无机与分析化学第四章第二部分.pptx

《无机与分析化学第四章第二部分.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机与分析化学第四章第二部分.pptx（64页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1无机与分析化学第四章第二部分无机与分析化学第四章第二部分*过渡状态理论中反应结果的决过渡状态理论中反应结果的决定因素：定因素：n n从热力学角度考虑：从热力学角度考虑：从热力学角度考虑：从热力学角度考虑：H H H H、G:G:G:G:常温下，体系一般倾向于常温下，体系一般倾向于常温下，体系一般倾向于常温下，体系一般倾向于H 0H 0H 0H pc(jin)，所以会所以会导致上式中的导致上式中的 改变为改变为 石墨石墨(2.3g.cm-3)加压将有利于石墨的加压将有利于石墨的转化。转化。计算出最低压力是计算出最低压力是1.6万万大气压。大气压。n n但是室温下反应速率极慢（数万但是室温

2、下反应速率极慢（数万年）年）?n n升温，再加压升温，再加压温度达到温度达到850度时，度时，要求压力为要求压力为4万大气压。万大气压。条件太苛刻了，怎么办？条件太苛刻了，怎么办？第48页/共64页人工合成金刚石的发展人工合成金刚石的发展人工合成金刚石的发展人工合成金刚石的发展第49页/共64页第50页/共64页第51页/共64页静态超高压高温法静态超高压高温法：n n用高压设备压缩传压介质产生用高压设备压缩传压介质产生310 GPa的超高压，并利用的超高压，并利用电流通过发热体，将合成腔加电流通过发热体，将合成腔加热到热到l0002000高温。高温。n n其其优优点点是是能能较较长长时时间间

3、保保持持稳稳定定的的高高温温高高压压条条件件，易易于于控控制制。该该法法可可得得到到磨磨料料级级金金刚刚石石，但但设备技术要求高。设备技术要求高。工艺介绍工艺介绍第52页/共64页动态法：动态法：动态法：动态法：n n 利利利利用用用用动动动动态态态态波波波波促促促促使使使使石石石石墨墨墨墨直直直直接接接接转转转转变变变变成成成成金金金金刚刚刚刚石石石石。动动动动态态态态冲冲冲冲击击击击波波波波可可可可由由由由爆爆爆爆炸炸炸炸、强强强强放放放放电电电电和和和和高高高高速速速速碰碰碰碰撞撞撞撞等等等等瞬瞬瞬瞬时时时时产产产产生生生生，在在在在被被被被冲冲冲冲击击击击介介介介质质质质中中中中可可可

4、可同同同同时时时时产产产产生生生生高高高高温温温温高压，使石墨转化为金刚石。高压，使石墨转化为金刚石。高压，使石墨转化为金刚石。高压，使石墨转化为金刚石。n n该该该该法法法法作作作作用用用用时时时时间间间间短短短短(仅仅仅仅几几几几微微微微秒秒秒秒)，压压压压力力力力及及及及温温温温度度度度不不不不能能能能分分分分别别别别加加加加以以以以控控控控制制制制，但但但但装装装装置置置置相相相相对对对对简简简简单单单单，单单单单次次次次装装装装料料料料多多多多，因因因因而而而而产产产产量量量量高高高高。产产产产品品品品为为为为微微微微粉粉粉粉金金金金刚刚刚刚石石石石，可可可可通通通通过烧结成大颗粒多

5、晶体，但质量较差。过烧结成大颗粒多晶体，但质量较差。过烧结成大颗粒多晶体，但质量较差。过烧结成大颗粒多晶体，但质量较差。第53页/共64页 气相合成法又可分为气相合成法又可分为 热丝热丝CVD法法 等离子体化学气相沉积法等离子体化学气相沉积法(PCVD法法)燃烧火焰法燃烧火焰法气相合成法气相合成法(CVD(CVD法法)气气相相法法是是用用含含碳碳气气态态物物质质作作碳碳源源，产产物物往往往往是是附附在在基基体体上上的的金金刚刚石石薄薄膜膜。研研究究表表明明，含含碳碳气气态态物物质质在在一一定定高高温温分分解解出出的的甲甲基基自自由由基基，甲甲基基自自由由基基相相当当于于金金刚刚石石的的活活性性

6、种种子子。因因为为金金刚刚石石中中的的碳碳处处于于sp3杂杂化化状状态态，甲甲基基中中的的碳碳也也处处于于sp3杂杂化化状状态态，甲基自由基分解后便以金刚石的形式析出。甲基自由基分解后便以金刚石的形式析出。碳氢化合物碳氢化合物 甲基甲基 石墨石墨 原料气原料气 刻蚀刻蚀 氢气氢气 原子氢原子氢 甲基甲基(CH3)热解热解 热解热解(表面表面)金刚石金刚石均裂均裂第54页/共64页热丝热丝CVD法法 PCVD法法 火焰法火焰法金刚石的三种金刚石的三种气相合成法气相合成法第55页/共64页n n低压法合成金刚石低压法合成金刚石：（外延（外延法）法）a.碳源：含碳的气态物质碳源：含碳的气态物质甲甲烷

