化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備-2 均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

1、均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)均相反應(yīng)速率均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 概述 均相反應(yīng) 是指在均一的液相或氣相中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。有很廣泛的應(yīng)用范圍，如烴類的熱裂解為典型的氣相均相反應(yīng)，而酸堿中和、酯化、皂化等則為典型的液相均相反應(yīng)。 均相反應(yīng)應(yīng)滿足的兩個(gè)必要條件反應(yīng)系統(tǒng)可以成為均相預(yù)混和速率反應(yīng)速率 預(yù)混和指物料在反應(yīng)前能否達(dá)到分子尺度的均勻混和。 實(shí)現(xiàn)裝置：機(jī)械攪拌和高速流體造成的射流混和 均相反應(yīng)的特點(diǎn)：反應(yīng)過(guò)程不存在相界面，過(guò)程總速度由化學(xué)反應(yīng)本身決定。 均相反應(yīng)速率 均相反應(yīng)速率的表達(dá)式 Kmol/m3.h 對(duì)于多組分單一反應(yīng)系統(tǒng)，各個(gè)組分的反應(yīng)速率受化學(xué)計(jì)量關(guān)系的約束，存在一定比例關(guān)系。例如

2、 反應(yīng)，各組分的反應(yīng)速率滿足下列關(guān)系：流動(dòng)系統(tǒng)的反應(yīng)： Kmol/m3.h恒容下進(jìn)行的反應(yīng)： Kmol/m3.h氣相反應(yīng)： atm/h或 Pa/h 均相反應(yīng)速率其他形式的表達(dá)式 均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式在均相反應(yīng)系統(tǒng)中只進(jìn)行如下不可逆化學(xué)反應(yīng)：其動(dòng)力學(xué)方程一般都可表示成： 于氣相反應(yīng)，由于分壓與濃度成正比，也常常使用分壓來(lái)表示：其中： kA單位： p單位：kmol/m3.h.Pan一般說(shuō)來(lái)，可以用任一與濃度相當(dāng)?shù)膮?shù)來(lái)表達(dá)反應(yīng)的速率，但動(dòng)力學(xué)方程式中各參數(shù)的因次單位必須一致。 反應(yīng)分子數(shù)與反應(yīng)級(jí)數(shù)基本概念a.單一反應(yīng)與復(fù)雜反應(yīng)單一反應(yīng)：指只用一個(gè)化學(xué)反應(yīng)式和一個(gè)動(dòng)力學(xué)方程式便能

3、代表的反應(yīng)復(fù)雜反應(yīng)：有幾個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，要用幾個(gè)動(dòng)力學(xué)方程式才能加以描述。常見(jiàn)的復(fù)雜反應(yīng)有：連串反應(yīng)、平行反應(yīng)、平行-連串反應(yīng)等b.基元反應(yīng)與非基元反應(yīng)基元反應(yīng)：如果反應(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)。非基元反應(yīng)：若反應(yīng)物分子要經(jīng)過(guò)若干步，即經(jīng)由幾個(gè)基元反應(yīng)才能轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)物分子的反應(yīng)，則稱為非基元反應(yīng)c.單分子、雙分子、三分子反應(yīng)單分子、雙分子、三分子反應(yīng)，是針對(duì)基元反應(yīng)而言的。參加反應(yīng)的分子數(shù)是一個(gè)，稱之為單分子反應(yīng)；反應(yīng)是由兩個(gè)分子碰撞接觸的，稱為雙分子反應(yīng)。d.反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)級(jí)數(shù)：是指動(dòng)力學(xué)方程式中濃度項(xiàng)的指數(shù)。它是由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)?？梢允欠?jǐn)?shù)，也可以是負(fù)數(shù)a.

