温度对反应速率的影响PPT课件

随着温度的增加，由于温度对平衡常数的影响发展成为矛盾的主要方面，因此，反
应速率随温度的增加而降低。
rA 0 rA
T y
rA 0 T y
rA 0 T y
Top
T
最佳温度：对于某一可逆放热反应，在一定的反应物系组成下， 具有最大反应速率的温度称为相应于这个组成的最佳温度。
2）可逆放热单反应的最佳温 度曲线
（B）
E1 E2
exp
E2 E1 RgTop
exp
E2 E1 RgTe
两边取对数 :
ln E1 E2 E1 E2 E1
E2 RgTop
RgTe
E2 E1 Rg
1 Top
1 Te
ln
E2 E1
Top 1
1 Rg
Te
ln E2 1 RgTe ln E2
Te E2 E1 E1
个方面，不可逆反应不受平衡常数的限制，因此只考虑温度
对反应速率常数的影响。对不可逆吸热反应当温度升高时，
k会增大，反应速率也相应增大。
（2) 不可逆放热反应
当温度升高时，k会增大，反应速率也相应增大。
由于反应速率常数随温度的升高而升高，因此，无论是放热反
应还是吸热反应，都应该在尽可能高的温度下进行，以获得
较大的反应速率，但在实际生产中，要考虑以下问题：
a）温度过高，催化剂活性下降或失活；
b）设备材质的选取
c）热能的供应
d）伴有副反应时，会影响反应的选择性
例1 硫铁矿的焙烧反应： 4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3+8SO2 是一个不可逆的放热反应，实际上FeS2高于400℃就开始分 解，温度越高反应速率越快，工业上一般在850-950 ℃之间 操作，反应器炉内衬耐火砖，但温度再高会使烧渣熔化，物 料熔结会影响正常操作。Fe2O3的熔点1560 ℃， FeO的熔点 1377 ℃。
k20 k10
f2 ( y) f1( y)
（A）
当反应处于平衡时,相应的平衡温度为Te ,此时, rA 0,则有 :
k10
exp
E1 RgTe
f1( y)
k20
exp
E2 RgTe
f2 ( y)
exp
E2 E1 RgTe
k20 k10
f2 ( y) f1( y)
令 式（A）=式（B）
E2 E1 E1
（1－72）
(b) 最佳温度曲线 由（Te~xA）关系→xA~Te曲线(平衡曲线)→计算同一
xA的Top曲线（最佳温度曲线）。
平衡曲线
转
化
率
温度
KP
[生成物浓度] [反应物浓度]
f (x)
lg K
例2 煅烧石灰石制取CO2及CaO的反应：CaCO3 = CaO + CO2 是一个不可拟的吸热反应，通常靠燃烧焦炭和无烟煤供给热 量，理论上常压下800℃开始分解，温度越高反应速率越快， 可以缩短煅烧时间，工业上控制在1100-1200 ℃范围之内， 温度再过高，可能会出现熔融状态，发生挂壁或结瘤。而且 还会使石灰石变成坚硬不易消化的“过烧石灰”。
温度对反应速率的影响
1.4.1 温度对单反应速率的影响及最佳温度
• 1）温度对不同类型单反应速率的影响及最佳温度
• 不可逆吸热反应
• 不可逆放热反应
• 可逆吸热反应
反应速率常数
• 可逆放热反应
温度
平衡常数
（1) 不可逆吸热反应 对于单反应
k
k0
exp（－
EC RgT
）
温度对化学反应的影响包括平衡常数和反应速率常数两
（3）可逆吸热反应
rA
k1
f1( y)
k2
f2 ( y)
k1
f1( y)1
k2 k1
f2 ( y) f1( y)
k1
f1( y)1
f2 ( y)
K
y
f1( y)
随温度的升高，k1升高， 也升高
Ky
升高， K y
升高，1
f2 ( y)
K
y
f1( y)
总的结果，随温度的升高，总的反应速率提高。因此，对于 可逆吸热反应，也应尽可能在较高温度下进行，这样既有利 于提高平衡转化率，又可提高反应速率。同时，也应考虑一 些因素的限制。
例如，天然气的蒸汽转化反应 CH 4 H2O CO H2
是可逆吸热反应，提高温度有利于提高反应速率并提高甲烷的平 衡转化率，但考虑到设备材质等条件限制，一般转化炉内温度小 于800-850℃。
（4）可逆放热反应
rA
k1
f1 (
y)
k2
f2
(
y)
k1
f1 (
y ) 1
k2 k1
f2 ( y) f1( y)
对反应速率常数的影响要大于对 反应速率提高。
1
K
f2
y
(y f1Biblioteka Baidu(
) y
)
的影响，总的结果，温度升高，
随着温度的升高，
K y
的影响越来越显著，也就是说，随着温度的升高，反应速率
随温度的增加量越来越小，当温度增加到一定程度后，温度对反应速率常数和平衡
常数的影响相互抵消，反应速率随温度的增加量变为零。
E1 RgT
f2 ( y)k20 exp
E2 RgT
对上式求导，使其等于零,即
rA T
y
0，并以Top代替T
k10
E1 RgTo2p
exp
E1 RgTop
f1( y) k20
E2 RgTo2p
exp
E2 RgTop
f2 ( y)
0
E1 E2
exp
E2 E1 RgTop
k1
f1 (
y ) 1
f2 ( y)
K
y
f1( y)
随温度的升高，k1升高，K y
也降低
降低， K 降低， y
1
f2 ( y)
K
y
f1( y)
总的结果，反应速率受两种相互矛盾的因素影响。
K 温度较低时，由于
y
数值较大，1
K
f2
y
(y f1 (
) y
)
1，此时，温度
rA
k1 f1( y) k2 f2 ( y)
f1( y)k10 exp(
E1 ) RgT
f2 ( y)k20 exp(
E2 ) RgT
T OP
Te
1
RgTe E2 E1
ln
E2 E1
(a) Top~Te关系
rA
k1 f1( y) k2 f2 ( y)
f1( y)k10 exp
(1) 最佳温度曲线
由相应于各转化率的最佳 温度所组成的曲线，称为最佳 温度曲线。可通过实验测定和 理论计算得到。
(2) 最佳温度曲线的测定
通过实验测定不同转化率时 rA~T曲线图。 如图（1－3），将各转化率 的最佳温度连接起来，即为 最佳温度曲线，如图中的虚 线。
(3) 最佳温度曲线计算
对于可逆放热反应，如果没有副反应，则最佳 温度曲线可由动力学方程用一般求极值的方法求出。