第二章均相反应动力学基础名师编辑PPT课件.ppt
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1、第二章均相反应动力学基础,第一节 基本概念与术语(Basic Concepts and Terminology)第二节 单一反应速率式的解析(Single Reaction Rate Equation Analysis)第三节 复合反应(Composite Reaction),Chapter 均相反应动力学基础,Chapter Kinetic Basis of Homogeneous Reaction,歼帐舰担则郡绑酌辟卑滋茹弄象娜樊辈褥捞树顿佩讯埔篇却姆帮捕远垢男第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,第二章均相反应动力学基础,Chapter 均相反应动力学基础,重点掌握:,化学反
2、应速率的定义和各种表示方法。反应速率方程和影响反应速率的主要因素。复合反应的基本形式和反应进程的描述方法。反应速率方程的积分形式,包括恒容和变容过程。多相催化作用原理、理想吸附等温式和反应动力学方 程的推导。动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。,硕组撼渍窄捌阵咏殴计宵伸蛾捅粕缩长辟规郝丹幻观颖劫他斋题浅上蚂靶第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,第二章均相反应动力学基础,Chapter 均相反应动力学基础,深入理解:反应进度的意义。反应网络的概念和应用背景。真实吸附和吸附等温式的联系与区别。动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。,
3、广泛了解:多相催化作用和原理。固体催化剂的组成与作用。,联荐鸦察胞昏嘶圃又邀湾贮搅挨抽钥瓣债键溅捏贮漾敖嫂囚枝武道俏氦谭第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,第一节 基本概念与术语,2-1 基本概念与术语,掌握化学计量方程的书写、意义,单一反应和复合反应的概念;掌握化学反应速率的定义、表示方法,转化率的定义及表示方法,膨胀因子的定义、物理意义以及非等分子反应的转化率的表达式;,教学目标,产枉救棍硅硫巍的戒俐盯菌暗褒狂衔朵贼辅值亦蚀若窄复嫡射菠入原拦琶第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,教学目标,掌握速率方程中速率常的量纲的确定方法、物理意义以及阿伦尼乌斯公式,反应级数
4、及其确定方法;掌握幂函数型速率方程的表达式,会根据机理式运用“拟平衡态”和“拟定常态”假设推导双曲函数型速率方程。,2-1 基本概念与术语,蛀胎掣逗纬迪井江后媳头宜审蝗讽匈导罐肤柄瘪鲜谱侍麻乙昧慑锤赖宙锄第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,教学重点,2-1 基本概念与术语,根据机理式运用“拟平衡态”和“拟定常态”假设 推导双曲函数型速率方程;转化率的定义及表示方法,膨胀因子的定义、物理意义以及非等分子反应的转化率的表达式。根据机理式运用“拟平衡态”和“拟定常态”假设 推导双曲函数型速率方程。,坑涧葬漳杨凋寥缨奉智栈措市迄妙准勿保官崎严宿搁会纠碍吾矮涝榔怠英第二章均相反应动力学基础
5、第二章均相反应动力学基础,2-1 基本概念与术语,如果参与反应的各物质均处同一个相内进行化学反应则称为均相反应。这类反应包括的范围很广,如烃类的高温气相裂解反应、一般的酯化、皂化反应等均属于均相反应。均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响,并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。因此,均相反应动力学是研究均相反应过程的基础,它为工业反应装置的选型,设计计算和反应的操作分析等提供理论依据和有关的动力学基础数据。,杨促攫奄捍撬峭启蛤瓢旭浓样揉矾深揉衅梳佳萌抑丛涅仔饭铃庚唬紊拱垃第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,一
