化学反应动力学公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,本征动力学,排除了一切传递影响化学反应动力学。（表达了反应本身特性，又称微观动力学）,宏观动力学,包括传递影响反应动力学。,物理化学中学习化学动力学，重点研究反应机理，即在分子尺度进行研究；反应工程中学习化学动力学，重点研究反应速度及影响反应速度主要原因。,第二章 化学反应动力学,第1页,第1页,2,化学反应速率定义,反应系统中，某一物质在单位时间、单位反应区内反应量。,表示式,2.1,反应速率工程表示,第2页,第2页,3,（,1,）反应速率能够用反应物、产物表示,（,2,）反应物反应速率,“,”,，表示消失速率,产物反应速率取,“,+,”,，表示生成速率,（,3,）普通用摩尔数表示，也可用,W,或,p,表示,【,定义扩展,】,第3页,第3页,4,（,4,）对于多组分反应系统，如反应：,a,A,b,B,p,P,s,S,各组分变量间符合下列关系：,各组分速率间符合下列关系：,第4页,第4页,5,The Reaction:,is carried out in a reactor.If at a particular point,the rate of disappearance of A is 10 mol/dm,3,/s,what are the rates of B and C?,第5页,第5页,6,（,5,）反应速率单位,a.,均相反应过程：,kmol/(m,3,h),b.,气固催化反应过程：,选催化剂体积：,r,S,为,kmol/(m,3,h),选催化剂重量：,r,W,为,kmol/(kg,h,）,选床层体积：,r,V,为,kmol/(m,3,床层,h),第6页,第6页,7,不同气固催化反应速率间关系：,下标表示：,s,催化剂,b,催化剂堆积,第7页,第7页,8,c.,气液非均相反应过程：,选液相体积：,r,L,为,kmol/(m,3,h),选反应器体积：,r,V,为,kmol/(m,3,床层,h),液相体积,V,L,与气液混合物体积,V,之间关系：,气含率,第8页,第8页,9,（,6,）宏观反应速率与本征反应速率,宏观反应速率,R,包括物理过程反应速率,本征反应速率,r,没有物理过程反应速率,第9页,第9页,10,（7）不同操作方式下反应速率表示,间歇反应系统：,等容间歇反应过程：,连续反应系统：,第10页,第10页,11,2.2 均相反应动力学,2.2.1 均相与预混合,均相反应：反应在同一相中进行，参与反应所有物质达到分子尺度均匀。,预混合：为使物料在进行反应之前达到分子尺度均匀而采用办法。,实现预混合手段：机械搅拌、射流等。,满足均相反应条件：反应系统能够成为均相；预混合所需时间远小于反应时间。,在满足均相条件下测得反应动力学为本征动力学。,第11页,第11页,12,2.2.1,反应动力学表示式,影响化学反应原因：,动力学方程普通都可写成：,浓度，单组分,浓度向量，多组份,重量，固相,分压，气相,逸度，加压下,温度、浓度,T,273,第12页,第12页,13,反应速率,温度效应,反应速率,浓度效应,大量试验表明，反应动力学方程可表示为：,给动力学数据测定和整理带来以便,第13页,第13页,14,例题：,P27-29,例,2-1,例,2-2,例,2-3,第14页,第14页,15,温度效应,反应速率常数,k,k,与,T,关系,阿累尼乌斯公式,2.2.3,反应速率温度效应和反应活化能,适合多数反应,第15页,第15页,16,K,主要动力学参数,意义：各反应物,C,1,时反应速率；,k,0,频率因子，与,T,无关；,R,气体普适常数：,R=8.314J/molK=1.987cal/molK,T,温度,，,k,；,E,反应活化能；主要动力学参数，用试验测。,第16页,第16页,17,E,测定,办法,阿累尼乌斯公式求对数,在,lnk,1/T,图上为一条直线,直线截距,lnk,0,lnk,lnk,0,第17页,第17页,18,反应物分子被,“,激发,”,为活化分子所需能量,E,意义：,化学反应进行难易程度标志,第18页,第18页,19,E,动力学意义,在一定浓度条件下，反应速率对,T,求导：,E,和,T,大小决定了,r,对,T,相对改变率大小,第19页,第19页,20,E,动力学意义,E,是反应速率对温度敏感程度一个度量,E,，表明,r,对,T,改变愈敏感，,T,改变会使,r,发生较大改变。