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文档简介
2FundamentalsofReactionKinetics
Chemicalkineticsisthebasisforobtaining(1)reactionmechanism;(2)equationofreactionrate.2.1RateofChemicalReaction
1.Definitionofreactionrate
Forareaction
AA+BB=RR(2.1)basedonunitvolumeofreactingfluid,thereactionrateisNote:
rispositive.Therelationbetweenmolenumbernandmolarconcentrationcis
nA
=
VcA
sothatthereactionrateisexpressedasForaconstant-volumereactor,
Forgases,thereactionratemaybeexpressedas
SincecA=cA0(1XA)Theyarevalidforconstant-volumereactors.
2.Therelationofreactionratesforcomponents
BecausednA
:
dnB:
dnR=A:B:R
,wehave(constant)
(2.3)Thegeneralexpressionisor(2.4)
3.ReactionrateondifferentbasisForacontinuousreactor,reactantAentersthereactorinmolarflowrate
FA0,basedonunitvolume,thereactionrateisdVFAFA0FAdFA
(2.7)Formultiphasereactions,itmaybebasedonunitinterfacialarea
Forfluid-solidsystems,itmaybebasedonunitmassofsolid,whereaisinterfacialarea,andWisusuallythemassofcatalyst.or(2.8)or(2.9)Therelationiswherebisthestackingdensity,andaVistheexternalspecificarea.(2.10)
4.Determinationofreactionrate
byexperimentNotethedifferencein
intrinsickinetics
apparentkineticsExercise:Chap.2:1
pAt2.2ReactionRateEquationswhereistheconcentrationvector.Foranelementaryreaction
AA+BB
PP+SStherateequationisForacertainreactingsystemundercertainpressure,therateequationis(2.11)(2.12)Foranonelementaryreaction,weassumeasequenceofelementaryreactions:reactionmechanism(reactionpath)overallreactionrate,verifiedexperimentally.
根据反应机理推导速率方程时,假定:(1)反应由一系列基元反应依次进行,并应用质量作用定律确定基元反应的速率;(2)若某基元反应速率<<其它基元反应速率,则称为速率控制步骤,其反应速率即为整个反应的速率,其余基元反应处于
“拟平衡态”;(3)各基元反应速率基本相同时,各反应均处于“拟定态”。Note:Themechanismisassumed.Thesamerateequationmaybeobtainedfromdifferentmechanism.Themechanismshouldbetestedexperimentally.Empiricalrateequation:basedonexperiments.Generalform:
powerfunction
(2.19)
hyperbolicfunctionTheconcentrationofproductmayaffecttherate.Forareversiblereaction,
AA+BBRRitmaybeassumedthatFromthechemicalequilibriumfor
idealgas,(2.24)
isreferredtoasthestoichiometricnumber.Chemicalequilibriumconstant:化学计量数的物理意义为反应机理中速率控制步骤出现的次数。(2.25)?2.3EffectofTemperatureonReactionRate
AtagivenT,therateconstantkisaconstant.Chemicaltheorypredictsthatk
Tnexp(E/RT)WeusuallyuseanArrhenius-typerelation
k=
Aexp(E/RT)
(2.26)
AandEaredeterminedwith
lnk=lnA
E/RT(2.26a)Note:
Theunitofkdependsontheexpressionofreactionrate,rateequation,andconcentration.Forareactioningasphase,conc.pcyk
kp
kc
ky
Foridealgasandapower-lawrateequation,
kc=(RT)kp=(RT/p)ky
(2.27)
p-totalpressure,-overallreactionorder.
Forareversiblereaction,wemayobtainfromEq.(2-26a)FromEq.(2-25),wehaveor(2.28)(2.29)chemicalequilibriumconstantTheeffectofTonKPmaybeexpressedbythevan’tHoffequation,Hrtheenthalpydifferenceofreaction:Hr>0,endothermicreaction;Hr<0,exothermicreaction.Therefore,(2.30)(2.31)Inmostofreactions,thereactionrateincreaseswithtemperature.However,somecomplexconditionsmayoccur,e.g.rTrTrT正常动力学反常动力学
ForreactionsobeyingtheArrheniuslaw:
irreversiblesinglereactions:T,r;
multiplereactions:??Forareversiblereaction,(2.32)endothermic
reversiblereaction(可逆吸热)exothermicreversiblereaction(可逆放热)Top
rXATr4
r3
r2
r1
r=0r4
>r3
>r2
>r1
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