均相反应速率及反应动力学

合集下载

第二章 均相反应动力学基础

第二章 均相反应动力学基础

2.2 等温恒容过程
2.2.1 单一反应动力学方程的建立
2.2.1.1 积分法 (1)不可逆反应
A
P
恒容系统中:
(rA)ddctA kcA
设:α =1,分离变量积分,代入初始条件t=0,C=CA0 可得:
ln

C A0 CA


kt
2.2 等温恒容过程

ln

C A0 CA
1
CA0CA
dC CA
CA0
A
2.2 等温恒容过程
(2) 瞬时选择性和总选择性
瞬时 选择性:
单 位 时 间 生 成 目 的 产 物 的 物 质 的 量 SP单 位 时 间 生 成 副 产 物 的 物 质 的 量
选择性:
生 成 的 全 部 目 的 产 物 的 物 质 的 量 S 0 生 成 全 部 副 产 物 的 物 质 的 量
Rg 气体常数,8.314J/(mol.K)
2.1 概述
1 反应速率的量纲
反应速率常数的量纲与反应速率和f(Ci)的量纲有关:
kcri fCi
ri的量纲为M.t-1.L-3。 f(Ci)的量纲取决于反应速率方程。例如,反应速率方程为:
ri kcCAaCBb
浓度Ci的量纲为M.L-3,则浓度函数的量纲为(M.L-3)a+b。
① 反应速率与温度、压力、浓度均有关,但三者中只有 两个为独立变量。 ② 有某些未出现在反应的化学计量关系中的物质会显著 影响该反应的反应速率。能加快反应速率的物质称为催 化剂,而能减慢反应速率的物质称为阻抑剂。 ③ 恒温下,反应速率是时间的单调下降函数。
2.1 概述
2 反应速率方程
反应速率方程的一般式为:

化学反应工程第二章

化学反应工程第二章
V
1 1 - xA kt
=
nA0
CA nA
CA C A0
=1 - x A
ln
ln
1 1 - xA
斜率﹦k 或
ln
C A0 CA
t
二级不可逆反应 A﹢B→产物
若 CA0﹦CB0
CA
( rA ) kC A
2
dC A dt
kC A C B

dC A dt


1 CA

dC A CA
2.13 93 k 5.02 86.8 k 0.0181 0.0309 1 2.13 K 1 5.02 K B B
2
2
2
9.58 89.3 k 6.46 86.3 k 0.0408 0.0338 1 9.58 K 1 6.46 K B B 3.3 92.2 k 0.0263 1 3.3 K B
第2章 均相反应动力学基础
2.1 概述
均相反应 均相反应是指参予反应的各物质均 处同一个相内进行的化学反应。
烃类的高温裂解为气相均相反应,酸碱中 和、酯化反应为典型的液相均相反应。
2.1.1化学反应速率及其表示
化学反应速率 :单位时间、单位反应体积、组分A 的摩尔数变化量称为A组分的反应速率。 例 反应物
1 xA C A0 1 xA
斜率﹦k 或
1 CA

1 C A0
t
若 CA0≠CB0 ,设β﹦ CB0 /CA0

dC A dt
kC A C B

CA

均相反应动力学

均相反应动力学

理解反应级数时应特别注意: a.反应级数不同于反应的分子数,前者是在动力学意义上讲的, 后者是在计量化学意义上讲的。 对基元反应,反应级数 α1, α 2 …即等于化学反应式的计量系数 值,而对非基元反应,应通过实验来确定。 b.反应级数高低并不单独决定反应速率的快慢,反应级数只反 映反应速率对浓度的敏感程度。级数愈高,浓度对反应速率的 影响愈大。
对于多组分单一反应系统,各个组分的反应速率受化学计量关系的 约束,存在一定比例关系。例如 aA + bB rR + sS 反应,各组分的 → 反应速率满足下列关系:
n A0 − n A n B 0 − n B n R − n R 0 n S − n S 0 = = = a b r s
均相反应速率其他形式的表达式 流动系统的反应: 恒容下进行的反应: 气相反应:
预混和指物料在反应前能否达到分子尺度的均匀混和。 实现装置:机械搅拌和高速流体造成的射流混和
均相反应的特点:反应过程不存在相界面,过程总速度由化学反应本身 均相反应的特点 过程总速度由化学反应本身 决定。 决定。
均相反应速率
均相反应速率的表达式
± ri = ± 1 V d ni dτ
Kmol/m3.h
1 = kτ 如用转化率表示,则可写成: ln 1 − xA
若着眼于反应物料的利用率,或者着眼于减轻后分离的任务,应用转 化率积分表达式较为方便;若要求达到规定的残余浓度,即为了适应后 处理工序的要求,例如有害杂质的除去即属此类,应用浓度积分表达式 较为方便。
思 考 题
1、均相反应动力学方程有哪两种表达形式? 2、反应速率常数的单位如何确定? 3、下列术语的理解: 单一反应与复杂反应、基元反应与非基元反应、单分子与双分子、 三分子、反应级数、活化能

