第二章 均相反应动力学
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齐齐哈尔大学化学反应工程教案第二章均相反应的动力学基础2.1 基本概念与术语均相反应:是指在均一的液相或气相中进行的反应。
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,并确定表达这些因素与反应速率间定量关系的速率方程。
2.1- 1化学计量方程它是表示各反应物、生成物在反应过程的变化关系的方程。
如N2+3H2===2NH3一般形式为:2NH3- N2-3H2== 0有S个组分参与反应,计量方程::人g2A2亠亠:s A s =0SZ ctjAi =0或i生式中:A i表示i组分a i为i组分的计量系数反应物a i为负数,产物为正值。
注意:1.化学计量方程仅是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,计量方程本身与反应的实际历程无关。
2. 乘以一非零的系数入i后,可得一个计量系数不同的新的计量方程S ■- .p r- i A i =0i 13. 只用一个计量方程即可唯一的给出各反应组分之间的变化关系的反应体系——单一反应;必须用两个(或多个)计量方程方能确定各反应组分在反应时量的变化关系的反应,成为复合反应。
CO+2H2=CH3OH CO+ 3H2=CH4+ H2O2.1- 2化学反应速率的定义化学反应速率是以单位时间,单位反应容积内着眼(或称关键)组分K的物质量摩尔数变化来定义K组分的反应速率。
:A A :B B=、s S :R R_ dnA (由于反应而消耗的A的摩尔数)Vdt (单位体积)(单位时间)1 dn A 1 dn B 1 dn s 1 dn Rr B r s r R二V dt V dt V dt V dt齐齐哈尔大学化学反应工程教案4.n 0 yK 0KnK0 - n KnK0 K当V 恒定时,组分K 反应掉的摩尔数 n K0 - n K反应程度是用个组分在反应前后的摩尔数变化与计量系数的比值来定义的,用Z 表示。
n i - ng n K 卞。
第二章 均相反应动力学习题1. 【动力学方程形式】有一气相反应,经实验测定在400℃下的速率方程式为:23.66AA dP P dt= 若转化为2(/.)A kC A r mol h l =形式,求相应的速率常数值及其单位。
2. [恒温恒容变压定级数]在恒容等温下,用等摩尔H 2和NO 进行实验,测得如下数据: 总压(MPa )0.0272 0.0326 0.038 0.0435 0.0543 半衰期(s ) 256 186 135 104 67 求此反应级数3.[二级反应恒容定时间]4.醋酸和乙醇的反应为二级反应,在间歇反应反应器中,5min 转化率可达50%,问转化率为75%时需增加多少时间?4、【二级恒容非等摩尔加料】溴代异丁烷与乙醇钠在乙醇溶液中发生如下反应: i-C 4H 9Br+C 2H 5Na →Na Br+i-C 4H 9 OC 2H 5(A)(B) (C) (D)溴代异丁烷的初始浓度为C A0=0.050mol/l 乙醇钠的初始浓度为C B0=0.0762mol/l,在368.15K 测得不同时间的乙醇钠的浓度为:t(min) 0 5 10 20 30 50 C B (mol/l) 0.0762 0.0703 0.0655 0.0580 0.0532 0.0451已知反应为二级,试求:(1)反应速率常数;(2)反应一小时后溶液中溴代异丁烷的浓度;(3)溴代异丁烷消耗一半所用的时间。
5. [恒温恒容变压定级数]二甲醚的气相分解反应CH 3OCH 3 → CH 4 +H 2 +CO 在恒温恒容下进行,在504℃获得如下数据:t (s ) 0 390 777 1195 3155 ∞Pt ×103(Pa ) 41.6 54.4 65.1 74.9 103.9 124.1试确定反应速率常数和反应级数6.[恒温恒压变容定常数]气体反应2A→B,经测定该反应为一级,压力保持不变,组分A为80%,惰性物为20%,三分钟后体积减小了20%,求反应速率常数。
均相反应的动力学基础化学反应工程第二章均相反应动力学基础1§2.1基本概念和术语若参于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。
均相反应动力学: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。
§2.1.1化学计量方程化学计量方程:表示各反应物、生成物在反应过程中量的变化关系的方程。
一个由S个组分参予的反应体系,其计量方程可写成:Si1iAi0式中:Ai表示i组分,i为i组分的计量系数。
通常反应物的计量系数为负数,反应产物的计量系数为正值。
注意:1.计量方程本身与反应的实际历程无关,仅表示由于反应引起的各个参予反应的物质之间量的变化关系。
2.规定在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。
这是为了消除计量系数在数值上的不确定性。
单一反应:只用一个计量方程即可唯一给出各反应组分之间量的变化关系的反应体系。
复杂反应:必须用两个或多个计量方程方能确定各反应组分之间量的变化关系的反应体系例如,合成氨反应的计量方程通常写成:N23H写成一般化的形式为:N23H而错误的形式有:2N26H2222NH32NH304NH30§2.1.2反应程度和转化率反应程度是各组分在反应前后的摩尔数变化与其计量系数的比值,用符化学反应工程第二章均相反应动力学基础2号ξ来表示,即:n1n10nini0nknk01ik或写成:nini0ii1.不论哪一个组分,其反应程度均是一致的,且恒为正值。
2.如果在一个反应体系中同时进行数个反应,各个反应各自有自己的反应程度,则任一反应组分i的反应量应等于各个反应所作贡献的代数和,即:Mnini0j1ijj其中:M为化学反应数,ij为第j个反应中组分I的化学计量系数。
转化率是指某一反应物转化的百分率或分率,其定义为:某某一反应物的转化量该反应物的起始量nk0nknk01.如果反应物不只一种,根据不同反应物计算所得的转化率数值可能是不一样的,但它们反映的都是同一个客观事实。