лекции / Лекция-3.-19.02.22
.pdf
ОХТ, ЛЕКЦИЯ 3 КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
•Они позволяют:
•- изучить схему превращения, кинетическую модель реакции,
•- определить скорость превращения вещества и скорость реакции,
•Выявить параметры, влияющие на скорость реакции и предложить способы ускорения.
. Схема превращения
показывает реальную картину взаимодействия между компонентами – направления превращения - в реагирующей системе. Например, реакция окисления аммиака (в простом виде) имеет следующую схему:
и представлена |
химическими |
1-4 . Схема состоит из частных |
реакций и их |
число должно соответствовать реальным путям превращения |
|
компонентов. |
|
|
Скорость превращения и скорость реакции
•Скорость превращения вещества (Wi) количество i-го вещества, которое
превращается в единице реакционного пространства в единицу времени. Если вещество расходуется, то Wi 0, если образуется Wi 0.
•Так как количества веществ, участвующих в реакции
•AA + BB + ... RR + SS + ...
связаны между собой стехиометрическими соотношениями Ni / i = const, то скорости их превращения находятся в зависимости:
•WA/ A = WB/ B = WR/ R = WS/ S =Wi / i = r 0,
•где r определим как скорость химической реакции.
Для простой реакции W i= i r, для сложной реакции Wi = где rj –скорость j-й частной реакции.
νij rj j
Кинетическое уравнение (кинетическая модель реакции)
• Это зависимость скорости реакции или скорости превращения вещества от условий её протекания (концентрации реагентов, температуры, давления)
• r = r (T, с) = k (T) f (с)
• где k константа скорости реакции, зависящая только от температуры.
• Зависимость k = f(T) определяется уравнением Аррениуса:
k k |
0 |
e |
- E / RT |
, |
|
||||
|
|
|
|
• Вид уравнения зависит от типа и механизма реакции. Размерность k определяется видом функциональной зависимости f(c) и размерностью r.
• Скорость обратимой реакции |
А + |
В = |
+ S |
А |
В |
|
S |
•записывается в виде разности скоростей прямой (r1) и обратной реакций
(r 1):
•r = r1 - r 1= k1(T) f1(c) – k 1(T) f2 (c)= k1(T) f1 (c) [1 (c)/ Kр],
Основные кинетические модели простых и сложных реакций
Простые реакции
1) Простая необратимая реакция AA RR.
• r = k1CAn , W А= А r, W R= R r ( n-порядок реакции –показатель степени при концентрации).
2) Простая обратимая реакция A это реакция, в которой протекают две частные реакции: A превращается в R (прямая реакция) и R превращается в A (обратная реакция).
Скорость превращения и, следовательно, скорость реакции r равна разности скоростей прямой r1 и обратной r-1 реакций: r = r1 – r-1 . Скорости превращения веществ W А= А
r = –(r1 –r-1); W R= R (r1 – r-1) = (r1 – r-1).
Пример: обе реакции первого порядка: r1 = k1CA, r-1= k-1CR. Тогда
r k C k |
C k C |
1 |
k 1CR |
|
|
|
|
||||
1 A |
1 R |
1 A |
k1CA |
||
|
|
|
|
|
|
При равновесии концентрации компонентов А и R -равновесные, и r = 0.
•Сложные реакции
•1) Параллельные реакции, например:
•W А= А r = – (r1 +r2); W R= R r1; W S= S r2.
• или в общем случае |
Wi ij rj |
|
|
|
j |
•2) Последовательная реакция, например, две реакции 1-го порядка:
W А= – r1 ; W R = r1 – r2; W s = r2;
Кинетические кривые с(t)
Простые и сложные реакции
простая |
простая |
сложная |
сложная |
необратимая |
обратимая |
параллельная |
последовательная |
ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ОПИСАНИЕ
•Классификация химических процессов:
Термодинамика (химический процесс с необратимой, обратимой, экзо , эндотермической реакцией)
Кинетика (порядок реакции – целый или дробный)
Стехиометрия (химический процесс с простой и сложной реакцией: параллельной, последовательной или смешанного типа)
Классификационны е признаки
Фазовый
признак (гомогенный, гетерогенный, подвижность фаз)
Тип
взаимодействия между веществами (прямое взаимодействие, с физическим, или химическим воздействием)
Динамический
признак (стационарный, нестационарный)
ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА В РЕАКТОРЕ
8
ГОМОГЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС (ГХП)
Все реагенты и химические превращения протекают в одной фазе (газовой или жидкой).
Закономерности гомогенного химического процесса совпадают с закономерностями химической реакции.
I. ГХП с простой реакцией
1) Необратимая реакция A R
В общем виде скорость реакции представлена кинетическим уравнением:
r = kсn = kс 0n(1 – x)n ,
где С –концентрация А, n – порядок реакции.
