Кинетика химических превращений. (Тема 4.3) презентация

Тема 4 Химический процесс на уровне химической реакции

Тема 4.3 Кинетика химических превращений: Схема превращения; Скорость превращения и скорость реакции; Кинетическое уравнение реакции.

Схема превращения Пример: окисление аммиака Стехиометрически независимые уравнения 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

Схема превращения Пример: окисление аммиака Действительные превращения 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O 2NО = N2 + O2 6NО + 4NH3 = 5N2 + 6H2O

Схема превращения Пример: окисление аммиака Схема превращения показывает реальные взаимодействия между компонентами (пути превращения) в реагирующей системе

Скорость превращения и скорость реакции Скорость превращения вещества — изменение количества компонента реакционной смеси за единицу времени в единице реакционного пространства

Скорость превращения и скорость реакции Для скоростей превращения различных компонентов реакции АА + ВВ + …= RR +SS +… справедливо следующее соотношение Для сложнопараллельных реакций

Скорость превращения и скорость реакции Истинная или мгновенная скорость реакции - скорость, определяемая за бесконечно малый отрезок времени dτ Суммарная или средняя скорость реакции - скорость протекания химической реакции за время , необходимое для достижения нужной степени превращения исходного вещества

Скорость превращения и скорость реакции Например, реакция синтеза аммиака N2 + 3H2 = 2NH3 0,5N2 + 1,5H2 = NH3.

Кинетическое уравнение реакции Зависимость скорости превращения или скорости реакции от условий ее протекания называют кинетическим уравнением или кинетической моделью реакции. В составе кинетических уравнений различают параметры химической реакции и химического процесса.

Скорость превращения и скорость реакции Параметры химической реакции – константы кинетического уравнения, зависящие от свойств реагирующих веществ, входящие в кинетические уравнения в виде постоянных коэффициентов. Параметры химического процесса – внешние факторы, непосредственно не связанные со свойствами реагентов, определяющие условия протекания процесса и влияющие на скорость химического превращения

Скорость превращения и скорость реакции Кинетическое уравнение в общем виде Совокупность таких уравнений для всех ключевых компонентов системы составляет кинетическую модель превращения.

Скорость превращения и скорость реакции АА + ВВ + …= RR +SS +… Кинетическое уравнение простой необратимой реакции (или частной необратимой реакции в сложной схеме превращения)

Скорость превращения и скорость реакции Порядок реакции по реагенту – параметр реакции, показывающий, как скорость реакции зависит от концентрации данного компонента. Порядок реакции (общий) – это эмпирическая величина, равная сумме порядков реакции по компонентам (показателей степеней) , с которыми концентрации реагентов входят в выражение для скорости реакции.

Скорость превращения и скорость реакции

Скорость превращения и скорость реакции Энергия активации элементарной реакции Е – минимальный избыток энергии над средней внутренней энергией молекул, необходимый для того, чтобы произошло химическое взаимодействие. Это энергетический барьер, который должны преодолеть молекулы при переходе из одного состояния реакционной системы в другое.

Скорость превращения и скорость реакции а) чем выше энергия активации реакции (линия 1), тем более чувствительна она к изменению температуры; б) химические реакции более чувствительны к изменению температуры в области более низкой температуры.

Скорость превращения и скорость реакции Для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции можно пользоваться правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два—четыре раза Действует при температуре 10–400 °С и Е=60-120 КДж/моль

Скорость превращения и скорость реакции Кинетическое уравнение простой обратимой реакции

Скорость превращения и скорость реакции получаем qр = Е2 – Е1

Скорость превращения и скорость реакции Первая стадия реакции k1СА(СК0 – САК) = k2САК Общая скорость реакции определяется скоростью второй стадии r = k3САК Кинетическая модель гомогенно-каталитической реакции