均相反應(yīng)速率及反應(yīng)動(dòng)力學(xué).ppt

第3課 反應(yīng)器設(shè)計(jì)和優(yōu)化 均相反應(yīng)速率及反應(yīng)動(dòng)力學(xué),安全技術(shù)管理教研室B07-310 何偉平,徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,課程綱要,1. 反應(yīng)速率的表示 2. 動(dòng)力學(xué)方程式 3. 阿倫尼烏斯方程,反應(yīng)速率的表示,化學(xué)反應(yīng)速率： 單位時(shí)間內(nèi)單位體積反應(yīng)物系中反應(yīng)組分的反應(yīng)量或產(chǎn)物的生成量。,注意：這里是反應(yīng)速率的嚴(yán)格定義，在以后提到的反應(yīng)速率，往往用物料的濃度變化速率來表示，其成立的前提是反應(yīng)過程體積恒定。,判斷反應(yīng)結(jié)果的好壞兩個(gè)主要因素： （1）反應(yīng)速率 （2）反應(yīng)的選擇性 注意：這里并沒提到轉(zhuǎn)化率。 如果在反應(yīng)過程中體積是恒定的，也就是恒容過程。則：,正號(hào)表示產(chǎn)物的生成速率 負(fù)號(hào)表示反應(yīng)物的消失速率,間歇系統(tǒng)的反應(yīng)速率,間歇系統(tǒng) 反應(yīng)物料一次加入，經(jīng)過一定時(shí)間，一次取出的系統(tǒng)。 特點(diǎn) （1）反應(yīng)過程中沒有物料的輸出和輸入； （2）濃度、溫度、壓力等系統(tǒng)參數(shù)在每一瞬時(shí)是一致的集中參數(shù)； （3）各個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化自變量是時(shí)間。,對(duì)于化學(xué)反應(yīng)：,化學(xué)反應(yīng)速率：,思考： （1）用不同組分表示的反應(yīng)速率之間存在什么等量關(guān)系？ （2）對(duì)于氣相反應(yīng)，用氣體分壓表示反應(yīng)速率，則與濃度表示反應(yīng)速率有什么等量關(guān)系？ （3）是否可以用轉(zhuǎn)化率表示反應(yīng)速率？,動(dòng)力學(xué)方程式,研究發(fā)現(xiàn)，均相反應(yīng)的速度取決于物料的濃度和溫度，這種關(guān)系可以用冪函數(shù)的形式表示，就是動(dòng)力學(xué)方程式：,k反應(yīng)速率表常數(shù)。,注意： （1）濃度項(xiàng)的指數(shù)不一定是整數(shù)； （2）若為基元反應(yīng)，濃度項(xiàng)的指數(shù)即為計(jì)量系數(shù)； （3）若為非基元反應(yīng)，濃度項(xiàng)的指數(shù)通常不等于計(jì)量系數(shù)； （4）各濃度項(xiàng)的指數(shù)總和稱為反應(yīng)級(jí)數(shù)。,阿倫尼烏斯（Arrhenius）方程,請(qǐng)務(wù)必注意以下幾點(diǎn)： （1）公式每一個(gè)字母的含義； （2）單位，最好要化成國際標(biāo)準(zhǔn)單位； （3）注意指數(shù)和對(duì)數(shù)運(yùn)算（離不開計(jì)算器?。?。 A 指前因子； E 活化能，J/mol； R 氣體常數(shù)，8.314J/(mol.K)； T 溫度，K；,本課總結(jié),（1）化學(xué)反應(yīng)速率方程 (嚴(yán)格定義和變形公式) （2）化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式 （3）阿倫尼烏斯方程,課程作業(yè),作業(yè)：依據(jù)反應(yīng)速率方程，請(qǐng)你說明通過哪些方式可以提高不可逆的單一反應(yīng)的反應(yīng)速率？ 預(yù)習(xí)：第4課 反應(yīng)器設(shè)計(jì)和優(yōu)化 化學(xué)反應(yīng)的影響因素,各組分反應(yīng)速率之間的關(guān)系,返回,各反應(yīng)速率絕對(duì)值成比例，其比例為化學(xué)計(jì)量系數(shù)。,分壓表示的反應(yīng)速率,返回,根據(jù)理想氣體方程PV=nRT，可以得到： P=CRT 所以有rA,P=rA,CRT，即用分壓表示的反應(yīng)速率是用濃度表示的反應(yīng)速率的RT倍。 注意：這里的R=8.314J/(mol.K)，T的單位為K。,基元反應(yīng),若反應(yīng)物分子在碰撞中一步直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子，則稱該反應(yīng)為基元反應(yīng)。 此時(shí)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式的計(jì)量系數(shù)可以直接寫出反應(yīng)速率式中各濃度項(xiàng)的指數(shù)。