教學第2章反應動力學基礎課件

第二章反應動力學基礎FundamentalsofChemicalReaction

Kinetics第二章反應動力學基礎2.1基本概念與定義2.2等溫恒容過程2.3等溫變容過程2.4溫度對反應速率的影響Contents

2.1基本概念與定義1.反應速率rNotes:⑴對反應物dn/dt<0,對產物dn/dt>0；⑵以不同組分計算反應速率的數(shù)值不同，需要注明反應速率是按何組分計算。單位時間、單位體積內反應體系中某一組分的反應量。2.1基本概念與定義1.反應速率rNotes:⑴2.不同組分間的反應速率ri關系恒容,dV＝０2.不同組分間的反應速率ri關系恒容,dV＝０3.定態(tài)流動反應器的反應速率取任意微元，體積為dV物系參數(shù)均勻。多相反應3.定態(tài)流動反應器的反應速率取任意微元，體積為dV多相反應4.反應速率方程溶劑、催化劑和壓力等因素一定時，反應速率與溫度、濃度成定量關系，表示為速率方程或動力學方程，即：①若為基元反應，由質量作用定律得出：②若為非基元反應，仿基元反應寫出：反應級數(shù)為：反應級數(shù)為：對于化學反應其反應速率寫法：其中，k為速率常數(shù)，符合Arrhenius公式。4.反應速率方程溶劑、催化劑和壓力等因素一定時，反應對非基元反應，依據(jù)其反應機理推導動力學方程。Example1:A→P+D反應機理Example2：一氧化氮氧化反應2NO+O2→2NO2機理一機理二對非基元反應，依據(jù)其反應機理推導動力學方程。Example1.單一反應2.2等溫恒容過程的動力學方程①積分法求單一不可逆反應1.單一反應2.2等溫恒容過程的動力學方程①積分法求單一②積分法求可逆一級反應②積分法求可逆一級反應反應達平衡時

反應達平衡時③微分法求單一反應動力學方程③微分法求單一反應動力學方程第2章反應動力學基礎課件2.復合反應①平行反應

R為目的產物

2.復合反應①平行反應R為目的產物第2章反應動力學基礎課件2.復合反應②連串反應

R為目的產物

2.復合反應②連串反應R為目的產物第2章反應動力學基礎課件2.復合反應③平行－連串反應

R為目的產物

2.復合反應③平行－連串反應R為目的產物WhenWhen》WhenWhen》2.3等溫變容過程1.膨脹因子=2.3等溫變容過程1.膨脹因子=2.膨脹率為以組分A為基準的膨脹率；物理意義當反應物A全部轉化后系統(tǒng)體積的變化分率。為等溫恒容過程，其動力學方程的建立與恒溫情況相同。2.膨脹率為以組分A為基準的膨脹率；為等溫恒容過程，反應動力學方程動力學方程的積分式反應動力學方程動力學方程的積分式零級二級一級n級反應動力學方程動力學方程的積分式反應動力學方程動力學方程的積2.4溫度對反應速率的影響EffectofTemperatureonReactionRate溫度濃度2.4溫度對反應速率的影響溫度濃度E=ActivationEnergy(cal/mol)

R=GasConstant(cal/mol.K)

T=Temperature(K)

A=FrequencyFactorE=ActivationEnergy(cal/molUnitofCAUnitof-rAReactionOrderRateUnitofkmol/dm3mol/dm3.szero-rA=kmol/dm3*s1st-rA=kCAs-12nd-rA=kCA2dm3/mol*s

活化能E反映了r對T的敏感性:活化能越大，溫度對反應速率的影響越大；在溫度越低時，溫度的變化對反應速率的影響越大。UnitofCAUnitofReactionOrd第2章反應動力學基礎課件Notes:下列情況下,lnk與1/T呈非線性關系:（1）所假設的速率方程不合適；（2）傳質（內外擴散）的影響與溫度有關;（3）A與溫度有關。只適用于一定的溫度范圍，不能外推。Notes:（1）所假設的速率方程不合適；只適用于一定的溫度正、逆反應活化能與反應熱的關系及由熱力學知，對于恒壓過程正、逆反應活化能與反應熱的關系及由熱力學知，對于恒壓過程反應速率隨溫度的變化規(guī)律吸熱反應反應速率隨溫度的變化規(guī)律吸熱反應放熱反應放熱反應放熱反應當溫度較低時，反應速率隨溫度的升高而增加；當溫度超過某一值后，反應速率隨溫度的升高而降低。放熱反應當溫度較低時，反應速率隨溫度的升高而增加；最佳反應溫度存在反應速率最大的一個最佳反應溫度。Te為反應體系中實際組成對應的平衡溫度，為轉化率XA的函數(shù)，Top是XA的函數(shù)。反應達平衡，則r＝0：最佳反應溫度存在反應速率最大的一個最佳反應溫度。Te為反平衡曲線XA

每一條等速率線上都有極值點，此點轉化率最高，其溫度為Top。連接所有等速率線上的極值點所構成的曲線，叫最佳溫度曲線?？赡嫖鼰岱磻姆磻俾逝c溫度及轉化率的關系可逆放熱反應的反應速率與溫度及轉化率的關系平衡曲線XA每一條等速率線上都有極值點，此點轉化率最高，小結反應速率隨XA升高而降低（包括可逆及不可逆反應，吸熱和放熱反應）；k隨T升高而升高（包括正反應和逆反應）；對于不可逆反應和可逆吸熱反應，T升高，r升高；對于可逆放熱反應，存在最佳溫度Top。溫度是影響化學反應速率的一個敏感因素，尤其對放熱反應，要及時調節(jié)和控制反應溫度。小結反應速率隨XA升高而降低（包括可逆及不可逆反應，吸熱和Summary化學反應速率及其方程的基本概念和定義；化學反應速率的影響因素及表達方式。Summary化學反應速率及其方程的基本概念和定義；第二章反應動力學基礎FundamentalsofChemicalReaction

