Bài giảng - Kỹ thuật phản ứng - chương 2 pot

08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 1 Chương 2: Xử lý dữ kiện động học (Interpretation of Kinetic Data) 08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 2 • Phương trình vận tốc:  Đặc trưng cho phản ứng  Được xác đònh từ:  lý thuyết,  mô hình cho trước,  thực nghiệm  Hai giai đọan:  phụ thuộc nồng độ và  sự phụ thuộc nhiệt độ 08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 3 Thiết bò phản ứng thí nghiệm có thể họat động gián đọan hoặc liên tục Theo dõi mức độ phản ứng: 1. Nồng độ của một cấu tử 2. Tính chất vật lý của hỗn hợp 3. Áp suất tổng của hệ đẳng tích 4. Thể tích của hệ đẳng áp. 08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 4 Các phương pháp xử lý số liệu động học 1. Phương pháp tích phân 2. Phương pháp vi phân 3. Phương pháp thời gian bán sinh (half-life time) 4. Phương pháp tốc độ phản ứng ban đầu (Intial reaction rate) 08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 5 2.1. Thiết bò phản ứng gián đọan có thể tích không đổi (thể tích hỗn hợp phản ứng) • V = const (2.1) dt dC dt dC V dV C V 1 dt )Vd(C V 1 dt dN V 1 r iiiii i = + === (2.2) dt dp RT 1 r i i = 08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 6 Trong thực tế, thường đo áp suất tổng hỗn hợp phản ứng trong pha khí để theo dõi phản ứng (2.4) )P (P n r p RT C p R cho (2.3) )P (P n a p RT C p hay V N N n a V N V xa. N V N RT p C 0R0RR 0A0AA 0A0A0 AA A − ∆ +== − ∆ −== − ∆ −= − === 08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 7 2.1.1. Phương pháp tích phân 1) Giả thiết cơ chế và phương trình vận tốc tương ứng 2) Sắp xếp lại 3) Xác đònh giá trò F(C A )theo thực nghiệm 4) Vẽ F(C A ) theo t 5) Nếu không thẳng, giả thiết lại f(kC) dt dC r A A =−=− kf(C) dt dC r A A =−=− kdt )f(C dC A A =− kt dtk )(C F )f(C dC t 0 A C C A A A A0 ===− ∫∫ 08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 8 Hình 2.1 08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 9 (1) Phản ứng không thuận nghòch bậc 1 lọai một phân tử A sản phẩm kt C C ln dtk C dC Ck dt dC A0 A t 0 C C A A A A A A0 =− =− =− ∫∫ 08/05/14 Chuong 2-Xu ly du kien d ong hoc 10 Độ chuyển hóa (conversion), X A là phần tác chất đã chuyển hóa thành sản phẩm kt )X (1ln dtk X 1 dX )X k(1 dt dX dX C dC )X 1(C V )X (1 N V N C )X (1 N N A t 00 A A A A AA0A AA0 AA0 A A AA0A =−−⇒= − −=⇒=− −= − == −= ∫∫ A X [...]... nhiệt độ lên tốc độ phản ứng a) Bình thường b) Phản ứng dò thể do quá trình truyền khối kiểm sóat, (-r) tăng chậm theo T c) Phản ứng nổ, (-r) tăng nhanh tại nhiệt độ bốc cháy d) Phản ứng xúc tác do tốc độ hấp phụ kiểm sóat (T tăng làm giảm hấp phụ) hay phản ứng enzym e) Phản ứng phức tạp có phản ứng phụ và tăng đáng kể tại nhiệt tăng f) Phản ứng thuận nghòch phát nhiệt 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d... 08/05/14 k1 = k2 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 22 Hình phản ứng song song 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 23 (7) Phản ứng nối tiếp không thuận nghòch (consecutive reaction) A → R → S , k1 và k2 dC A = − k1 C A dt dC R = + k1 C A − k 2 C R dt dC S = + k 2 CR dt 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 24 Phương trình tính CA − ln = k1 t CA0 hay C A = C A 0 e dC R − k1t + k 2 C R = k 1 C.. .- dCA/dt = kCA 0,6 CB0,4 là bậc một nhưng không áp dụng được Hình 2. 2 Phản ứng bậc một 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 11 (2) Phản ứng không thuận nghòch bậc 2 lọai hai phân tử A + B sản phẩm dC A dC B − rA = − = − = k C A C B dt dt (2. 