的温度和压强。

化学动力学的主要内容包括以下几点：

1）确定化学反应的速率以及温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响。

2）研究化学反应机理，揭示化学反应速率本质。

3）探求物质结构与反应能力之间的关系和规律。

研究意义：

通过化学动力学的研究，可以知道如何控制反应条件，提高主反应的速率，增加产品产量，抑制副反应的速率，减少原料消耗，减少副产物，提高纯度，提高产品质量。

化学动力学也研究如何避免危险品的爆炸、材料的腐蚀、产品的变质与老化等问题。所以化学动力学的研究有理论与实践上的重大意义。

‘肆’ 化学动力学

我们初中高中学的化学基本上都在学哪些物质可以和什么物质反应，基本没涉及过如何定量控制反应的进行，而化学动力学重点研究化学反应进行的条件方向和程度。

‘伍’ 研究一个化学反应,由反应物变成产物,要从哪几个方面去探究

主要从三个方面：
1、
化学热力学
——即这个反应在给定条件下，能不能进行
2、
化学动力学
——即
化学反应速率
如何，什么时间可以达到平衡或反应完成
3、反应历程——即化学反应经由何种途径，有无中间产物等等

‘陆’ 化学动力学是什么怎么理解

化学动力学是研究化学反应速率（rate of reaction）和反应机理（mechanism of reaction）的化学分支学科。
主要是确定化学反应的速率以及温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响；通过化学动力学的研究，可以知道如何控制反应条件，提高主反应的速率，增加产品产量，抑制副反应的速率，减少原料消耗，减少副产物，提高纯度，提高产品质量。化学动力学也研究如何避免危险品的爆炸、材料的腐蚀、产品的变质与老化等问题。所以化学动力学的研究有理论与实践上的重大意义。
化学热力学的核心理论有三个：所有的物质都具有能量，能量是守恒的，各种能量可以相互转化；事物总是自发地趋向于平衡态；处于平衡态的物质系统可用几个可观测量描述。化学热力学是建立在三个基本定律基础上发展起来的。
热力学所根据的基本规律就是热力学第一定律、第二定律和第三定律，从这些定律出发，用数学方法加以演绎推论，就可得到描写物质体系平衡的热力学函数及函数间的相互关系，再结合必要的热化学数据，解决化学变化、物理变化的方向和限度，这就是化学热力学的基本内容和方法。

‘柒’ 化学反应进行的条件，从热力学和动力学来讲分别是什么

热力学：研究反应发生的可能性。主要研究问题：1、指定条件下，某一反应能否自发进行（反应方向，用吉布斯自由能描述）；2、若反应能给自发进行，反应进行的程度（化学平衡，用平衡常数描述）
动力学：研究反应的速率（快慢）及其影响因素、反应机理，即反应的现实性。
所以说动力学和热力学是相辅相成的，动力学的研究必须以热力学研究的结果为前提，而热力学只有与动力学结合才能全面解决化学反应的实际问题。

‘捌’ 如何根据化学热力学，化学动力学原理和工程实际来

化学热力学的基本理论内容：

化学热力学是物理化学和热力学的一个分支学科，它主要研究物质系统在各种条件下的物理和化学变化中所伴随着的能量变化，从而对化学反应的方向和进行的程度作出准确的判断。

化学热力学的核心理论有三个：所有的物质都具有能量，能量是守恒的，各种能量可以相互转化;事物总是自发地趋向于平衡态;处于平衡态的物质系统可用几个可观测量描述。

动力学的基本理论内容：

动力学是理论力学的一个分支学科，它主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。动力学的研究对象是运动速度远小于光速的宏观物体。

动力学的基本内容包括质点动力学、质点系动力学、刚体动力学，达朗伯原理等。以动力学为基础而发展出来的应用学科有天体力学、振动理论、运动稳定性理论、陀螺力学、外弹道学、变质量力学以及正在发展中的多刚体系统动力学等(见振动，运动稳定性，变质量体运动，多刚体系统)。
感觉这样的提问是没有意义的
还是自己找下资料吧

‘玖’ 化工动力学的研究意义有哪些

化学动力学的研究方法有：①唯象动力学研究方法，也称经典化学动力学研究方法，它是从化学动力学的原始实验数据──浓度c与时间t的关系──出发，经过分析获得某些反应动力学参数──反应速率常数k、活化能Ea、指前因子A。用这些参数可以表征反应体系的。

‘拾’ 化学动力学可以解决那些问题

化学动力学（chemical kinetics）是研究化学反映过程的速率和反应机理的物理化学分支学科，它的研究对象是物质性质随时间变化的非平衡的动态体系。时间是化学动力学的一个重要变量。

化学动力学的研究方法主要有两种。一种是唯象动力学研究方法，也称经典化学动力学研究方法，它是从化学动力学的原始实验数据——浓度与时间的关系出发，经过分析获得某些反应动力学参数——反应速率常数、活化能、指前因子等。用这些参数可以表征反应体系的速率化学动力学参数是探讨反应机理的有效数据。
20世纪前半叶，大量的研究工作都是对这些参数的测定、理论分析以及利用参数来研究反应机理。但是，反应机理的确认主要依赖于检出和分析反应中间物的能力。20世纪后期，自由基链式反应动力学研究的普遍开展，给化学动力学带来两个发展趋向：一是对元反应动力学的广泛研究；二是迫切要求建立检测活性中间物的方法，这个要求和电子学、激光技术的发展促进了快速反应动力学的发展。目前，对暂态活性中间物检测的时间分辨率已从50年代的毫秒级提高到皮秒级。
另一种是分子反应动力学研究方法。从微观的分子水平来看，一个化学反应是具有一定量子态的反应物分子问的互相碰撞，进行原子重排，产生一定量子态的产物分子以至互相分离的单次反应碰撞行为。用过渡态理论解释，它是在反应体系的超势能面上一个代表体系的质点越过反应势垒的一次行为。
原则上，如果能从量子化学理论计算出反应体系的正确的势能面，并应用力学定律计算具有代表性的点在其上的运动轨迹，就能计算反应速率和化学动力学的参数。但是，除了少数很简单的化学反应以外，量子化学的计算至今还不能得到反应体系的可靠的、完整的势能面。因此，现行的反应速率理论仍不得不借用经典统计力学的处理方法。这样的处理必须作出某种形式的平衡假设，因而使这些速率理论不适用于非常快的反应。尽管对于衡假设的适用性研究已经很多，但日前完全用非平衡态理论处理反应速率问题尚不成熟。
经典的化学动力学实验方法不能制备单一量子态的反应物，也不能检测由单次反应碰撞所产生的初生态产物。分子束(即分子散射)，特别是交叉分子束方法对研究化学元反应动力学的应用，使在实验上研究单次反应碰撞成为可能。分子束实验已经获得了许多经典化学动力学无法取得的关于化学元反应的微观信息，分子反应动力学是现代化学动力学的一个前沿阵地。