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第三章化学动力学(总15页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第三章 化学动力学3-1．在1 100 K 时，3NH (g)在金属钨丝上发生分解。
实验测定，在不同的3NH (g)的初始压力0p 下所对应的半衰期12t ，获得下列数据 0/Pa p ×104 ×104 ×104 12/min t 试用计算的方法，计算该反应的级数和速率系数。
解： 根据实验数据，反应物3NH (g)的初始压力不断下降，相应的半衰期也不断下降，说明半衰期与反应物的起始浓度（或压力）成正比，这是零级反应的特征，所以基本可以确定是零级反应。
用半衰期法来求反应的级数，根据半衰期法的计算公式12121,121,2n t a t a -⎛⎫= ⎪⎝⎭即 ()12,112,221ln /1ln(/)t t n a a =+把实验数据分别代入，计算得()()12,112,2440,20,1ln /ln 7.6/3.7110ln(/)ln(1.710/3.510)t t n p p --=+=+≈⨯⨯ 同理，用后面两个实验数据计算，得 ()ln 3.7/1.710ln(0.75/1.7)n =+≈所以，该反应为零级反应。
利用零级反应的积分式，计算速率系数。
正规的计算方法应该是分别用3组实验数据，计算得3个速率系数，然后取平均值。
这里只列出用第一组实验数据计算的结果，即010022p at k k == 4310012 3.510Pa 2.310 Pa min 227.6 minp k t -⨯===⨯⋅⨯3-2．某人工放射性元素，能放出α粒子，其半衰期为15 min 。
若该试样有80%被分解，计算所需的时间解：放射性元素的蜕变，符合一级反应的特征。
对于一级反应，已知半衰期的数值，就能得到速率系数的值，因为一级反应的半衰期是与反应物浓度无关的常数。
然后再根据一级反应的定积分式，计算分解80%所需的时间。
第三章 催化反应的热力学和动力学一、催化反应的热力学热力学化学和酶催化反应和普通化学反应一样，都是受反应物转化为产物过程中的能量变化控制的。
因此要涉及到化学热力学、统计学的概念。
下面对催化反应热力学作简要介绍。
1．热力学第一定律（又称为能量守恒与转化定律）实际上是能量守恒和转化定律的说明。
能量有各种形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，但在转化和传递中，能量的总量保持不变。
如果反应开始时体系的总能量是U 1，终了时增加到U 2，那么，体系的能量变化U ∆为：U ∆=U 2-U 1 (3-1)如果体系从环境接受的能量是热，那么，体系还可以膨胀作功，所以体系的能量变化U ∆必须同时反映出体系吸收的热`和膨胀所作的功。
体系能量的这种变化还可以表示为： U ∆=Q -W （3-2）Q 是体系吸收的热能，体系吸热Q 为正值，体系放热（或体系的热量受到损失）Q 为负值；W 是体系所作的功，当体系对环境作功时，W 值是正的，当环境对体系作功时，W 值是负的。
体系能量变化U ∆仅和始态及终态有关，和转换过程中所取得途径无关，是状态函数。
大多数化学和酶催化反应都在常压下进行，在这一条件下操作的体系，从环境吸收热量时将伴随体积的增加，换言之，体系将完成功。
在常压p ，体积增加所作的功为：⎰∆==V p pdV W （3-3）这里，△V 是体系体积的变化值（即终态和始态时体积的差值）。
因此，这时在常压下，体系只作体积功时，热力学一律的表达式为：U ∆=V p Q p ∆- (3-4)对在常压下操作的封闭体系，H Q p ∆=，△H 是体系热函的变化。
因此，对常压下操作的体系：热力学一律的表达式为：V p U H ∆+∆=∆ （3-5）△U 和p △V 对描述许多化学反应十分重要。
但对发生在水溶液中的反应有其特殊性，因为水溶液中的反应没有明显的体积变化，p △H 接近于零。