4、反應(yīng)級(jí)數(shù)不同于反應(yīng)的分子數(shù)，前者是在動(dòng)力學(xué)意義上講的，后者是在計(jì)量化學(xué)意義上講的。對(duì)基元反應(yīng)，反應(yīng)級(jí)數(shù) 即等于化學(xué)反應(yīng)式的計(jì)量系數(shù)值，而對(duì)非基元反應(yīng)，應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。b.反應(yīng)級(jí)數(shù)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)愈高，濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響愈大。 理解反應(yīng)級(jí)數(shù)時(shí)應(yīng)特別注意： 反應(yīng)速率常數(shù)k和活化能E 反應(yīng)速率常數(shù)kk就是當(dāng)反應(yīng)物濃度為1時(shí)的反應(yīng)速率，又稱反應(yīng)的比速率。k值大小直接決定了反應(yīng)速率的高低和反應(yīng)進(jìn)行的難易程度。不同的反應(yīng)有不同的反應(yīng)速率常數(shù)，對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)，速率常數(shù)隨溫度、溶劑、催化劑的變化而變化。k隨溫度的變化規(guī)律符合阿累尼烏斯關(guān)系式： 活

5、化能E反應(yīng)活化能是為使反應(yīng)物分子“激發(fā)”所需給予的能量。活化能的大小是表征化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行難易程度的標(biāo)志?；罨芨?，反應(yīng)難于進(jìn)行；活化能低，則容易進(jìn)行。但是活化能E不是決定反應(yīng)難易程度的唯一因素，它與頻率因子A0共同決定反應(yīng)速率。在理解活化能E時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意：a.活化能E不同于反應(yīng)的熱效應(yīng)，它并不表示反應(yīng)過(guò)程中吸收或放出的熱量，而只表示使反應(yīng)分子達(dá)到活化態(tài)所需的能量，故與反應(yīng)熱效應(yīng)并無(wú)直接的關(guān)系。b.活化能E不能獨(dú)立預(yù)示反應(yīng)速率的大小，它只表明反應(yīng)速率對(duì)溫度的敏感程度。E愈大，溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響愈大。除了個(gè)別的反應(yīng)外，一般反應(yīng)速率均隨溫度的上升而加快。E愈大，反應(yīng)速率隨溫度的上升而增加得愈快。c.

6、對(duì)于同一反應(yīng)，即當(dāng)活化能E一定時(shí)，反應(yīng)速率對(duì)溫度的敏感程度隨著溫度的升高而降低。 單一反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程對(duì)于單一反應(yīng)過(guò)程：動(dòng)力學(xué)方程表示為： 恒溫恒容一級(jí)不可逆反應(yīng) 恒容過(guò)程：液相反應(yīng)和反應(yīng)前后無(wú)物質(zhì)的量變化的氣相反應(yīng)。 工業(yè)上許多有機(jī)化合物的熱分解和分子重排反應(yīng)等都是常見(jiàn)的一級(jí)不可逆反應(yīng)；或有二個(gè)反應(yīng)物參與的反應(yīng)，若其中某一反應(yīng)物極大過(guò)量，則該反應(yīng)物濃度在反應(yīng)過(guò)程中無(wú)多大變化，可視為定值而并入反應(yīng)速率常數(shù)中。此時(shí)如果反應(yīng)速率對(duì)另一反應(yīng)物的濃度關(guān)系為一級(jí)，則該反應(yīng)仍可按一級(jí)反應(yīng)處理。一級(jí)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式為 ：初始條件 ， 時(shí)，上式分離變量積分，得： 在恒溫條件下，為常數(shù)，積分得到： 即 如用轉(zhuǎn)化率表示，則可寫成： 若著眼于反應(yīng)物料的利用率，或者著眼于減輕后分離的任務(wù)，應(yīng)用轉(zhuǎn)化率積分表達(dá)式較為方便；若要求達(dá)到規(guī)定的殘余濃度，即為了適應(yīng)后處理工序的要求，例如有害雜質(zhì)的除去即屬此類，應(yīng)用濃度積分表達(dá)式較為方便。 1、均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程有哪兩種表達(dá)形式？2、反應(yīng)速率常數(shù)的單位如何確定？3、下列術(shù)語(yǔ)的理解：?jiǎn)我环磻?yīng)與復(fù)雜反應(yīng)、基元反應(yīng)與非基元反應(yīng)、單分子與雙分子、三分子、反應(yīng)級(jí)數(shù)、活化能 思考題 練習(xí)1、有幾個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，要用幾個(gè)動(dòng)力學(xué)方程式才能加以描述的稱為_(kāi)反應(yīng)。2、所謂雙分子反應(yīng)是針對(duì)基元