当代给水与废水处理原理（第二版）第1章.ppt

* * 水污染 控制理论与方法 第一章 化学动力学 第一节 反应速率与反应级数 1.反应速率(reaction velocity) 如果在液体容积V中的组分A由于反应在dt时间内所产生的物质量的摩尔数的变化为dNA时，A的反应速率表示为： 存在下列关系： 可得出： 称为反应程度。 进一步可得 对于化学计量方程 2.反应级数 若产物P的反应速率为 那么,产物P的反应称为：反应物A的a级反应；反应物B的b级反应，总称为（a+b）级反应，K称为反应的速率常数（rate constant）,单位为（浓度）1-(a+b)/时间。 最后指出：（1）无论是反应物的速率方程，或者是产物的速率方程，都是以反应物的浓度来表示的；（2）速率方程中CA及CB的指数a,b和化学计量方程中A及B的系数x,y一般并不相等，也不一定是整数。（3）当速率方程不能表示为上述形式时，例如为： 因此就不存在是什么级数的提法了。 3.基元反应 反应的级数与化学计量方程中的系数不相等的原因是,一般的反应都是从原始的反应物经过一序列简单的反应步骤后,才会出现最终产物的,而化学计量方程则仅仅给出原始的反应物与最终产物间的关系,完全不考虑中间的反应步骤。构成化学计量方程的反应序列中的反应称为基元反应（elementary reaction）。绝大多数的基元反应，其反应级数与化学计量系数完全相等。构成一个化学计量方程的反应序列称为原来反应的机理。例如： 可以解释为下列基元反应构成的： 这些基元反应的级数与化学计量系数完全相等。利用这一特性，可以把每个反应物种的反应速率表达式直接写出来，例如，HBr的生成速率为 第二节 简单的基元反应 四种简单的基元反应 1.单一组分的零级反应 2.单一组分的一级反应 3.两种组分的二级反应 是一个二级反应。当CA0 是一个二级反应。当CA0CB0时，令x代表产物P在时刻t的浓度CP。反应物A和B与产物P间都是按1:1的量的关系变化的,在时刻t，P的浓度增加为x，A及B的浓度必然相应的降低x，其实际浓度CA及CB反应分别为CA0–x及CB0–x。由二级反应的定义有 在（0，t）间隔内积分得 积分整理得 在半对数坐标图上为一直线，作图求斜率可得速率常数k。 当初始浓度CA0=CB0时，反应速率式简化为 在同样时间间隔（0，t）内积分得： 4.两种反应物的伪一级反应 当上述二级反应 中的某一反应物,例如B的浓度很高,以致可以视为在反应过程中的浓度不变时(B的浓度为另一反应物A的浓度的20倍以上,则可以视为不变),此可得 上式中CB可视为常数，所以kCB用另一常数k′代替，因而变成A的一级反应的速率方程。这样所得的一级反应，称为伪一级反应。生物化学研究中常利用这一原理，通过把一种反应物的浓度加大以至可视为不变，这样就可以把一个二级反应当成一个伪一级反应来处理。 5.三级和更高级的反应(略) 第三节 较复杂的反应 包括平行反应,可逆反应,串连反应和准稳态反应四种情况。 1.平行反应；2.可逆反应；3.串连反应： 反应物A产生产物B,产物B又作为反应物产生产物C。 在时刻t时：CA+CB+CC=CA0推导浓度CA、CB及CC的公式。 由串连反应的条件有 （1—39） （1—40） （1—41） （1—46） 积分得 4.准稳态反应 在催化反应的过程中，先产生由反应物A与催化剂C结合成的中间复体AC，复体再经分解形成产物B，这种反应可以作为串连反应来研究，表示如下： 在生物化学中，常用S及E分别代表底物及酶，相应表示为 下面分为一级反应及二级反应两种情况来讨论。 (a) 一级反应 反应速率可以表示为 （1—52） （1—53） （1—54） ? 当复体AC非常容易分解时，可以把浓度CAC视做恒定不变，即 （1—55） 这种把复体浓度CAC视为恒定的情况称为准稳态反应。 以（1-55）式代