12) C A0 X A = C B0 X B − rA = C A0 dX A = k ( C A0 − C A0 X A )(C B0 − C A0 X A ) dt C B0 M= C A0 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 12 − rA... t 1 /2 2 n −1 − 1 1 − n = ' C A0 k (n − 1) 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 20 (6) Phản ứng song song không thuận nghòch (parallel reaction) A → R, k1 A → S, k2 dC A − rA = − = k 1 C A + k 2 C A = (k 1 + k 2 ) C A dt dC R + rR = + = k1 C A dt dC S + rS = + = k 2 CA dt 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 21 CA + CR + CS = const CA − ln = ( k1 + k 2 ) t C A0 rR dC R k 1 = = rS dC S k 2 CR...  k  2  k2  ln  k   1 = k 2 − k1     k 2 / ( k 2 − k1 ) Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 27 (8) Phản ứng thuận nghòch bậc 1 A R KC = K = hằng số cân bằng dC R − dC A dX A = = C A0 = k 1C A − k 2 C R dt dt dt = k 1 (C A0 − C A0 X A ) − k 2 (C R0 + C A0 X A ) − dC A = 0 dt ⇒ X Ae = KC − C R0 C A0 KC + 1 C Re C R0 + C A0 X A e k1 KC = = = C Ae C A0 − C A0 X A e k2 08/05/14 Chuong 2- Xu ly... 2 C R = k 1 C A0 e dt  e − k1t − e − k 2 t C R = k 1 C A0   k −k 2 1  08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc     25 − kt Tại thời điểm bất kỳ CA0 = CA + CR + CS  k2 k1 − k1t −k 2t  C S = C A0 1 − e + e    k 2 − k1 k 2 − k1   k 2 〉〉 k 1 k 1 〉〉 k 2 08/05/14 ( C S = C A0 1 − e ( C S = C A0 1 − e − k1t −k 2 t ) ) Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 26 Thời điểm nồng độ R đạt cực đại t max... ε A X A dt 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 32 2.3 Nhiệt độ và tốc độ phản ứng • Đònh luật Arrhénius k = k0 e- E / RT • • với: k0: thừa số tần số (frequency factor) • E : năng lựơng họat hóa (activation • energy), J/mol R: hằng số khí = 8 ,27 J/mol.K • T: K • 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 33 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 34... ong hoc 28 dX A = ( k 1 + k 2 )( X Ae − X A ) dt  CA − CAe  XA   − ln1 −  X  = − ln C − C  Ae  Ae   A0   1   = k 1 1 +  K  t = ( k1 + k 2 ) t   C    Vẽ đường biểu diễn – ln (1 – XA/XAe) theo t ta được đường thẳng có hệ số góc là k1(1 + 1/KC) Phản ứng thuận nghòch được xem là không thuận nghòch nếu nồng độ dựa trên CA0 - CAe 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 29 2. 1 .2 Phương... 08/05/14 dX A 2 = k C A0 ( 1 − X A )( M − X A ) dt t dX A = kC A0 ∫ dt (1 − X A )(M − X A ) 0 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 13 C B C A0 1− XB M − XA CB ln = ln = ln = ln 1− XA M (1 − X A ) C B0 C A M.C A = C A0 (M − 1) kt = (C B0 − C A0 ) kt M≠1 Nếu CB0 >> CA0 thì CB gần như không đổi, phản ứng xem như giả bậc một 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 14 Hình 2. 3 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien... dt C A0 − C A = C A0 X A = kt, n ≠ 1 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 18 (5) Phản ứng không thuận nghòch bậc tổng quát theo thời gian bán sinh t1 /2 aA + bB → sản phẩm dC A a b − rA = − = k C A C B dt 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 19 Nếu tác chất hiện diện theo tỷ lệ lượng hóa học, chúng sẽ giữ tỷ lệ đó trong suốt quá trình phản ứng Như vậy tại thời điểm bất kỳ CB/ CA = b/a b dC A . Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 11 - dC A /dt = kC A 0,6. . C B 0,4 là bậc một nhưng không áp dụng được Hình 2. 2. Phản ứng bậc một 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 12 (2) Phản ứng. Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 15 Hình 2. 3 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 16 Löu yù a) 2A → saûn phaåm kt X 1 X . C 1 C 1 C 1 (2. 14) )X (1 kC Ck dt dC r A A A0A0A 2 A A0 22 A A A = − =− −==−=− 08/05/14. r iiiii i = + === (2. 2) dt dp RT 1 r i i = 08/05/14 Chuong 2- Xu ly du kien d ong hoc 6 Trong thực tế, thường đo áp suất tổng hỗn hợp phản ứng trong pha khí để theo dõi phản ứng (2. 4) )P (P n r