均相反应动力学基础(第一讲)

均相反应动力学基础(第一讲)

本课程重点 介绍
例如不可逆反应
反应物A的幂函数型反应速率式表示为:
下面就上式中的动力学参数a、b和k的物理 意义加以讨论。
(1)反应级数:
各浓度项上方的指数a和b分别是反应组分A和 B的反应级数;这些指数的代数和称为总反应级 数。
说明: ①反应级数不能独立表示反应速率的大小,只 表明反应速率对各组分浓度的敏感程度。 ②反应级数的值是由实验获得的,与反应机理 无直接的关系,也不一定等于计量系数。 ③反应级数可以是整数、分数,亦可是负数, 但总反应级数在数值上不可能大于3。
反应动力学: 是研究各种因素(如温度、压力、组成、 催化剂、溶剂等)对反应速率、反应产物分布 的影响。并确定这些影响因素与反应速率之间 的定量关系(数学模型——速率方程),为工 业反应装置的选型、设计计算和反应的操作分 析提供理论依据。
化学计量方程
是表示各反应物、生成物在反应过程中量的 变化关系的方程。 注意与化学 如方程
解:设进入反应器的乙炔的摩尔数为1mol,则氯化氢的 摩尔数为1.1mol 设最终有Xmol的乙炔反应掉采用列 表

出口气体中氯乙烯的摩尔分数为90% 即 X/(2.1-X)=0.9 得 X=0.9947 ∴ 乙炔的转化率 XC2H2 =0.9947/1=99.47% 氯化氢的转化率 XHCl=0.9947/1.1=90.43% gt7

流率为v0。 则反应物A占总进料量的分子分数为
yA0=FA0/F0
当转化率为XA时反应体系总物料流量为
Ft= F0+δ AFA0XA = F0 (1+δ AyA0XA)
若气体为理想气体,则相应体积流率为
所以
CA~ XA的关系为
若反应速率以分压表示则下式仍成立

化学反应工程 第二章 均相反应动力学基础

化学反应工程 第二章 均相反应动力学基础

2 等温恒容过程
3 等温变容过程
化学反应工程
2.1 概述
1
化学反应速率及其表示
2
反应速率常数k
化学反应工程
2.1 概述
均相反应是指在均一的液相或气相中进行的反应,这 一类反应包含很广泛的范围。 研究均相反应过程,首先要掌握均相反应的动力学。
它是不计过程物理因素的影响,仅仅研究化学反应本身的
反应速率规律,也就是研究物料的浓度、温度以及催化剂 等因素对化学反应速率的影响。
2.2.1单一反应动力学方程的建立
(3)将步骤(2)所得到的各 对 作图,若得到的
为一条通过原点的直线,说明所假定的机理与实验数据相符合
。否则,需重新假定动力学方程并加以检验,此步骤如图2-6 (b)所示。
化学反应工程
2.2.1单一反应动力学方程的建立
例2-1 在恒容下的液相反应, ,实验测得
如下的数据,试用微分法和积分法建立动力学方程。
化学反应工程
2.1.1 化学反应速率及其表示
对于气相反应,由于分压与浓度成正比,也常常使用分 压来表示:
双曲线型动力学方程型式,如合成溴化氢的反应是一 个链反应,其动力学方程为:
化学反应工程
2.1.1 化学反应速率及其表示
化学反应工程
2.1.1 化学反应速率及其表示
常见的复合反应有:
连串反应
平行反应 平行-连串反应
化学反应工程
2.1.1 化学反应速率及其表示
化学反应速率的定义,是以在单位空间(体积)、单
位时间内物料(反应物或产物)数量的变化来表达的,用
数学形式表示即为:
化学反应工程
2.1.1 化学反应速率及其表示
化学反应工程