△H ≈△U ，所以对在水溶液中进行的任何反应，可以用热函的变化△H 来描述总能量的变化，而这个量△H 是可以测定的。
化工工程中的化学反应工程与动力学分析摘要：化学反应工程中的反应机理研究对于理解分子级别的转化过程至关重要。
本文探讨了反应机理的概念及其在化学反应中的应用。
反应机理涵盖了中间体形成、活化能克服以及可能的反应路径等内容。
深入探究反应机理有助于揭示关键步骤和限制因素，为设计更高效、具有特定选择性的反应条件提供指导。
通过理解反应中间体的形成和消耗，以及各步骤的能量变化，工程师可以优化反应条件，提高产率和选择性，并降低副产物生成。
这种了解有助于更精准地控制反应过程，实现所需产品的高效合成。
对反应机理的深入理解推动着工业生产向更可持续、高效的方向发展，为化工工程领域带来重要的进步与发展。
关键词：化工工程；化学反应工程；动力学；分析引言化学反应工程与动力学分析是化工领域中探索如何在微观层面控制和优化化学变化的关键。
这一领域涉及着从基础的化学反应原理到复杂的工业应用的广泛内容。
本文旨在深入研究化学反应的动力学特性，包括反应速率、反应机理以及对反应过程的影响因素。
动力学原理的理解对于预测和优化化学反应至关重要，因为它们揭示了反应速率随时间和条件变化的规律。
此外，我们将探讨化学反应动力学在工程实践中的应用，包括如何利用这些原理来提高工业生产的效率、改善产品质量，并探索创新的反应设计。
深入了解这些概念将为化工工程师提供关键见解，从而为实现更可持续和高效的化学过程打下基础。
一、化学反应工程基本概念化学反应工程是将化学反应原理应用于工业生产的领域。
它不仅关注反应本身，还牵涉到反应过程的各个环节，包括设计、优化和控制。
工程师在化学反应工程中需要综合考虑多个因素：首先是原料的选择，包括原料的纯度、可获得性和成本等。
其次是反应条件的设定，如温度、压力和反应物浓度等，对于反应速率和产物选择性具有重要影响。
反应器设计也是关键，不同反应类型可能需要不同类型的反应器以最大程度地利用资源和提高产率。
此外，工程师还需考虑产物的分离和纯化方法，确保产品符合质量标准。
第三章 化学反应动力学的计算化学反应的速度各不相同，有的反应速度极快，只要几个毫微秒就达到平衡(接近扩散速度，如无机酸碱中和)，有的反应速度极慢，几乎看不到变化(如自然界的某些变化)。
大部分有机化学反应可用常规方法测量，对某些快速反应则可用停留法、驰豫法等测量。
不论反应速度的快慢，动力学方程都是类似的。
一、化学反应动力学方程反应物浓度随时间的变化绝大部分不是线性关系，而是一条曲线，见图3-1。
反应速度公式可用微分方程来表示。
具有简单级数的化学反应的反应速度公式可用积分式表示：一级 如：0AA1Adc A C =a, -=k c dt 生成物：，㏑C A =㏑a –K 1t 二级 A+A →产物 C A 0=a 2A 2A 2A d c 11-k C , =+k t d t c a对于反应 1-1k k A B 这一可逆反应初始条件 t=0 a 0 时间t 时 t=t a-x x达到平衡时，B 的浓度为X e ，则可逆反应的速度积分式为： 级数：1-1 1-10k A A e e 1A -1B k 0e 0C =a dc x xA B=-k C +k C : =kt dt a x -xC =0ln 1-21-10Ak0A e e e B 1A -1B C k e e 0CC =a dc x ax +x(a-x )A B+C C =0=-k C +k C C : =kt dt 2a-x a(x -x)C =0ln 二、常微分方程的解化学反应动力学方程是用微分方程表示的，对于简单的反应，可直接求得微分方程的解。
微分方程：()(1)(,,,......)......(1)n n y f x y y y -'=在区间a<x<b 的解，是指()y x ϕ=,这样一个函数，在所述区间内存在导数()(),(),......()n x x x ϕϕϕ'''。
且对于区间a<x<b 内的每一个x ，等式(1)都成立。
