4第一章化学反应动力学等温变容过程梁斌972003.pptVIP

第 三 节 等温变容过程 教学目的与要求 1．掌握膨胀因子、膨胀率的定义； 2．掌握等温变容、变压过程的特点； 3．掌握等温变容过程速率方程积分式的表征方法。 2.6 等温变容过程Isothermal Gas-phase Reaction with varying-molecular 变容反应过程： 对于某些气相反应，反应前后摩尔数会发生变化，如果过程恒压，反应会引起系统物流体积发生变化，此过程为变容反应过程。 物流体积的改变必然带来反应物浓度的变化，从而引起反应速率的变化。 恒容变压过程： 对于反应前后摩尔数会发生变化的某些气相反应 ，如果反应器的容积恒定，其结果将使反应系统的总压变化，称之为恒容变压过程。 3.1 膨胀因子 δA 和膨胀率 εA 为了表征由于反应物系体积变化给反应速率带来的影响，引入膨胀因子和膨胀率两个参数。 一、膨胀因子 δA： 反应式 开始各物料的摩尔数：nA0, nB0, nP0, nS0, nI0 t 时间各物料的摩尔数：nA、nB、nP、nS、nI0 组分 反应前 反应后（xA） A nA0 nA = nA0 – (a/a)nA0xA B nB0 nB = nB0 – (b/a)nA0xA P nP0 nP = nP0 + (p/a)nA0xA S nS0 nS =nS0 + (s/a)nA0xA 惰性气体 nI0 nI0 总计 nt0 = nA0 + nB0 + nP0 + nS0 + nI0 nt = nt0 + δAnA0xA 反应前后反应系统物料摩尔数的变化 δ A 的计算式:　 　　　　　　　 　 (2-67) 例: δ A 的大小只取决于化学计量式本身，反应式确定， δ A就是一个定值，与是否存在惰性气体等其它因素无关。 δA 数值可正可负，可以为分数。 δA 表示反应过程中 mol 数的变化，与体系体积变化无关；对于复杂反应，其数值大小随转化率而变化，没有明确意义； 任一时刻，A的转化率为 xA时，多组分的总物质量为：　　　　　　　　　 (2-66) 膨胀因子δA的物理意义： δA 是组分A的膨胀因子，表示关键组分A每消耗1mol时，引起反应物系摩尔数的变化量。 恒压气相反应，摩尔数变化导致体积变化。 δA0 ，摩尔数增加，反应体积增加。δA0 ，摩尔数减少，反应体积减小。δA=0， 摩尔数不变，反应体积不变。 任一组分 i 的膨胀因子 δi 的物理意义： δi 为 i 组分的膨胀因子，表示组分 i 变化(反应物消耗，产物为生成) １mol 时，引起整个反应体系总的物料量(mol数)的变化量。 二、膨胀率 εA A 组分的膨胀率为物系中 A 组分全部转化所引起系统体积的变化分率。 膨胀率仅使用于物系体积随转化率变化呈线性关系的情况。 (2-75) 膨胀率 εA 的意义：当转化率 xA 从0变化到1时，引起体系体积的变化率，即： 膨胀率表征反应前后体积变化的程度，不但要考虑反应的计量关系，而且要考虑是否存在惰性物料。 膨胀率与膨胀因子的关系:　 　　　　　　　　　　　　　　　 　　 (2-75) 例 气相反应 A → 2P + S ，在等温等压情况下进行反应，原料中含75%的A，25%的惰性气体(mol比)，经８分钟后，体积增加一倍，求此时的转化率及该温度下的速率常数。 解： (1)求转化率 　　　　　　A　 → 　2P　 +　 S I2 xA = 0 0.75 0 0 0.25 xA = 1 0 2×0.75 0.75 0.25 8min时： 得: xA = 0.667 (2)求速率常数 所以得: k = 0.137 1/min 3.2　等温等压变容过程 Isothermal constant pressure varying-volume processes　 变容过程大多发生在气相反应中，所以动力学方程常用分压表示，对n级反应，其动力学方程式如下： 等温恒压变容过程中各组分的体积、浓度、压力、摩尔分率、速率的表示。 1.