反应动力学基础复习

反应动力学基础复习

第二章反应动力学基础一、化学反应速率的定义1、均相反应单位时间内单位体积反应物系中某一组分的反应量。

恒容反应:连续流动过程:2、多相反应单位时间内单位相界面积或单位固体质量反应物系中某一组分的反应量。

二、反应速率方程1、速率方程(动力学方程):在溶剂及催化剂和压力一定的情况下,定量描述反应速率和温度及浓度的关系。

即:2、反应速率方程的形式主要有两类:双曲函数型和幂级数型。

3、反应级数:速率方程中各浓度项上方的指数分别代表反应对组分的反应级数,而这些指数的代数和称为总反应级数。

反应级数仅表示反应速率对各组分浓度的敏感程度,不能独立地预示反应速率的大小。

4、反应速率常数:方程中的k称为速率常数或比反应速率,在数值上等于是各组分浓度为1时的反应速度。

它和除反应组分浓度以外的其它因素有关,如温度、压力、催化剂、溶剂等。

当催化剂、溶剂等因素固定时,k就仅为反应温度的函数,并遵循阿累尼乌斯Arrhenius方程:可分别用分压、浓度和摩尔分率来表示反应物的组成,则相应的反应速率常数分别用kp,kc,ky来表示;相互之间的关系为:5、化学平衡常数与反应速率常数之间的关系说明:常数称为化学计量数,表示速率控制步骤出现的次数。

(注意不要和化学计量系数相混淆)三、温度对反应速率的影响1、不可逆反应由阿累尼乌斯方程,温度升高,反应速率也升高(例外的极少),而且为非线性关系,即温度稍有变化,反应速率将剧烈改变。

也就是说,反应温度是影响化学反应速率的一个最敏感因素。

2、可逆反应(1)可逆吸热反应反应速率将总是随反应温度的升高而增加(2)可逆放热反应反应速率在低温时将随反应温度的升高而增加,到达某一极大值后,温度再继续升高,反应速率反而下降。

再升高温度,则可能到达平衡点,总反应速率为零。

最优温度与平衡温度关系:四、复合反应1、反应组分的转化速率和生成速率我们把单位之间内单位体积反应混合物中某组分i的反应量叫做该组分的转化速率或生成速率。

化学反应工程-复习(二三四章)

化学反应工程-复习(二三四章)


k1 k1 − k 2
第二章 均相反应动力学基础 3 膨胀因子 膨胀因子是指每转化掉 摩尔反应物A时所引起的反应物料 是指每转化掉1 膨胀因子是指每转化掉1摩尔反应物 时所引起的反应物料 总摩尔数的变化量, 总摩尔数的变化量,即:
n − n0 n − n0 δA = = n0 y A0 x A n A0 x A
第二章 均相反应动力学基础 得率和收率为: 得率和收率为: Χ
Φ
P
= =
k k
1
k1 − k k1 − k
[e
2
− k
2
t
− e
− k1t
]
e
2
− k
P
1
− e − k1t 1 − e − k1t
2
t
对这种反应,中间物P存在一最高浓度,对应时间为 对这种反应,中间物P存在一最高浓度,对应时间为topt。以CP对topt 求导: 求导:
C A0
εA =
Vx A =1 − Vx A =0 Vx A = 0
它既与反应的化学计量关系有关, 它既与反应的化学计量关系有关,也与系统的惰性物量有 关。
第二章 均相反应动力学基础
它与膨胀因子的关系: 它与膨胀因子的关系:
ε A = y A0δ A
对物系体积随转化率为线性变化的过程, 对物系体积随转化率为线性变化的过程,有:
2.2 等温恒容过程 瞬时收率: 瞬时收率:
第二章 均相反应动力学基础
ϕP
目的产物的生成速率 = 关键反应物的消耗速率
rP dC P = =− rA dC A
瞬时选择性: 瞬时选择性:
目的产物的生成速率 sP = 某一副产物的生成速率 rP dC P = = rS dC S

