Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Классификация химических реакций ⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3
В зависимости от механизма превращения компонентов реакционной смеси, химические реакции разделяют на простые или элементарные реакции, протекающие в одну стадию и сложные, многостадийные химические реакции, состоящие из совокупности элементарных стадий. В зависимости от количества фаз, содержащих компоненты реакционной смеси, различают гомофазные и гетерофазные химические реакции. Гомофазными являются реакции, все компоненты которых находятся в одной фазе; гетерофазными называют реакции, компоненты которых находятся в разных фазах. В зависимости от зоны протекания химические реакции подразделяют на гомогенные и гетерогенные реакции. Зоной протекания гомогенной реакции является объем одной из фаз; зоной протекания гетерогенной реакции является поверхность контакта фаз. Интенсивность протекания химической реакции характеризуется скоростью превращения компонентов реакционной смеси – . Скорость превращения компонента определяется изменением этого компонента в единице пространства зоны протекания реакции в единицу времени:
при протекании гомогенной реакции , где – количество вещества [моль] ([кмоль]); – объем реакционной смеси [м3];
при протекании гетерогенной реакции , где – поверхность контакта фаз [м2].
Выразим количество вещества через его концентрацию в реакционной смеси: [моль/м3], тогда ; аналогично этом для гетерогенной реакции . При условии, что реакция протекает без изменения объема, и, следовательно, , полученные выражения упрощаются:
скорость превращения гомогенной реакции ; скорость превращения гомогенной реакции , где – удельная поверхность контакта фаз. Для элементарных реакций, протекающих в одну стадию, скорость превращения компонента определяется как произведение скорости стадии на соответствующий стехиометрический коэффициент : ; для сложных реакций скорость превращения компонента определяется как совокупность, т. е. алгебраическая сумма, скоростей превращения компонента по каждой стадии, в которой он участвует и как реагент и (или) как продукт реакции:
, – количество элементарных стадий, в которых участвует компонент. При расчете скорости превращения компонента надо иметь в виду, что скорость стадии берется со знаком «–», если компонент участвует в этой стадии как реагент и со знаком «+», если компонент является в этой стадии продуктом реакции. Скорость каждой элементарной стадии определяется в соответствии с законом действующих масс: скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам , где – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции. Общий вид математической модели химической кинетики для гомогенной реакции, протекающей при постоянной температуре и без изменения объема реакционной смеси имеет вид: . Пример. Постановка задачи: разработать математическую модель кинетики гомогенной химической реакции, протекающей по механизму . Реакция протекает при постоянном объеме и постоянной температуре Константы скоростей стадий известны. Запишем уравнения изменения концентраций компонентов реакционной смеси в соответствии с общим видом модели химической кинетики:
Определим скорости каждой стадии:
Найдем скорости превращений компонентов смеси:
После подстановки, окончательно математическая модель примет вид:
Практически все химические реакции сопровождаются выделением тепла (экзотермическая реакция) или поглощением тепла (эндотермическая реакция), что приводит к изменению температуры реакционной смеси, если процесс не термостатирован. Изменение температуры реакционной смеси, прежде всего, повлияет на значение констант скоростей стадий, которые в данном случае уже не будут постоянными величинами, как в случае моделирования изотермической реакции, а также на физические свойства реакционной смеси: теплоемкость и плотность .
При моделировании неизотермической химической реакции необходимо принять следующие упрощающие допущения: 1. Теплообмен с окружающей средой отсутствует, т.е. температура реакционной смеси изменяется только за счет тепловых эффектов химического взаимодействия; 2. Изменением теплофизических свойств реакционной смеси можно пренебречь ; 3. Тепловой эффект реакции не зависит от изменения температуры реакционной смеси. Таким образом, математическая модель неизотермической химической реакции должна включать следующие уравнения: 1. Температурные зависимости констант скоростей стадий, которые определяются по известному уравнению Аррениуса: , где – температура реакционной смеси, [град К]; 2. Систему дифференциальных уравнений изменения концентраций компонентов реакционной смеси ; 3. Уравнение, определяющее скорость изменения температуры реакционной смеси: , где – тепловой эффект реакции, отнесенный к единице какого-либо компонента смеси, условно обозначенного буквой К, [Кдж/кмоль К]; – объемная теплоемкость реакционной смеси, [Кдж/м3 град К]; – скорость превращения того компонента смеси, к единице которого отнесен тепловой эффект реакции. Тепловой эффект реакции берется со знаком «+», если реакция экзотермическая и со знаком «–», если реакция эндотермическая. В качестве примера рассмотрим предыдущую реакцию, изменив постановку задачи. Постановка задачи: разработать математическую модель кинетики гомогенной экзотермической химической реакции, протекающей по механизму . Тепловой эффект реакции отнесен к одному кмоль компонента – [Кдж/кмоль ]. Реакция протекает при постоянном объеме . Построение модели Запишем уравнения констант скоростей стадий реакции:
Система дифференциальных уравнений изменения концентраций компонентов (из предыдущей задачи) имеет вид:
В соответствии с постановкой задачи, уравнение изменения температуры реакционной смеси примет вид: , или после соответствующей подстановки:
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-12-15; просмотров: 51; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.191.46.36 (0.018 с.) |