,第20页,第20页,21,速率常数提升一倍所需提升温度,横向：同一,T,下，,E,，,，,r,对,T,改变敏感,纵向：同一,E,下，,T,，,，,r,对,T,改变敏感,第21页,第21页,22,反应速率常数单位,反应速率常数,k,单位求取：反应速率单位、浓度单位及压力单位已知，则由,k-r,A,/C,a,n,求,反应速率单位：,kmol/(m,3,.h),则,k,单位：,一级反应，,n=1,k,单位为,h,-1,或,s,-1,；对于二级反应，,n=2,k,单位为,m,3,/(kmol.h),对于气相反应，采用分压表示，,反应速率常数,k,p,单位,kmol/m,3,.h(Mpa),n,，,P,A,=C,A,RT,则，,k,p,=k/(RT),n,第22页,第22页,23,总结：,活化能不同于反应热效应，只表示使反应分子达到活化态所需能量；,活化能动力学意义是反应速率对温度敏感程度；活化能愈大，表示温度对反应速率影响愈大，即反应速率随温度上升而增加得愈快；,对同一反应，反应速率对温度敏感程度随温度升高而降低。这表明了在反应动力学测定时，试验精度与温度水平相关。,第23页,第23页,24,2.2.4,反应速率浓度效应和反应级数,反应速率浓度效应三种形式：,（,1,）幂函数型,适合用于均相、非抱负吸附气固催化反应,第24页,第24页,25,（,2,）双曲线型,（,3,）级数型,适合用于抱负吸附气固催化反应,对反应特性理解甚少时采用数值回归模型,第25页,第25页,26,均相不可逆反应：,aA+bB,pP+sS,幂函数型动力学方程式表示：,其中：、,为,r,对反应物,A,和,B,反应级数,为反应总级数,注意：反应级数通过试验来拟定,整数、非整数均可,第26页,第26页,27,基元反应,按化学计量式进行反应,特点：反应级数反应分子数计量系数,动力学方程式可依据反应式直接写出,非基元反应,由几种基元反应综合而成,特点：反应级数,反应,分子数,动力学方程式由试验测定,概念：,第27页,第27页,28,【,例,】,单分子分解反应：,A,B,实际反应环节由下面基元反应构成：,A,A A,*,A,（,1,）,A,*,B,（,2,）,B,生成速率为：,k,1,k,2,k,3,第28页,第28页,29,当,A,浓度较高时：,反应,（,2,）为,控制环节,反应,（,1,）,达到化学平衡,表现出一级反应,第29页,第29页,30,当,A,浓度较低时：,（,1,）不能,达到化学平衡，为控制环节,按稳态原理：,r,A*,=0,反应表现出二级反应,非基本元反应不能依据化学反应式直接写出动力学方程,第30页,第30页,31,反应级数意义,r,对反应物,A,浓度求导,表明：,反应级数是,r,对,C,敏感度,，,r,随,C,相对改变率,第31页,第31页,32,一级和二级反应反应速率随反应物浓度减少而递减改变情况,C,，一级反应速率，,二级反应,速率,；,二级反应，,x=0.99,时反应速率与初速率相差,10,4,第32页,第32页,33,总结,反应级数不同于反应分子数；,反应级数反应了反应速率对浓度改变敏感程度，n，C对r影响。,第33页,第33页,34,可逆反应,自催化反应,平行反应,串连反应,复杂反应体系,2.2.5,复杂反应反应速率表示式,第34页,第34页,35,（,1,）可逆反应,A,B C,正反应速率,逆反应速率,A,组分净反应速率,k,2,k,1,第35页,第35页,36,（,2,）平行反应,反应物,A,或,B,消耗速率,P,主产物,S,副,产物,A,B,k,1,k,2,第36页,第36页,37,（,3,）串联反应,A,P(,目的产物,)S,A,消失速率,P,生成速率,S,生成速率,第37页,第37页,38,（,4,）平行串联反应：假定都是一级反应,A,B P(,主反应,),A,P S(,副反应,),k,1,k,2,第38页,第38页,39,（,5,）复杂反应网络动力学,比如：丁烯异构化反应,假设均为一级反应,A,C,B,k,1,k,2,k,3,k,4,k,5,k,6,第39页,第39页,40,石油馏分催化裂化反应,虚线表示反应不主要,复杂平行串联反应,复杂平行串联反应,复杂平行串联反应,第40页,第40页,41,第41页,第41页,42,第42页,第42页,43,思考题及作业,1）反应速度定义；,2）本征动力学宏观动力学；,3）动力学方程式普通式；,4）浓度效应及表征温度效应及表征；,习题：,2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,第43页,第43页,