化学反应工程 第二章 均相反应动力学基础

化学反应工程 第二章 均相反应动力学基础

或者,
nK nK 0 (1 xK )
反应转化率和反应程度
以转化率表示的反应速率
rA
1 V
dnA dt
1 V
d[nA0(1 dt
xA )]
nA0 V
dxA dt
反应转化率和反应程度
反应程度
反应各组分在反应前后摩尔数的变化与其计 量系数的比值,即:
ni ni 0 i
不论对哪一组分,反应程度ξ均相同。
Example, THE ROCKET ENGINE
A rocket engine burns a stoichiometric mixture of fuel (liquid hydrogen) in oxidant (liquid oxygen). The combustion chamber is cylindrical, 75cm long and 60cm in diameter, and the combustion process produces 108kg/s of exhaust gases. If combustion is complete, find the rate of reaction of hydrogen and of oxygen.
for the volume of the person in
question
V person
75kg 1000kg / m3
0.075m 3
Next, noting that each mole of glucose
consumed uses 6moles of oxygen and
release 2816kJ of energy, we see that
the reaction equation
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
反应速率的表示
化学反应速率: 单位时间内单位体积反应物系中反应组分的反应量或 产物的生成量。
eated with Asposer.iSlEidveV1aslufdodanrttii.oNnEoTnl3y..5 Client Profile 5.2.0 注意:这Co里py是ri反gh应t 2速0率04的-2严01格1 定As义po,se在P以ty后L提td到. 的
徐州工业职业技术学院
课程纲要
1. 反应速率的表示 2. 动力学方程式
Evaluation only. eated w3it.h阿A伦sp尼os乌e.斯Sl方id程es for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0
Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
Copyrigh化t 2学00反4-2应01的1 影As响po因se素Pty Ltd.
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
各组分反应速率之间的关系
各反应速率绝对值成比例,其比例为化学计
量系数。
r r r r eated
with
Evaluation only.
AsApose.Slides fBor .NET E3.5
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
返回
(3)除零级反应外,随着转化率提高,反应物浓度 下降,反应速率显著下降,二级反应的下降幅度较 一级反应更甚;特别在反应末期,反应速率极慢。
eated( 反w4应i)t的h对A大于s部p反o分s应e时.级S间lE数id将ve高as用l的uf于oa反rt反i.o应Nn应E,o的Tn当l末3y要..5期求C。高lie转nt化Pr率of时ile,5.2.0
Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
ri

1 V
dni dt

d (ni V ) dt


dci dt
正号——表示产物的生成速率 负号——表示反应物的消失速率
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
间歇系统的反应速率
间歇系统 反应物料一次加入,经过一定时间,一次取出的系 统。
注意:
(1)浓度项的指数不一定是整数; (2)若为基元反应,浓度项的指数即为计量系数; (3)若为非基元反应,浓度项的指数通常不等于计量系数; (4)各浓度项的指数总和称为反应级数。
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
阿伦尼乌斯(Arrhenius)方程
k A eE RT
请务必注意以下几点:
Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
返回
非基元反应
若反应物分子在碰撞中要经过若干步,即经过几个 基元反应才能转化为产物分子,则称该反应为非基 元反应。 此时,应该先写出各基元反应,然后根据基元反应,
逐个产物写反应速E率va方lu程at(ion包o括nl中y.间产物),在最 eated终w产it物h A的s速po率se方.S程lid中es,f消or去.N中E间T 产3.5物C浓li度en未t P知ro量fi,le 5.2.0
才能得C到op反y应rig的ht速2率00方4-程20表11达A式sp。ose Pty Ltd.
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
返回
非基元反应的速率方程
H2 Br2 2HBr 实际反应机理:
(1)Br2 2Br.
(2)Br.
EHv2aluatHioBnronlHy..
思考: Copyright 2r0E04-V2101d1dnAtEsposdedcPtEty Ltd.
(1)用不同组分表示的反应速率之间存在什么等量关系?
(2)对于气相反应,用气体分压表示反应速率,则与浓度表 示反应速率有什么等量关系?
(3)是否可以用转化率表示反应速率?
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
第3课 反应器设计和优化
均相反应速率及反应动力学
Evaluation only. eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0
Copy安rig全ht技2术00管4-理20教11研A室spBo07s-e3P10ty Ltd.
何伟平
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
返回
吸热反应和放热反应示意图
Evaluation only. eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0
Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
(3)各个参数随时间变化——自变量是时间。
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
对于化学反应: aA bB eE fF
化学反应速率:
rAEvaluaV1tiodndnotAnly.

