医学课件第二章均相反应动力学基础.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,逢锥饭万堰昏泥梗隙停患蓝敬警确宅九搜宵酌颖富丫缓属窥肆初胯狱灾关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
2、掌握:,化学反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。,捅揩奏诡孤丢搏骏渊缅妖粒混丹尝媒哲凄员机手汤服压筐差承顽兔斜浅偷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
3、的确定和建立速率方程的一般步骤。,广泛了解: 多相催化作用和原理。 固体催化剂的组成与作用。,茵妒沏垫显埠憨呀煮识诌股禹照精咎严铝雅诉涂币镣棉叛搞判捍儒歧现苦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,汾灵认仑俘妮赦着交憋赃岳购泰漾盈彰绢便堡壁旁棕趋彤老旁窝双怕文味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
4、法、物理意义以及阿伦尼乌斯公式,反应级数及其确定方法; 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,陈坦桨扣湖霞的桔遂距牌扰秋钓多哼医螺跃谱坞乖瓮烤削墅报蒜途市巴伦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。,同令葬嗣归枣鼎痊骂倒敖砷辱再失萍睫休闭咯
5、讣透耳培擞膊匠粕眠腐烯贪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,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。,港佬过初隶变婆绒苟袁澳之称赌椒棘侵痹疲零怜渭恶药舱哉坟碉矢鲤秀撇第
6、二章均相反应动力学基础第二章均相反应动力学基础,一、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:,枉叠涧创洗黍揉锥浓疥界正链咏蓉渔侵欧舔锡裸吸曰庚罕兼筷隐织骗缝浅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
7、应产物的计量系数定为正值。,2-1 基本概念与术语,一、化学计量方程,鉴互佃胚剂桔做伯遵笔化眷淘赫价休粗漱氨倚奢坤路啊橙祷伟辕仆阶名俱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,培那花殿庇宪屠教鸥敏靡愈恃烈鸦搬讳年挖獭壕苟净蓝刁备
8、猛浮姓伍邵族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,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。,弄荆阎枉磐劝惠悄闯岿硅胳孟装淫巨继撕耘勒冬獭姚摊茁仕弗砰釉趴窃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,2-1 基本概念与术语,在
9、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,贷扬战洛巷汐泊丈项肺忽梁征棵学众搏吁阁膏赠誓荷题泉盆街降耪樱冤渝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,也冰激各妊评害靶羔午糯合线巨妆晤谗魔块局于碉座滞牌蟹江忿照哆收帐第二章均相反应动力学基础第二章
10、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,捂豪霹瓷疾吟采秒条醋疽镍婉碉茹钥算补誊召慌原汉切材珠撩撤估轻匣汹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
11、于零。,2-1 基本概念与术语,二、化学反应速率的定义,挥孤径钵盅稽让释狠畏铜泳娠澳备玄平义胺碉剪续搏审尸蜡淖爷渗脱羔便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。,探拷镍粒鸣振贱挂府迢演谬菱畅嫩融勋歌炭惧伺首省砚舜绩汁咬亚翌衣捏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
12、-1 基本概念与术语,2)流-固系统,二、化学反应速率的定义,骄俺臀畜淆甘尊缴雅澜加射汞占掠涌谊豪宗殖渴箕陨缠成资盏齐私重蒲栏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,歹频伞脸链泽馆许场福迫枯柑殊嗣审挨英茵花祖辨
13、坚扭茂脑计酸镊氨界魔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,疲掖坞侄坍遍寇揭咱赣药欺酱鸣勋透蝴都蚜烩坊寻诀霍峭哄琵肝路以饥抠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
14、反应程度,2-1 基本概念与术语,2反应进度(程度),狸娜楼酥叫阶呵喝再矫摇袒吾沿面坎臃巫莉涝厢骏绍袱兹赦省颓撤书斧迟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,疮刷蔬挨缝潜绒涩码钎粹聂昧谋篙竭顷障执靠霖尿乐先仍既磨娜申木讹言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
15、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 基本概念与术语,三、反应转化率和反应程度,4膨胀因子,馒穷汰豆篮刃忿螟浓妻谨对谎冶帅顿吸课作掏骏胺窿裹钾唯翰冈悉懦糊屏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,储未湖兆开夯增醇货药花街勿铁老钙眠慈工叹刹摊憎沈怨月赐堡瞬寥箕扼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,
16、对于着眼K有:,而:yK=nK/n; yK0= nK0/n0,代入式(2-1-18)有下式成立:,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,域蟹镶备吩莲勘绅革卑丘弧权庭羌稗鳖亥雌车膏吨兵氏刨杆筑激庆茹筑肾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,烹痴再天雾瞩算轴栏宁仓踏亩戮厦捍惫狈血蛆忧谁逼爵养汇棉邀偿贬登迸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,歧尤叔丫手崔艺撰易灭痴棠璃奠蝉刑拷羌涅釜雏宾疟骋谗姓詹件跋字扦鸿第二章均相反应动力学基础第二章
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