第二章 反应动力学基础
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第二章 反应动力学基础一、填空题1. 生成主产物的反应称为 主反应 ,其它的均为 副反应 。
2. 化学反应的总级数为n ,如用浓度表示的速率常数为C K ,用逸度表示的速率常数f K ,则C K =n f K 。
3. 化学反应的总级数为n ,如用浓度表示的速率常数为C K ,用气体摩尔分率表示的速率常数y K ,则C K = np RT ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ y K 。
4. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-,用浓度表示的速率常数为C K ,假定符合理想气体状态方程,如用压力表示的速率常数P K ,则C K =____)()(βα+RT ___P K 。
5. 反应A + B → C ,已知115.0-=s k ,则反应级数n= 1 。
6. 反应3A → P ,已知s l mol k ⋅=/15.0,则反应级数n=___0____。
7. 活化能的大小直接反映了 反应速率 对温度的敏感程度。
8. 对于一非恒容均相化学反应B A B A αα⇔,反应组分A 的化学反应速率=-A r Vdt dn r A A -=- 。
(V d t dn r A A -=-、 Vdt dn r B A -=-、dt dC r A A -=-、dt dC r BA -=-) 9. 气相反应A +B → 3P + S 进料时无惰性气体,A 与B 以1∶1摩尔比进料,则膨胀因子A δ=____2___。
10. 气相反应3A + B → P + S 进料时无惰性气体,A 与B 以2∶1摩尔比进料,则膨胀因子A δ=___-2/3____11. 在一间歇恒容反应器中进行如下平行反应12k k A P A S−−→−−→,P 为目的产物,已知0A c 的单位为[]/mol L ,1k 的单位为1s -⎡⎤⎣⎦,2k 的单位为[]/L mol s ⋅,活化能12E E >。
则R A =)(221A A C k C k +- 。
2 反应动力学基础2.1在一体积为4L 的恒容反应器中进行A 的水解反应,反应前 A 的含量为12.23%(重量),混合物的密度为1g/mL ,反应物A 的分子量为88。
在等温常压解:利用反应时间与组分A 的浓度变化数据,作出C A ~t 的关系曲线,用镜面法求得t=3.5h 时该点的切线,即为水解速率。
切线的斜率为0.760.125/.6.1α-==-mol l h由(2.6)式可知反应物的水解速率为 0.125/.-==dC A r mol l h A dt2.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应:2423+→+CO H CH H O催化剂体积为10ml ,原料气中CO 的含量为3%,其余为N 2,H 2气体,改变进口原料气流量Q 0解:是一个流动反应器,其反应速率式可用(2.7)式来表示00000(1)(1)-==-=-=-A A RA A A A A A A AdF r dV F F X Q C X dF Q C dX 故反应速率可表示为:0000(/)==A A A A A R R dX dX rQ C C dV d V Q用X A ~V R /Q 0作图,过V R /Q 0=0.20min 的点作切线,即得该条件下的dX A /d(V R /Q 0)值α。
0.650.04 1.790.34α-==故CO 的转化速率为 40030.10130.03 6.3810/8.31410573--⨯===⨯⨯⨯A A P C mol l RT4300 6.3810 1.79 1.1410/.min (/)--==⨯⨯=⨯A A A R dX r C mol l d V Q2.3已知在Fe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为:20.850.4/-=⋅w CO CO r k y y kmol kg h式中y CO 和y C O2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率,0.1MPa 压力及700K 时反应速率常数k W 等于0.0535kmol/kg.h 。
第二章反应动力学基础一、化学反应速率的定义1、均相反应单位时间内单位体积反应物系中某一组分的反应量。
恒容反应:连续流动过程:2、多相反应单位时间内单位相界面积或单位固体质量反应物系中某一组分的反应量。
二、反应速率方程1、速率方程(动力学方程):在溶剂及催化剂和压力一定的情况下,定量描述反应速率和温度及浓度的关系。
即:2、反应速率方程的形式主要有两类:双曲函数型和幂级数型。
3、反应级数:速率方程中各浓度项上方的指数分别代表反应对组分的反应级数,而这些指数的代数和称为总反应级数。
反应级数仅表示反应速率对各组分浓度的敏感程度,不能独立地预示反应速率的大小。
4、反应速率常数:方程中的k称为速率常数或比反应速率,在数值上等于是各组分浓度为1时的反应速度。
它和除反应组分浓度以外的其它因素有关,如温度、压力、催化剂、溶剂等。
当催化剂、溶剂等因素固定时,k就仅为反应温度的函数,并遵循阿累尼乌斯Arrhenius方程:可分别用分压、浓度和摩尔分率来表示反应物的组成,则相应的反应速率常数分别用kp,kc,ky来表示;相互之间的关系为:5、化学平衡常数与反应速率常数之间的关系说明:常数称为化学计量数,表示速率控制步骤出现的次数。
(注意不要和化学计量系数相混淆)三、温度对反应速率的影响1、不可逆反应由阿累尼乌斯方程,温度升高,反应速率也升高(例外的极少),而且为非线性关系,即温度稍有变化,反应速率将剧烈改变。
也就是说,反应温度是影响化学反应速率的一个最敏感因素。
2、可逆反应(1)可逆吸热反应反应速率将总是随反应温度的升高而增加(2)可逆放热反应反应速率在低温时将随反应温度的升高而增加,到达某一极大值后,温度再继续升高,反应速率反而下降。
再升高温度,则可能到达平衡点,总反应速率为零。
最优温度与平衡温度关系:四、复合反应1、反应组分的转化速率和生成速率我们把单位之间内单位体积反应混合物中某组分i的反应量叫做该组分的转化速率或生成速率。