第一章 化学反应速率基础知识.ppt

1 第一章化学反应速度的基础知识 1 1化学反应速度 1 2转化率与反应速度 1 3化学计量关系 1 4反应级数的确定及反应速率常数式 1 5复杂反应 1 6非均相反应 1 7数学模型 2 1 1 1均相反应aA bB cC dDGA A的摩尔数V 混合物的体积t 反应开始到反应过程中任一瞬间所经历时间若等容 则在实际中可假设 气相反应和稀溶液反应均是均相反应 化学反应速度 速率 是一个强度量 并且取决于温度和浓度 1 1化学反应速度 3 1 1 2多相反应 单位时间内单位表面积上组分转化量 S 反应表面积注意 界面面积 几何表面积或 单位时间内单位重量的组分变化速度 4 1 2转化率与反应速度 5 1 3化学计量关系 重要的已知条件 例aA bB cC dD或者 例如反应 2NO O22NO2 6 1 4 1基元反应定义 指反应物分子在相互作用时一步就直接转化为生成物的反应 非基元反应 为经验公式 称为表观反应级数 由实验测定 1 4质量作用定律 反应速率方程 7 1 4 2可逆反应 当体系内出现逆反应时 在确定反应的总速率时应考虑逆反应的存在 对于可逆反应分别为正逆反应的速度常数 可逆反应速率式包括了热力学 K 和动力学 k 的因素 反应速率方程基本上是一个涉及浓度的代数方程 而非微分方程 8 1 4 3速率的积分式 是瞬时速率 是速率的微分式 速率公式中一种更为有用的形式即浓度与时间的函数关系式 称为速率积分式 用处 确定一定反应时间的浓度或达到一定浓度所需要的时间 速率积分式的推导 根据反应速率的微分式导出一级反应的积分式反应 A 产物 m为常数 9 因为t 0 故 故一级反应的速率积分式是 速率常数单位 作图 为直线 示意图如下 10 三种级数反应的速率及特征 11 例题 一个2级反应的反应物初始浓度为0 4 103mol m 3 此反应在80分钟内完成了30 试求反应的速率常数和反应完成80 时所需的时间 解 由于是二级反应 故有 反应完成80 所需时间 12 1 5反应级数的确定及反应速率常数式 1 级数级数的意义 写出其速率式说明反应机理级数的确定 尝试法将实验测定的各时间反应产物的浓度代入速率的各种积分式中 试探其中哪个积分式求出的k不随时间而变化 则该式的级数就是所求反应的级数 作图法分别用C 对t作图 呈现直线关系的 即为所求反应的级数 13 2 活化能与T有关阿累尼乌斯 Arrhenius 方程 活化能完成一化学反应 使物质变为活化分子所需的平均能量 指数量系数 又称为频率因子 T 时的 上式取自然对数 得到 活化能可通过lnk对 1 T 作图求得 14 经过若干各级元反应生成产物 引深涉及到多相反应 1 S1表面中A的传递 2 S2表面中B的传递 3 A B D 化学反应 4 D的传递 1 6复杂反应 15 处理方法 1 反应的独立性原理 过程的独立性原理 即 体系中发生由几个基元反应所构成的复杂反应 这些基元反应各自服从质量作用定律 彼此互不影响 物质守恒 在整个过程中A总变化量为各个过程变化的总和 适用于平行过程 类似并联电路 2 稳态或准稳态近似原理适用于串联过程对于简单串联反应根据反应独立性原理 t k1CA k2CB 在某一时刻 稳态 某一时刻后 中间产物B的浓度不随时间而变 准稳态 中间产物B的浓度随时间变化很小 稳态和准稳态带来的好处 大大简化微分方程求解 16 1 7非均相反应 1特征 a方程复杂 无通用性 共性 化学速度方程 不同类型的传质方程b不定因素 界面面积 界面性质 吸附微量杂质 能量分布不均等 局部温度不同 2速度方程 目标 得到一组方程描述化学反应 各种传质方法 化学反应速度方程 传质方程 独立性原理 稳态或准稳态原理 主要是传质方程的建立 17 1 8数学模型 数学方程