Кинетика химических превращений. (Тема 4.3) презентация

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
νАА + νВВ + …= νRR +νSS +…
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 Δτ, 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
νАА + νВВ + …= νRR +νSS +…
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