第3讲 单一反应动力学方程PPT课件

(rA)
dcA
d
kcA2
经变量分离并考虑初始条件， 0 ， cA cA0，恒温时κ为常数，则积分
结果为：
1 1 k 或 cA cA0
cA
cA0
1 cA0k
若用转化率表示：
xA 1 xA
cA0k
其它级数的恒温恒容不可逆反应
只要知道其反应动力学方程，代入式 cA dcA ，积分即可求得结果。
这表明反应级数n≥l的反应，大部分反应时间是用于反应的末期。高转化率 或低残余浓度的要求会使反应所需时间大幅度地增加。
例1-1 解题思路
➢根据题意是恒温恒容一级不可逆均相反应，又要求求反应一定时间后物
料的残余浓度，故选择公式 cA cA0ek
解题较简便。 ➢对于多组分单一反应，反应物的反应量与产物的生成量之间有化学计量 关系的约束，可以根据它们的化学计量关系推导出它们反应过程中的浓度 关系。 ➢运用恒温恒容一级不可逆反应的转化率积分形式解题。
在一均相恒温聚合反应中，单体的初始浓度为0.04mol/L和 0.08mol/L，在34min内单体均消失20%。求单体消失的速率。 解题思路： (1)正确判断反应级数
由题意：单体的初始浓度为0.04mol/L和0.08mol/L，在34min内单 体均消失20%，说明反应时间仅与转化率有关，与初始浓度无关，故此 反应为一级反应。 (2) 选用一级反应的积分结果公式解题，求出反应速率常数。 (3) 完整表达动力学方程式。
例1-2 解题思路：
根据题意为恒温恒容二级不可逆均相反应，运用相应的浓度积分形 式解题。 引申知识点：
对二级反应，要求残余浓度很低时，尽管初始浓度相差很大，但所 需的反应时间却相差很少。
练习
1、反应时间与初始浓度无关的是____级反应。
2、对反应级数大于1的反应，达到ຫໍສະໝຸດ Baidu样转化率，初始浓度提高，反应时间增 加。
3、对于反应级数小于1的反应，初始浓度提高时要达到同样转化率，反应时 间减少。
4、反应级数n≥l的反应，大部分反应时间是用于反应的末期。高转化率或 低残余浓度的要求会使反应所需时间大幅度地增加。
有一反应，在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80%， 经过18min后转化掉90%，求表达此反应的动力学方程式。 解题思路： （1）设反应级数为n级 （2）选用表中n级反应的积分结果公式解题。 （3）由题意可以列两个方程，将两个方程式相除，得到只有一个未知 数的方程式，解此方程即得。
对n级反应：
cAn01k
xA dxA 0 (1xA)n
当n＞1时，达到同样转化率，初始浓度提高，反应时间减少；
当n＜1时，初始浓度提高时要达到同样转化率，反应时间增加。对 n＜1的 反应，反应时间达到某个值时，反应转化率可达100%。
而n≥1的反应，反应转化率达 100%，所需反应时间为无限长。
均相反应动力学 单一反应动力学方程
恒温恒容二级不可逆反应
它有二种情况：一种是对某一反应物为二级且无其它反应物，或者是
其它反应物大量存在，因而在反应过程中可视为常值；另一种是对某一反
应物为一级，对另一反应物也是一级，而且二反应物初始浓度相等且为等
分子反应时，亦就演变成第一种情况。
此时其动力学方程式为 ：
cA0 (rA )
从速率方程积分表可得到一些定性的结论：
速率方程积分表达式中，左边是反应速率常数k与反应时间τ的乘积， 表示当反应初始条件和反应结果不变时，反应速率常数k以任何倍数 增加，将导致反应时间以同样倍数下降。 一级反应所需时间τ仅与转化率XA有关，而与初始浓度无关。因此， 可用改变初始浓度的办法来鉴别所考察的反应是否属于一级反应。 以 ln(cA0 / cA) 或 ln[1/(1xA)] 对τ作图，若是直线，则为一 级反应，其斜率为k。 二级反应达到一定转化率所需反应时间τ与初始浓度有关。初始浓 度提高，达到同样转化率XA所需反应时间减小 。