1 均相反應(yīng)動力學(xué)和理想流動 1 1 均相反應(yīng)動力學(xué).ppt

1、均相反應(yīng)動力學(xué) 均相反應(yīng)速率 均相反應(yīng)動力學(xué)方程 單一反應(yīng)動力學(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)過程不存在相界面，過程總速度由化學(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 對于多組分單一反應(yīng)系統(tǒng)，各個組分的反應(yīng)速率受化學(xué)計量關(guān)系的約束，存在一定比例

2、關(guān)系。例如 反應(yīng)，各組分的反應(yīng)速率滿足下列關(guān)系：,流動系統(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)動力學(xué)方程式,均相反應(yīng)動力學(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，也常常使用分壓來表示： 其中： kA單位： p單位：kmol/m3.h.Pan,一般說來，可以用任一與濃度相當(dāng)?shù)膮?shù)來表達(dá)反應(yīng)的速率，但動力學(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

3、化學(xué)反應(yīng)式和一個動力學(xué)方程式便能代表的反應(yīng) 復(fù)雜反應(yīng)：有幾個反應(yīng)同時進(jìn)行，要用幾個動力學(xué)方程式才能加以描述。 常見的復(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)過若干步，即經(jīng)由幾個基元反應(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)，是針對基元反應(yīng)而言的。參加反應(yīng)的分子數(shù)是一個，稱之為單分子反應(yīng)；反應(yīng)是由兩個分子碰撞接觸的，稱為雙分子反應(yīng)。 d.反應(yīng)級數(shù) 反應(yīng)級數(shù)：是指動力學(xué)方程式中濃度項(xiàng)的指數(shù)。

4、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.反應(yīng)級數(shù)不同于反應(yīng)的分子數(shù)，前者是在動力學(xué)意義上講的，后者是在計量化學(xué)意義上講的。 對基元反應(yīng)，反應(yīng)級數(shù) 即等于化學(xué)反應(yīng)式的計量系數(shù)值，而對非基元反應(yīng)，應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)來確定。 b.反應(yīng)級數(shù)高低并不單獨(dú)決定反應(yīng)速率的快慢，反應(yīng)級數(shù)只反映反應(yīng)速率對濃度的敏感程度。級數(shù)愈高，濃度對反應(yīng)速率的影響愈大。,理解反應(yīng)級數(shù)時應(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)k k就是當(dāng)反應(yīng)物濃度為1時的反應(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)，對于同一個反應(yīng)，速率常數(shù)隨溫度、溶劑、催化

5、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。活化能高，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，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)速率對溫度的敏感程度。E愈大，溫度對反應(yīng)速率的影響愈大。除了個別的反應(yīng)外，一般反

6、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.對于同一反應(yīng)，即當(dāng)活化能E一定時，反應(yīng)速率對溫度的敏感程度隨著溫度的升高而降低。,單一反應(yīng)的動力學(xué)方程,對于單一反應(yīng)過程： 動力學(xué)方程表示為： 恒溫恒容一級不可逆反應(yīng) 恒容過程：液相反應(yīng)和反應(yīng)前后無物質(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)等都是常見的一級不可逆反應(yīng)；或有二個反應(yīng)物參與的反應(yīng)，若其中某一反應(yīng)物極大過量，則該反應(yīng)物濃度在反應(yīng)過程中無多大變化，可視為定值而并入反應(yīng)速率常數(shù)中。此時如果反應(yīng)速率對另一反應(yīng)物的濃度關(guān)系為一級，則該反應(yīng)仍可按一級反應(yīng)處理。,一級反應(yīng)的動力學(xué)方程式為 ： 初

7、始條件 ， 時，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)語的理解： 單一反應(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)級數(shù)、活化能,思考題,練習(xí) 1、有幾個反應(yīng)同時進(jìn)行，要用幾個動力學(xué)方程式才能加以描述的稱為_反應(yīng)。 2、所謂雙分子反應(yīng)是針對基元反