应用化学反应动力学基础.ppt

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1、第一节　基本概念与术语化学反应动力学是研究一些化学物种转化为另一些化学物种的反应速度和机理的学科。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。气－固相催化反应:气相反应物在固体催化剂上进行反应的过程。一、化学计量式化学计量学：研究化学反应系统中反应物和产物组成改变关系的数学表达式。化学计量学的基础是化学计量式。化学计量式：表示参加反应的各组分的数量关系。如：N2+3H2＝2NH

2、3一般形式为：2NH3-N2-3H2＝0第一章应用化学反应动力学基础化学计量学研究化学反应系统中反应物和产物组成改变关系的数学表达式化学计量式化学反应方程式表示反应的方向表示参加反应的各组分的数量关系基础=→符号区别化学反应方程式：表示反应的方向三者的关系见下图：化学计量式的通式可表示为：或或反应物取负值，生成物取正值化学计量式的通式可简写成：第j个反应中组分i的化学计量系数反应物取负值，生成物取正值二、反应程度、转化率、化学膨胀因子、膨胀率extentofreaction,conversion,factorofexpa

3、nsion，Expansionratio1、反应程度：对于间歇系统中的某反应，若反应混合物中某组分的起始物质的量为ni0，反应后该组分的物质的量为ni，则定义反应程度为：或写成：2、转化率X----针对反应物而言关键组分A反应掉的物质的量与其开始时物质的量之比：以关键组分A为例:对等摩尔反应：①A必须是反应物，它在原料中的量按照化学计量方程计算应当可以完全反应掉（与化学平衡无关），即转化率的最大值应当可以达到100%。②如果体系中的反应物不只是一种，且都满足①要求，通常选取重点关注的、经济价值相对高的组分定义转化率。针对

4、不同反应物计算出来的X是不一样的。关键组分（着眼组分）为不过量、贵重的组分（相对而言）关键组分A的选取原则3、化学膨胀因子：每转化掉1mol的反应物A时，反应混　　　　　合物物质的量的变化，用符号δA表示。若反应在恒温恒压下连续进行，反应前后总物质的量变化，则必然引起体系的体积流量的变化。反应过程的瞬时体积流量V应等于初始体积流量V0与化学反应引起的体积流量变化ΔV之和。对于反应：V0，T,PV0T,PΔV通式：膨胀因子的物理意义关键组分A消耗1mol时，引起反应物系摩尔数的变化量。对于恒压的气相反应，摩尔数的变化导致反

5、应体积变化。δA>0是摩尔数增加的反应，反应体积增加。δA<0是摩尔数减少的反应，反应体积减小。δA=0是摩尔数不变的反应，反应体积不变。4、膨胀率物系体积随转化率的变化不仅仅是膨胀因子的函数，而且与其它因素，如惰性物的存在等有关，因此引入第二个参数膨胀率。定义膨胀率即A组分的膨胀率等于物系中A组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。即A组分全部反应时造成体系体积变化的比例。膨胀因子与膨胀率的关系：在恒温恒压下进行反应：例1：对于反应，已知反应开始时甲烷的摩尔分率为，求转化率为时，甲烷的摩尔分率。解：2.平行反应

6、：一种反应物同时形成多种产物，如：3.连串反应：反应物先生成某种中间产物，中间产物又继续反应生成最终产物，如：4.平行-连串反应：最终产物可以由几步连串过程生成，也可以由一步直接生成，如：三、多重反应的收率（Yield）及选择率（Selectivity）多重反应是指有多个反应同时进行的体系，多重反应包括：1.同时反应：反应系统中同时进行两个或两个以上的反应物与产物都不相同的反应：如：氨的氧化苯氧化制顺酐CO加氢、乙烯氧化收率与选择率----是对反应产物而言的收率的定义：对目的产物，其收率定义为：收率是反映原料利用率的综合

7、指标注意:①对于单一反应Y=X(关键组分)(无论用哪种产物计算结果均是如此)，对于复杂反应Y≠X②转化率X只能说明总的结果，收率Y则说明反应物生成目的产物的比例。选择率的定义：选择率表明了反应的方向，即反应过程中着眼反应物转化为目的产物的百分率。而转化率表明了反应的深度，即反应物料转化的百分率。收率Y、选择率s、转化率x三者的关系如下：Y=sx选择率和收率的定义关键组分keycomponentY＝S＝X＝小结：选择率和收率的定义对于单一反应，收率等于转化率，而选择率等于1转化率是针对反应物的，而收率与选择率则是针对目的

8、产物的。例2：乙烯氧化生成环氧乙烷，进料：乙烯15mol，氧气7mol,出料中乙烯为13mol,氧气为4.76mol,试计算乙烯的转化率，环氧乙烷的收率及选择率。解：C2H4＋0.5O2→C2H4OC2H4＋3O2→2CO2＋2H2OxA=(15mol－13mol)/15mol=0.133第一个反应所消耗的乙烯＝转化