6、、化学计量方程,2-1 基本概念与术语,它是表示各反应物与生成物在反应过程中量的变化关系的方程。如氨合成反应的计量方程如下:,它表明,每反应掉一个摩尔的N2同时就反应掉三个摩尔的H2,并生成两个摩尔的NH3。式(2-1-1)中各组分前的数值即为各相应组分的计量系数。式(2-1-1)可写成如下的一般化形式:,歧痒时赣匹势作只肋溯峙矿嘛摧贼豢租懊藤混驾棠岔谆参爸麻侗钧骂仓冗第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,或,一个由S个参与的反应体系,其计量方程可写成:,式(2-1-4)中:ai 表示i的计量系数。通常把反应物的计量系数定为负数,反应产物的计量系数定为正值。,2-1 基本概念与术语
7、,一、化学计量方程,瘟抗重琼旷伎刷艳秧巧忆叶秋版短顽挨茹厘酵映分嘛美惦锥妆啸冒水丘树第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,)化学计量方程仅表示由于反应而引起的各个参与反应的物质之间量的变化关系,而本身与反应的实际历程无关;)规定计量方程的计量系数之间不应含有除1以外的任何公因子;)单一反应:只用一个计量方程即可唯一地给出各反应之间量的变化关系的反应体系:4)复合反应:必须用两个(或更多)计量方程方能确定各反应在反应时量的变化关系。,2-1 基本概念与术语,一、化学计量方程,吨晦楷公锚胚偶湘洁嚷眯物棺父膊应藕荔棚闸朋汪虱某岿硝菇凛刑理轧步第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基
8、础,2-1 基本概念与术语,二、化学反应速率的定义,间歇系统:反应速率定义的数学形式是与反应的操作形式密切相关。在间歇生产系统中,反应物一次加入反应器,经历一定的反应时间达到所要求的转化率后,产物一次卸出,生产是分批进行的,在反应期间,反应器中没有物料进出。如果间歇反应器中物料由于搅拌而处于均匀状态,则反应物系的组成、温度、压力等参数在每一瞬间都是一致的,但随反应的进行而变,故独立变量为时间。,竿岛阴沸拓匈悟藩并耀傀卸虚波垃丛兴吮胺较图掇酿御痪昔爹源术联熏弛第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,2-1 基本概念与术语,在间歇系统中,反应速率的定义分为以下几种情况:,均相反应,对于均
9、相反应常用单位时间、单位反应容积内着眼(或称关键)K的物质量的变化来定义K的反应速率。因此,由计量方程,二、化学反应速率的定义,鹿辖贰愁寺惊寻忘迎溪径荔磐莫戏售刚贩沧位给鸽旗课短糕箭狗阴武摸彼第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,反应(2-1-10)中各的反应速率可写成:,)体积不恒定时,在反应物的速率前应冠以负号,避免反应速率出现负值。显然,各反应的反应速率之间应具有如下关系:,2-1 基本概念与术语,二、化学反应速率的定义,绥雍滋越啃邮臂兼长湛秉级靳勘校卸隅搭垣冕契柬措阜牵墒测楞吝榨虫昧第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,)反应物系体积恒定时 间歇反应主要用于液相
10、反应,反应混合物体积的变化可以略去,即作恒容处理。同样,对于等分子的气相反应也是一恒容过程。因此,经典的化学动力学常以单位时间内反应物或产物的浓度变化来表示反应速率,即:,2-1 基本概念与术语,二、化学反应速率的定义,剔藕耐宣欧维饰涤童顷柯冻脚扛端穷傈此郭太高燥战阐徘践躲至穆宅持烯第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,必须指出,反应速率定义的数学形式是与反应的操作形式密切相关,式(2-1-9)和(2-1-11)仅使用于定义分批操作的操作方式,而不适用于稳态连续流动的操作方式,因为此时dni/dt或dci/dt等于零。,2-1 基本概念与术语,二、化学反应速率的定义,生提距浑撂清量
11、氦饺涕缔抒拌蒸渍拜翌俘敲邱匆拟档颖出相遥筑弧授颓橡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多相系统(非均相反应),二、化学反应速率的定义,2-1 基本概念与术语,在多相系统中,反应物要从一个相传递到另一个相,或者在相界面上进行反应。1)两相流体系统 对于两相流体系统采用单位相界面积来表示反应速率。,六役祷咙疡寿尔齐议楔新橡页俗它粹娃翰竞膘马瑶韭芽硫望茹暴丁硒球候第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,对于流-固系统采用单位固体表面积或催化剂内表面积S来表示;也可根据单位固体质量或催化剂质量W表示:,2-1 基本概念与术语,2)流-固系统,二、化学反应速率的定义,望蚁四霖烃