,返回,非基元反應(yīng),若反應(yīng)物分子在碰撞中要經(jīng)過若干步，即經(jīng)過幾個(gè)基元反應(yīng)才能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子，則稱該反應(yīng)為非基元反應(yīng)。 此時(shí)，應(yīng)該先寫出各基元反應(yīng)，然后根據(jù)基元反應(yīng)，逐個(gè)產(chǎn)物寫反應(yīng)速率方程（包括中間產(chǎn)物），在最終產(chǎn)物的速率方程中，消去中間產(chǎn)物濃度未知量，才能得到反應(yīng)的速率方程表達(dá)式。,返回,非基元反應(yīng)的速率方程,實(shí)際反應(yīng)機(jī)理：,返回,（1）請(qǐng)寫出總反應(yīng)的速率方程表達(dá)式。 （2）為什么嚴(yán)格來說總反應(yīng)不可以表示成rHBr=kCH2CBr2?,自由基是不能穩(wěn)定存在的，即生成后立即就被反應(yīng)消耗掉。,復(fù)雜反應(yīng)速率方程,返回,復(fù)雜反應(yīng)通常分為： （1）可逆反應(yīng)； （2）平行反應(yīng)； （3）連串反應(yīng)； （4）復(fù)合復(fù)雜反應(yīng)。 某復(fù)雜反應(yīng)可分解為如下基元反應(yīng)，請(qǐng)寫出各組分的反應(yīng)速率方程。,反應(yīng)級(jí)數(shù),（1）反應(yīng)級(jí)數(shù)的高低并不單獨(dú)決定反應(yīng)速率的快慢，反應(yīng)級(jí)數(shù)只反映反應(yīng)速率對(duì)濃度的敏感程度。級(jí)數(shù)越高，濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響越大。 （2）反應(yīng)級(jí)數(shù)通常不少于零。 思考：若A+BC，反應(yīng)速率方程為rc=kCACB2,若A、B原料價(jià)格差別不大，可以優(yōu)先提高哪種原料的用量？,返回,（3）除零級(jí)反應(yīng)外，隨著轉(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)物濃度下降，反應(yīng)速率顯著下降，二級(jí)反應(yīng)的下降幅度較一級(jí)反應(yīng)更甚；特別在反應(yīng)末期，反應(yīng)速率極慢。 （4）對(duì)于反應(yīng)級(jí)數(shù)高的反應(yīng)，當(dāng)要求高轉(zhuǎn)化率時(shí)，反應(yīng)的大部分時(shí)間將用于反應(yīng)的末期。 思考：針對(duì)（4）的高級(jí)反應(yīng)，可以通過什么方法在提高轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，也提高反應(yīng)速率？,返回,活化能,活化能是化學(xué)動(dòng)力學(xué)上一個(gè)非常重要的參數(shù)。 反應(yīng)物分子間相互接觸碰撞是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的前提。只有給反應(yīng)物分子給予足夠的能量，才能“激發(fā)”其發(fā)生有效的碰撞，成為產(chǎn)物分子。這個(gè)能量就是活化能。 思考：活化能高的反應(yīng)容易進(jìn)行，還是活化能低的反應(yīng)容易進(jìn)行？,返回,吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)示意圖,返回,由變形公式，可知活化能越大，溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響就越大，活化能是反應(yīng)速率對(duì)反應(yīng)溫度敏感程度的一種度量。,返回,問題： （1）活化能大的反應(yīng)，是否熱效應(yīng)大？ （2）活化能小的反應(yīng)，是否反應(yīng)速率快？ （3）溫度升高，對(duì)活化能大的反應(yīng)有利，還是對(duì)活化能小的反應(yīng)更有利？ （4）如何通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定活化能的大??？,返回,質(zhì)量作用定律,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)許多反應(yīng)：aAbB gGhH 其反應(yīng)速率 r 具有以下形式： r = k CA CB 、： 反應(yīng)的分級(jí)數(shù)，稱反應(yīng)對(duì)物質(zhì) A 為 級(jí)， 對(duì)物質(zhì) B 為 級(jí) n = + + ： 反應(yīng)的級(jí)數(shù)。 k：反應(yīng)速率常數(shù)，是溫度與壓力的函數(shù)。但一般而言，p對(duì)k的影響較小，可視k為溫度T的函數(shù)。,返回,注意,1. 只有基元反應(yīng)嚴(yán)格地符合質(zhì)量作用定律；對(duì)于基元反