dcA dt
eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0
C温o度py/℃right 2004-2活0化11能A/kJs.mpool-1se Pty Ltd.
42
(1)公式每一个字Ev母al的ua含ti义on;only. eate(d w2)ith单A位sp,o最se.好Sl要id化es成fo国r .际N标ET准3单.5位C;lient Profile 5.2.0
(3)注C意op指yr数ig和ht对20数04运-2算01(1离A不sp开os计e P算ty器L!td). 。
ClientfProfile
5.2.0
a b e f Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
返回
分压表示的反应速率
根据理想气体方程PV=nRT,可以得到:
P=CRT
eated所率w以 是ith有用A浓rsAp,P度o=sr表eA.,SC示lREid的Tvea,s反luf即oa应rti用.o速Nn分E率oTn压的l3y表..R5 T示C倍l的ie。n反t P应ro速file 5.2.0 注意:C这op里y的rigRh=t82.030144J-2/(0m1o1l.AKs),poTs的e P单ty位L为tdK.。
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
返回
基元反应
若反应物分子在碰撞中一步直接转化为产物分子, 则称该反应为基元反应。 此时,根据化学反应式的计量系数可以直接写出反 应速率式中各浓度项的指数。
Evaluation only. eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0
动力学方程式
研究发现,均相反应的速度取决于物料的浓度和温 度,这种关系可以用幂函数的形式表示,就是动力 学方程式:
eated
with
ArsApose.SlVEi1dveasdldufnoatrAti.oNnEokTnl3yc..5AC liecnBt

Profile
5.2.0
Cokp—yr—ig反ht应20速0率4-表20常11数A。spose Pty Ltd.
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
返回
由变形公式,可知活化能越大,温度对反应速率的
影响就越大,活化能是反应速率对反应温度敏感程
度的一种度量。
dk / k E
EvdaTlu/ TationRTonly.
eated with Aspose不.S同l反id应e活s化f能o时r 的.N反E应T温度3敏.5感性Client Profile 5.2.0
(1)请写出总反应的速率方程表达式。 (2)为什么严格来说总反应不可以表示成
rHBr=kCH2CBr2?
返回
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方 课程作业复杂反应速率方程
复杂反应通常分为: (1)可逆反应; (2)平行反应; (3)连串反应;
(4)复合复杂反E应v。aluation only. eated某w复it杂h A反s应po可se分.S解lid为es如f下or基.N元E反T 应3.5,C请li写en出t P各ro组fi分le 5.2.0
eated思 B原w考i料t:h价A若格sAp差+oBs别e→.S不ClEi,大dve反,asl应u可foa速r以ti.oN率优nE方先oTn程提l3y为高..5 r哪Cc=l种ikeC原nAtC料PBr的2o,若f用ilAe、5.2.0 量? Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
自由基是不能稳 定存在的,即生
eated with A(s3p)oHse..SlBidr2esfoHr .BNrETB3r.5. 成Cl后ie立nt即Pr就of被ile反5.2.0 Co(p4y)Hrig.htH20B0r4-20H112 AsBpor.se应P消ty耗L掉td。.
(5)2Br. Br2
A ——指前因子; E ——活化能,J/mol; R ——气体常数,8.314J/(mol.K); T ——温度,K;
课程纲要 反应速率 动力学方程 阿氏方程 课程作业
本课总结 (1)化学反应速率方程
(严格定义和变形公式) (2)化学反应动Ev力alu学at方ion程o式nly. eated(w3i)th 阿As伦po尼se乌.Sl斯ide方s f程or .NET 3.5 Client Profile 5.2.0
特 (1点)反应过程中E没v有al物ua料tio的n输on出ly和. 输入; eated(w2i)th浓A度sp、os温e.度Sl、ide压s 力fo等r .系NE统T参3数.5在C每lie一nt瞬Pr时of是ile 5.2.0
相关文档
最新文档