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恒温恒容二级不可逆反应
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 : 经变量分离并考虑初始条件, , ,恒温时κ为常数,则积分结果为: 或 若用转化率表示: 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 ,积分即可求得结果。 对n级反应: 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。 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 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。 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,达到同样转化率,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。 * * 均相反应动力学 单一反应动力学方程 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 或 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 。 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。 *
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