Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ОХТ кинетика гомогенных хим.реакции.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
21.08.2019
Размер:
406.02 Кб
Скачать

3. Кинетика гомогенных химических процессов

В гомогенных процессах все реагирующие компоненты находятся в одной фазы: будь то газ, жидкость или твердое вещество. При каталитической реакции катализатор тоже должен находиться в той же фазе, что и реагирующие вещества.

Законы химической термодинамики позволяют определить направление и предел протекания возможного при данных условиях химического процесса, а также его энергетический эффект. Однако термодинамика не может ответить на вопросы о том, как осуществляется данный процесс и с какой скоростью. Эти вопросы – механизм и скорость химической реакции – и являются предметом химической кинетики.

Цель кинетических расчетов установить кинетическую модель реакции.

Для получения кинетической модели первоначально проводят кинетический эксперимент, суть которого заключается в нахождении зависимости концентрации реагирующих веществ (продуктов реакции) от времени при различных условиях.

3.1. Скорость гомогенных химических реакций.

Скорость химической реакции есть изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.

1 1 d n i

Vr =      (3.1)

i V d 

Если реакция протекает без изменения объема, то скорость реакции можно выразить через концентрацию реагентов:

1 d С i

Vr =    (3.2)

i d  i

Различают истинную и среднюю скорость. Скорость реакции считается положительной, поэтому математически определение средней скорости реакции в интервале времени Δt записывается следующим образом:

                              (3.3)

В различных интервалах времени средняя скорость химической реакции имеет разные значения;

Рис. 3.1 

истинная (мгновенная) скорость реакции определяется как производная от концентрации по времени:

                             (3.4)

Графическое изображение зависимости концентрации реагентов от времени есть кинетическая кривая (рис.3.1).    

Рис. 3.2  Кинетические кривые для исходных веществ (А) и продуктов реакции (В).  

Истинную скорость реакции можно определить графически, проведя касательную к кинетической кривой (рис. 3.3); истинная скорость реакции в данный момент времени равна по абсолютной величине тангенсу угла наклона касательной:

 

Рис. 3.3  Графическое определение Vист.

                         (3.4)

Необходимо отметить, что в том случае, если стехиометрические коэффициенты в уравнении химической реакции неодинаковы, величина скорости реакции будет зависеть от того, изменение концентрации какого реагента определялось.

Скорость химической реакции зависит от множества факторов: природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры, природы растворителя и т.д.

Основной закон кинетики.

Зависимость скорости химической реакции от концентрации Сi определяется основным законом кинетики согласно которому Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в некоторых степенях.

Т. е. для реакции

аА + bВ + dD + ...  ––>  еЕ + ...

можно записать:

             (3.5)

Коэффициент пропорциональности k есть константа скорости химической реакции. Константа скорости численно равна скорости реакции при концентрациях всех реагирующих веществ, равных 1 моль/л.

Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ определяется экспериментально и называется кинетическим уравнением химической реакции. Очевидно, что для того, чтобы записать кинетическое уравнение, необходимо экспериментально определить величину константы скорости и показателей степени при концентрациях реагирующих веществ. Показатель степени при концентрации каждого из реагирующих веществ в кинетическом уравнении химической реакции (в уравнении (3.5) соответственно x, y и z) есть частный порядок реакции по данному компоненту. Сумма показателей степени в кинетическом уравнении химической реакции (x + y + z) представляет собой общий порядок реакции. Следует подчеркнуть, что порядок реакции определяется только из экспериментальных данных и не связан со стехиометрическими коэффициентами при реагентах в уравнении реакции.

Для того чтобы найти общий порядок реакции, достаточно в эксперименте исходные вещества (реагенты) взять в стехиометрическом соотношении. Порядок реакции по данному реагенту можно определить, взяв все остальные реагенты в таком избытке, что их изменением можно пренебречь.

При этом общий порядок реакции по данному реагенту можно рассчитать, используя:

а) метод, основанный на зависимости начальной скорости реакции от исходной концентрации реагентов;

б) метод, основанный на зависимости изменяющейся во времени скорости реакции от концентрации реагента.

Рассмотрим эти два метода на примере реакции

А + В → С + D

При использовании первого метода проводят серию опытов с различными исходными концентрациями реагента А (СА,0), снимая зависимость СА(τ).

Рис. 3.4  Рис. 3.5 

Для каждого опыта определяют известными методами начальную скорость реакции и по уравнению

, (3.6)

графическим или аналитическим методом определяют порядок реакции.

порядок реакции равен тангенсу угла наклона прямой к оси

При применении второго метода в начале определяют в различные моменты времени концентрацию реагента А(СА). Затем строят график зависимости СА(τ), по которому для различных моментов времени находят скорости реакции.

Рис. 3.6 Рис. 3.7 

После этого используя известное уравнение

, (3.7)

графическим или аналитическим методом определяют порядок реакции.

порядок реакции равен тангенсу угла наклона прямой к оси .

графическим или аналитическим методом определяют порядок реакции.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.