7、、乙烷、丙烷、丙酮等；烷、乙烷、丙烷、丙酮等；b.制备条件：制备条件：n n温度：温度：10000C；n n压力：压力：13133Pa（低压）；（低压）；n n预放金刚石晶种。预放金刚石晶种。c.原理：气体含碳物质分解出的原理：气体含碳物质分解出的碳沉积在晶种上并外延生长金碳沉积在晶种上并外延生长金刚石。刚石。第56页/共64页讨论讨论（1 1）金刚石薄膜的沉积机理：）金刚石薄膜的沉积机理：）金刚石薄膜的沉积机理：）金刚石薄膜的沉积机理：n n由反应条件（由反应条件（由反应条件（由反应条件（T T、p p），是在金刚石处于），是在金刚石处于），是在金刚石处于），是在金刚石处于亚稳态亚稳态亚稳态

8、亚稳态（？）条件下合成的，所以在金刚石与石墨同时（？）条件下合成的，所以在金刚石与石墨同时（？）条件下合成的，所以在金刚石与石墨同时（？）条件下合成的，所以在金刚石与石墨同时析出，影响合成目标物析出，影响合成目标物析出，影响合成目标物析出，影响合成目标物n n能否抑制、去除石墨相？能否抑制、去除石墨相？能否抑制、去除石墨相？能否抑制、去除石墨相？n nCHCH4 4分解速率与反应温度的关系：分解速率与反应温度的关系：分解速率与反应温度的关系：分解速率与反应温度的关系：（矛盾）（矛盾）（矛盾）（矛盾）a.CHa.CH4 4在在在在1200130013000 0C C会分解为石墨；会分解为石墨；会

9、分解为石墨；会分解为石墨；c.c.实现金刚石沉积的必要前提：形成具有实现金刚石沉积的必要前提：形成具有实现金刚石沉积的必要前提：形成具有实现金刚石沉积的必要前提：形成具有spsp3 3杂化形杂化形杂化形杂化形式的甲基自由基（式的甲基自由基（式的甲基自由基（式的甲基自由基（-CH-CH3 3）第57页/共64页n n解决的方法：解决的方法：CVD法中加入碳氢化物和氢气法中加入碳氢化物和氢气的混合气体。的混合气体。原理（原子氢的作用）：原理（原子氢的作用）：a.在低于常压下被加热或放电时在低于常压下被加热或放电时会生成原子氢；会生成原子氢；b.原子氢有抑制石墨碳与金刚石原子氢有抑制石墨碳与金刚石同

10、时析出，促进金刚石生长的同时析出，促进金刚石生长的作用：作用：C(s)+4H(g)CH4(g)1mg/(cm3.h)(8000C)*原子氢刻蚀石墨的速度比刻蚀原子氢刻蚀石墨的速度比刻蚀金刚石的速度高约两个数量级金刚石的速度高约两个数量级。第58页/共64页c.原子氢与甲烷反应生成激发态的碳原子氢与甲烷反应生成激发态的碳氢基团（氢基团（CH4+HCH3+H2），或），或在基片表面形成活性复合体，促进在基片表面形成活性复合体，促进热分解，促使金刚石热分解，促使金刚石sp3杂化碳杂化碳碳键的形成，使金刚石在基片上沉碳键的形成，使金刚石在基片上沉积；积；d.原子氢具有抑制乙烷以上高分子碳原子氢具有抑制

11、乙烷以上高分子碳氢化合物的作用。氢化合物的作用。第59页/共64页学习要求学习要求：1.1.了解化学反应速率的概念及其实验测定方法；了解化学反应速率的概念及其实验测定方法；了解化学反应速率的概念及其实验测定方法；了解化学反应速率的概念及其实验测定方法；2.2.掌握质量作用定律和化学反应的速率方程；掌握质量作用定律和化学反应的速率方程；掌握质量作用定律和化学反应的速率方程；掌握质量作用定律和化学反应的速率方程；3.3.掌掌掌掌握握握握温温温温度度度度与与与与反反反反应应应应速速速速率率率率的的的的关关关关系系系系的的的的阿阿阿阿累累累累尼尼尼尼乌乌乌乌斯斯斯斯经经经经验验验验式式式式，并并并并能