Kinetics第二章反應動力學基礎2.1基本概念與定義2.2等溫恒容過程2.3等溫變容過程2.4溫度對反應速率的影響Contents

2.1基本概念與定義1.反應速率rNotes:⑴對反應物dn/dt<0,對產物dn/dt>0；⑵以不同組分計算反應速率的數(shù)值不同，需要注明反應速率是按何組分計算。單位時間、單位體積內反應體系中某一組分的反應量。2.1基本概念與定義1.反應速率rNotes:⑴2.不同組分間的反應速率ri關系恒容,dV＝０2.不同組分間的反應速率ri關系恒容,dV＝０3.定態(tài)流動反應器的反應速率取任意微元，體積為dV物系參數(shù)均勻。多相反應3.定態(tài)流動反應器的反應速率取任意微元，體積為dV多相反應4.反應速率方程溶劑、催化劑和壓力等因素一定時，反應速率與溫度、濃度成定量關系，表示為速率方程或動力學方程，即：①若為基元反應，由質量作用定律得出：②若為非基元反應，仿基元反應寫出：反應級數(shù)為：反應級數(shù)為：對于化學反應其反應速率寫法：其中，k為速率常數(shù)，符合Arrhenius公式。4.反應速率方程溶劑、催化劑和壓力等因素一定時，反應對非基元反應，依據(jù)其反應機理推導動力學方程。Example1:A→P+D反應機理Example2：一氧化氮氧化反應2NO+O2→2NO2機理一機理二對非基元反應，依據(jù)其反應機理推導動力學方程。Example1.單一反應2.2等溫恒容過程的動力學方程①積分法求單一不可逆反應1.單一反應2.2等溫恒容過程的動力學方程①積分法求單一②積分法求可逆一級反應②積分法求可逆一級反應反應達平衡時

反應達平衡時③微分法求單一反應動力學方程③微分法求單一反應動力學方程第2章反應動力學基礎課件2.復合反應①平行反應

R為目的產物

2.復合反應①平行反應R為目的產物第2章反應動力學基礎課件2.復合反應②連串反應

R為目的產物

2.復合反應②連串反應R為目的產物第2章反應動力學基礎課件2.復合反應③平行－連串反應

R為目的產物

2.復合反應③平行－連串反應R為目的產物WhenWhen》WhenWhen》2.3等溫變容過程1.膨脹因子=2.3等溫變容過程1.膨脹因子=2.膨脹率為以組分A為基準的膨脹率；物理意義當反應物A全部轉化后系統(tǒng)體積的變化分率。為等溫恒容過程，其動力學方程的建立與恒溫情況相同。2.膨脹率為以組分A為基準的膨脹率；為等溫恒容過程，反應動力學方程動力學方程的積分式反應動力學方程動力學方程的積分式零級二級一級n級反應動力學方程動力學方程的積分式反應動力學方程動力學方程的積2.4溫度對反應速率的影響EffectofTemperatureonReactionRate溫度濃度2.4溫度對反應速率的影響溫度濃度E=ActivationEnergy(cal/mol)

R=GasConstant(cal/mol.K)

T=Temperature(K)

A=FrequencyFactorE=ActivationEnergy(cal/molUnitofCAUnitof-rAReactionOrderRateUnitofkmol/dm3mol/dm3.szero-rA=kmol/dm3*s1st-rA=kCAs-12nd-rA=kCA2dm3/mol*s

活化能E反映了r對T的敏感性:活化能越大，溫度對反應速率的影響越大；在溫度越低時，溫度的變化對反應速率的影響越大。UnitofCAUnitofReactionOrd第2章反應動力學基礎課件Notes:下列情況下,lnk與1/T呈非線性關系:（1）所假設的速率方程不合適；（2）傳質（內外擴散）的影響與溫度有關;（3）A與溫度有關。只適用于一定的溫度范圍，不能外推。Notes:（1）所假設的速率方程不合適；只適用于一定的溫度正、逆反應活化能與反應熱的關系及由熱力學知，對于恒壓過程正、逆反應活化能與反應熱的關系及由熱力學知，對于恒壓過程反應速率隨溫度的變化規(guī)律吸熱反應反應速率隨溫度的變化規(guī)律吸熱反應放熱反應放熱反應放熱反應當溫度較低時，反應速率隨溫度的升高而增加；當溫度超過某一值后，反應速率隨溫度的升高而降低。放熱反應當溫度較低時，反應速率隨溫度的升高而增加；最佳反應溫度存在反應速率最大的一個最佳反應溫度。Te為反應體系中實際組成對應的平衡溫度，為轉化率XA的函數(shù)，Top是XA的函數(shù)。反應達平衡，則r＝0：最佳反應溫度存在反應速率最大的一個最佳反應溫度。Te為反平衡曲線XA

每一條等速率線上都有極值點，此點轉化率最高，其溫度為Top。連接所有等速率線上的極值點所構成的曲線，叫最佳溫度曲線?？赡嫖鼰岱磻姆磻俾逝c溫度及轉化率的關系可逆放熱反應的反應速率與溫度及轉化率的關系平衡曲線XA每