知识点4~6讲义

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1、知识点4.等温恒容的单一反应实验数据的处理一、主要讲解内容主要介绍间歇式反应器中等温恒容的单一反应获取动力学方程的两种方法：积分法和微分法的基本方法、步骤。二、学习要求掌握间歇式反应器中进行的等温恒容单一反应实验数据处理的两种方法，能够熟练地将零级、一级、二级可逆与不可逆反应的速率方程的微分表达式转换成积分式。掌握微分法处理实验数据的方法、步骤。三、视频（已录制完成）四、讲义本节介绍理想的间歇反应器中动力学数据的处理方法。理想的间歇中反应器反应物料一次性投入，反应完成之后再进行卸料。在反应过程中反应器中温度、浓度始终是均一的，但可能随着反应的进行而发生变化，这是理想的间歇式反应器

2、理想性的体现，实际反应器一般很难达到温度、浓度始终均一。1．转化率的概念转化率XA定义为，其中NA0—t=0的时刻A的摩尔数；NA—t时刻A的摩尔数。由转化率定义可得：对于恒容反应，两侧取对数得，或者，故对于恒容反应，反应速率的定义式，而对于变容反应，注意此时V≠V0。对于恒容的间歇式反应器，则，，微分得：。对于幂数型方程，如何确定其中的动力学参数k和n是本节主要解决的问题。在恒容的间歇式反应器中通常可以获取表1所示实验数据。表1间歇反应器实验数据t,min010203040…CA,mol/Liter10060302015…XA00.40.70.80.85…根据实验数据获取动力学

3、的步骤通常分为两步，a.固定温度，得出反应速率对浓度的依赖关系；b.改变温度进行实验，得出速率对温度的依赖关系。其中第二步改变温度后实验数据的处理跟第一步过程相同，所以我们主要介绍恒温数据的处理。2．积分法处理实验数据积分法主要是适用于以下情况：反应级数较简单；反应中仅涉及一个物种，或者动力学关系可以简化为和一个物种的关系；数据较为分散，采用微分法难于处理的情况。积分法通常分成四步来进行：a.假设动力学关系b.对动力学方程进行积分c.对积分式进行线性化，得到f(CA)~t的直线关系。d.比较实验数据和以上直线关系是否吻合。例1：恒容反应，假设为1级不可逆反应：，分离变量积分：，得

4、因为，即，得：。即应该满足图2-3所示的直线关系。以实验数据求得或，作出其对时间的关系曲线，若是过原点的直线，则此反应为一级不可逆反应，根据其斜率可求得速率常数k，否则重新假设其他的动力学关系。Ort斜率=k图1一级不可逆反应的积分关系例2.恒容反应，假设为2级不可逆反应：，分离变量积分：，得，或。以实验数据求得或，作出其对时间的关系曲线，若是过原点的直线，则此反应为2级不可逆反应，根据其斜率可求得速率常数k，否则重新假设其他的动力学关系。Ort斜率=k图2二级不可逆反应的积分关系例2.恒容反应，假设为n级不可逆反应：，分离变量积分：，得。例如，n=0，则积分式为，本节例题详见课

5、件。3．微分法处理实验数据表1所示恒容间歇式反应器中的实验数据同样可用微分法处理，处理步骤如下：①根据实验数据绘制CA~t光滑曲线②确定不同浓度下的曲线斜率③线性化，做图求解动力学参数，例如：对于幂数型动力学方程，，两侧取对数得，，即，与lnCA成线性关系，其斜率为反应级数n，截距为lnk。lnCA斜率=n截距=lnk图3二级不可逆反应的积分关系五、小结1、理想的间歇中反应器反应物料一次性投入，反应完成之后再进行卸料。在反应过程中反应器中温度、浓度始终是均一的，但可能随着反应的进行而发生变化。2、转化率的概念，3、积分法的基本步骤：a.假设动力学关系b.对动力学方程进行积分c.对

6、积分式进行线性化，得到f(CA)~t的直线关系。d.比较实验数据和以上直线关系是否吻合。4、微分法的基本方法、步骤：①根据实验数据绘制CA~t光滑曲线②确定不同浓度下的曲线斜率③线性化，做图求解动力学参数，5、一级恒容不可逆反应的积分式：零级恒容不可逆反应的积分式：二级恒容不可逆反应的积分式：或六、自测题1、在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为积分法和微分法。2、有一液相不可逆反应，A的初始浓度为0.5mmol/L和2mmol/L的条件下均在30min内转化了15％，该反应的反应级数为n=1。速率常数k=5.42×10－3min－1。3、某反

7、应的计量方程为，则其反应速率表达式不能确定。4、积分法求解动力学方程一般分成四步进行：①假设动力学关系②对动力学关系进行积分③将积分式做线性化处理④对比实验数据和所假设的动力学积分式1、微分法处理实验数据通常分成3步进行：①做CA~t关系曲线②做切线求不同浓度下的反应速率③线性化，做图求解动力学参数知识点5.等温恒容的复合反应实验数据的处理一、主要讲解内容本讲主要介绍平行反应和连串反应，对平行进行积分处理获取动力学参数，对连串反应分析了其产物分布，得到了获取最高中间产物的浓度及相