12、能能能用用用用活活活活化化化化分分分分子子子子、活活活活化化化化能能能能等等等等概概概概念念念念解解解解释释释释各各各各种种种种外外外外界界界界因素对反应速率的影响；因素对反应速率的影响；因素对反应速率的影响；因素对反应速率的影响；4.4.了了了了解解解解反反反反应应应应速速速速率率率率理理理理论论论论：碰碰碰碰撞撞撞撞理理理理论论论论和和和和过过过过渡渡渡渡态态态态理理理理论论论论。能能能能用图表解释一些实际问题。用图表解释一些实际问题。用图表解释一些实际问题。用图表解释一些实际问题。第60页/共64页本章要点本章要点n n反应速率的定义及表示方法：平均速率、瞬反应速率的定义及表示方法：平均

13、速率、瞬反应速率的定义及表示方法：平均速率、瞬反应速率的定义及表示方法：平均速率、瞬时速率及意义；时速率及意义；时速率及意义；时速率及意义；n n反应速率理论；反应速率理论；反应速率理论；反应速率理论；n n碰撞理论碰撞理论碰撞理论碰撞理论*，活化分子与活化能的概念，活化分子与活化能的概念，活化分子与活化能的概念，活化分子与活化能的概念*；n n过渡状态理论，反应过程中能量随时间变化过渡状态理论，反应过程中能量随时间变化过渡状态理论，反应过程中能量随时间变化过渡状态理论，反应过程中能量随时间变化关系；（反应历程势能曲线）关系；（反应历程势能曲线）关系；（反应历程势能曲线）关系；（反应历程势能曲

14、线）n n影响反应速率的因素影响反应速率的因素影响反应速率的因素影响反应速率的因素：（基于碰撞理论）（基于碰撞理论）（基于碰撞理论）（基于碰撞理论）a a）浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响*；基元反应与复杂；基元反应与复杂；基元反应与复杂；基元反应与复杂反应反应反应反应*；质量作用定律与反应速率方程；质量作用定律与反应速率方程；质量作用定律与反应速率方程；质量作用定律与反应速率方程*;反应反应反应反应分子数与级数；分子数与级数；分子数与级数；分子数与级数；第61页/共64页b)温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响*;阿阿累尼乌斯公式累尼乌斯公

15、式*，活化能对反，活化能对反应速率的影响应速率的影响*；c)催化剂对反应速率的影响；催化剂对反应速率的影响；催化原理催化原理*，均相催化及多相，均相催化及多相催化。催化。第62页/共64页课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习1.1.对于对于对于对于_反应，其反应级数一定等于反应反应，其反应级数一定等于反应反应，其反应级数一定等于反应反应，其反应级数一定等于反应物的物的物的物的_ _，速率常数的单位由，速率常数的单位由，速率常数的单位由，速率常数的单位由_决定。若某反应速率决定。若某反应速率决定。若某反应速率决定。若某反应速率常数常数常数常数k k的单位是的单位是的单位是的单位是molmol-2-2

16、LL2 2ss-1-1，则反应的反应级数是，则反应的反应级数是，则反应的反应级数是，则反应的反应级数是_。2.2.在化学反应中，加入催化剂可以加快反应速率，主要是因为在化学反应中，加入催化剂可以加快反应速率，主要是因为在化学反应中，加入催化剂可以加快反应速率，主要是因为在化学反应中，加入催化剂可以加快反应速率，主要是因为 了反应的活化能，活化分子了反应的活化能，活化分子了反应的活化能，活化分子了反应的活化能，活化分子 增加，速率常数增加，速率常数增加，速率常数增加，速率常数k k 。3.3.对于可逆反应，当升高温度时，其速率系数对于可逆反应，当升高温度时，其速率系数对于可逆反应，当升高温度时，

17、其速率系数对于可逆反应，当升高温度时，其速率系数k k正将正将正将正将 ，k k逆逆逆逆将将将将 。4.4.若基元反应若基元反应若基元反应若基元反应mA mA nB pC nB pC qD qD 正反应的活化能为正反应的活化能为正反应的活化能为正反应的活化能为EaEa，逆反，逆反，逆反，逆反应的活化能为应的活化能为应的活化能为应的活化能为EaEa，试问：，试问：，试问：，试问：（1 1）加入催化剂后，）加入催化剂后，）加入催化剂后，）加入催化剂后，EaEa，EaEa有何变化？有何变化？有何变化？有何变化？（2 2）加催化剂后反应的）加催化剂后反应的）加催化剂后反应的）加催化剂后反应的 r rHHmm，r rG Gmm各有何变化？各有何变化？各有何变化？各有何变化？（3 3）提高温度，）提高温度，）提高温度，）提高温度，EaEa，EaEa有何变化？有何变化？有何变化？有何变化？（4 4）改变反应物浓度，）改变反应物浓度，）改变反应物浓度，）改变反应物浓度，EaEa，EaEa有何变化？有何变化？有何变化？有何变化？（5 5）如果）如果）如果）如果EaEaEaEa，升高温度后该平衡向哪一个方向移动？，升高温度后该平衡向哪一个方向移动？，升高温度后该平衡向哪一个方向移动？，升高温度后该平衡向哪一个方向移动？第63页/共64页