Истинная и средняя скорость реакции. Связь между б/р концентрацией и степенью превращения. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.Энергия активации, порядок реакции по реагентам и методы их определения

11ix10 ??? по Л1

1.  Как измерить истинную и среднюю скорость реакции

2.  Как вероятность реакции зависит от энергии частиц

3.  Изменяется ли скорость реакции в замкнутой системе

4.  Связь между б/р концентрацией и степенью превращения

5.  Когда выход продукта численно равен: а) селективности; б) конверсии

К понятию скорости: изменение состава реакционной смеси, т.е. С_i(t), регистрируют методами физико-химического анализа, например, по изменению давления, объема, плотности, показателя преломления, электро- и теплопроводности реакционной смеси.

К понятию селективности: Как правило, процессы, представляющие практический интерес, являются весьма сложными. Например, н-бутан при высокой температуре может изомеризоваться в изобутан, дегидрироваться в бутен и далее в бутадиен, крекироваться с образованием этилена, газов С₁-С₃, кокса и т.п. (рис. 3).

Рис. 3. Возможные варианты термического превращения н-бутана

Каждый из возможных вариантов превращения реагента называется маршрутом. В случае нескольких маршрутов вводится понятие селективности по продукту. В рассмотренном примере можно говорить о селективности по изобутану, бутену и др. продуктам.

Лекция 2

1.3  Факторы, влияющие на скорость химической реакции.Энергия активации, порядок реакции по реагентам и методы их определения

Основными факторами, влияющими на скорость химической реакции, являются температура и концентрация (давление) реагентов, а также наличие растворителя и катализатора (этому посвящены отдельные разделы). При изучении кинетики в реальных, макроскопических системах часто наблюдается зависимость скорости химической реакции от таких физических факторов, как скорость потока, вязкость и теплофизические свойства реакционной смеси, размер частиц реагента и катализатора. Однако эти явления изучает специальная дисциплина – макрокинетика.

Качественной характеристикой зависимости скорости реакции от температуры является температурный коэффициент реакции (предложен Вант-Гоффом), показывающий, во сколько раз возрастает скорость реакции при увеличении температуры на 10 градусов  

   (10)

Величина γ составляет приблизительно 2 - 4 для различных типов реакций. Однако следует помнить, что правило Вант-Гоффа является эмпирическим, и единственной физически обоснованной характеристикой температурной зависимости скорости реакции является энергия активации.

Для вывода этой зависимости используем уравнение изобары химической реакции:

    (11)

где К= k₁/k₂ – константа равновесия, - теплота реакции, которую представим, как разность двух величин А, имеющих размерность энергии. Тогда (11) можно записать в виде:

dT       (12)

После интегрирования (12) получим

      (13) или без индексов: + lnB,     откуда

k= B•exp(-) (14)

величина А, характеризующая зависимость константы скорости реакции от температуры, названа энергией активации Е и B– предэкспоненциальным множителем или k₀.

Сопоставляя (11) и (13) найдем, что

E₁ – Е₂ = ΔН    (15)

разность значений энергии активации реакции в прямом и обратном направлении равна тепловому эффекту реакции. Уравнение (15) отражает связь кинетики реакции с термодинамикой, что проиллюстрировано на рис. 3.

Отметим, что кинетика рассматривает движение реакционной системы через