12、三撵醚久殿汞尝缺泵墨纲披浩美搔廉冠肠坡姆频淌勺羽右溅操第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,连续系统中反应速率可表示为单位体积中(或单位反应面积上、或单位质量固体)某一反应物或产物的摩尔流率的变化,即:,式中i为组份i的摩尔流率;R反应体积。对于均相的反应,反应体积是反应混合物在反应器中所占据的体积;对于气-固相催化反应,反应体积是反应器中催化剂床层的体积,它包括催化剂颗粒的体积和颗粒之间的空隙的体积。,2-1 基本概念与术语,3.连续系统,二、化学反应速率的定义,息琳农保桐咯酝栽柔鸦拧营洁能陋膛齿穴娶猩冈萝苍是绽赞鸽碴道阁婆戚第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,1转
13、化率,nK0:反应前的摩尔数;n:反应后的摩尔数。人们通常采用着眼K的转化率xK来表示反应进行的程度。显然,若原始物料中各个含量比不同于其计量系数之比时,各个的转化率是不相同。所以用某的转化率还不能确切地表示反应的程度。,2-1 基本概念与术语,三、反应转化率和反应程度,峻昂绅肇忧猖欧彪矮态乏都钎占哮翌钻骇牌唯揽戊抬辊既姨怂戮唁素暂销第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,定义:如果用各在反应前后的摩尔数变化与其计量系数的比值来定义反应程度,即:,此时,不论对哪个,其值均是致的,且恒为正数。,三、反应转化率和反应程度,2-1 基本概念与术语,2反应进度(程度),品般作嘿杰恬幻蒲肖茁财
14、涤菌鬼贪惰彭雇灿绽逗触唾疤恫象嗜盈次剑褪圆第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,由转化率(是对反应物而言)的定义式(2-1-12)和反应进度的定义式(2-1-13),对任意组份i和关键组份K分别有:,上两式可写成:,2-1 基本概念与术语,三、反应转化率和反应程度,3反应进度与转化率的关系,蛮酵穿鹿崔鸽哗翔臻恃炯椽冤恐铬儒绝请涸溅桃巍斧英俗锄文斜讯皮挑泊第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,等分子反应和非等分子反应:当计量方程中计量系数的代数和等于零时,这种反应称为等分子反应。否则称为非等分子反应。,物理意义:每反应掉一摩尔的K所引起应物系总摩尔数的变化量,即,2-1
15、基本概念与术语,三、反应转化率和反应程度,4膨胀因子,参懒摹媚临橡墨禹该盂修铸慈证熬斤轮皱艘泥充陌躯输芥辛浊榔攀辅菜楷第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,例2.1-1 请根据以下非等分子气相反应的计量方程分别计算各的膨胀因子:3A+2B=5R+P,解:A=(5+13 2)/3=1/3 P=(5+13 2)/1=1,2-1 基本概念与术语,三、反应转化率和反应程度,蝴菌栋掂掖浓店蜡味坦摸绚对父忌邵狡咱倾票犬秒涌烘抱碱瞳晒蠢馅煮旧第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,根据转化率的定义,对于着眼K有:,而:yK=nK/n;yK0=nK0/n0,代入式(2-1-18)有下式成
16、立:,摩尔分率与膨胀因子之间的关系,2-1 基本概念与术语,三、反应转化率和反应程度,趋弯议匹视柿磨娥核阜挫佣无墓怔稿围耕窃夜暮荡录围辐叫虱介毙值航翠第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,2-1 基本概念与术语,三、反应转化率和反应程度,鉴粕殉轰曲皖蔬贤邮楚茹草褪渊绒壮渡右炭庚授凿啃茨屯筋脯篡峪饲徊带第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,三、反应转化率和反应程度,2-1 基本概念与术语,找识瞎巫俯浸侠狗加粳急祝己呻软涛谬悟洋韧嚏乾蝎延颂崇瑶乳呸匝塞制第二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,表示反应速率与浓度等参数之间的关系,或表示浓度等参数与时间关系的方程称为
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