Bài giảng Kỹ thuật phản ứng - Chương 2: Xử lý dữ kiện động học

CHƯƠNG 2 : XỬ LÝ DỮ KIỆN ĐỘNG HỌC 
	1. Khái quát 
	 2. Thiết bị phản ứng có thể tích không đổi 
	3. Thiết bị phản ứng có thể tích thay đổi 
Giới thiệu chung 
Mục đích : K hảo sát và xây dựng các biểu thức tốc độ phản ứng. 
x A + y B + z C + w D l R + m S +  
Xác định phương trình vận tốc thường gồm 2 giai đoạn 
S ự phụ thuộc vào nồng độ khi nhiệt độ không đổi. 
S ự phụ thuộc vào nhiệt độ 
Giới thiệu chung 
Khảo sát sự phụ thuộc vào nồng độ khi nhiệt độ không đổi. 
Phương pháp tích phân 
Phương pháp vi phân 
Theo dõi mức độ phản ứng thay đổi theo thời gian bằng cách sau 
Nồng độ của một cấu tử 
Tính chất vật lý của hỗi hợp (tính dẫn điện, chỉ số khúc xạ) 
Áp suất tổng của hệ đẳng tích 
Thể tích của hệ đẳng áp 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
Tổng số mol ban đầu: N 0 = N A0 + N B0 ++ N R0 + N S0 ++ N tr 
Tổng số mol tại thời điểm t: 	 N = N 0 + x.(r + s +- a – b -) 
aA + bB +  = rR + sS +  
Thời gian 
A 
B 
R 
S 
Chất trơ 
t = 0 
N tr 
Phản ứng 
ax 
bx 
rx 
sx 
0 
t 
N tr 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
	 Với pha khí : 	 
	Áp dụng định luật khí lý tưởng với tác chất A 
	Trong đó : 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	Bước 1 : giả thuyết cơ chế và phương trình vận tốc tương ứng với điều kiện không có sự thay đổi của hằng số tốc độ theo nhiệt độ. 
	 Bước 2 : sắp xếp lại phương trình trên & biến đổi C theo C A 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 Bước 3 : Từ các giá trị thực nghiệm của nồng độ các chất, xác định giá trị hàm số F(C A ) tại những thời điểm t khác nhau. 
	 Bước 4 : Vẽ đồ thị F(C A ) theo t . Nếu đồ thị là đường thẳng thì cơ chế giả sử ở trên là đúng, phù hợp thực nghiệm . Nếu không ta tiến hành giả sử lại cơ chế phản ứng (bước 5 – SGK). 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
Giả sử 
Thực tế 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 a) Phản ứng không thuận nghịch bậc 1, một phân tử 
A	 	 sản phẩm 
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng 
 	hoặc	 
 	hoặc	 
	 Vẽ 	 hoặc theo t 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 b ) Phản ứng không thuận nghịch bậc 2 , một phân tử 
2A	 	 sản phẩm 
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng 
 	hoặc	 
 	hoặc	 
	 Vẽ theo t 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 c ) Phản ứng không thuận nghịch bậc 2 , hai phân tử 
A	+	B	 	 sản phẩm 
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng 
	 	Khi đó biến đổi pt vận tốc, lấy tích phân ta có 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
	Vẽ theo t 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 d) Phản ứng không thuận nghịch bậc 2 , ba phân tử 
A	+	2B	 	 sản phẩm 
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 e ) Ph ương trình vận tốc thực nghiệm có bậc n, 1 phân tử 
A	 	 sản phẩm 
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng 
	Lấy tích phân với n 1 ta có 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 f ) Bậc tổng quát của phản ứng không thuận nghịch theo thời gian bán sinh t 1/2 
 A +  B +	 	 sản phẩm 
Phương trình vận tốc phản ứng có dạng 
Nếu các tác chất hiện diện theo tỉ lệ lượng hóa học. 
Lấy tích phân với n 1 ta có 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
 Định nghĩa thời gian bán sinh t 1/2 là thời gian cần thiết để nồng độ tác chất giảm còn một nửa so với nồng độ ban đầu. 
	Khi đó: 
	 Vẽ theo ta được đường thẳng có hệ số góc (1-n) 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 g) Phản ứng song song không thuận nghịch, bậc 1 
A 	 	R 
A 	 	 S 
P hương trình vận tốc	 
Lấy tích phân ta có : 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
k 1 
k 2 
Đường biểu diễn nồng độ - thời gian cho phản ứng song song 
	 Vẽ theo t ta xác định được 
	 Vẽ C R theo C S cho ta 
	 Từ đó xác định được k 1 và k 2 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 h ) Phản ứng xúc tác đồng thể 
	A 	 	R 
	 	 A + C 	 	R + C 
 và 
Vận tốc phản ứng tổng quát của phản ứng là 
Lấy tích phân ta có : 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
k 1 
k 2 
	Thực hiện một loạt các phản ứng với các nồng độ chất xúc tác khác nhau. 
	Vẽ theo t ta xác định được k bk ứng với mỗi nồng độ chất xúc tác. Sau đó vẽ k bk theo nồng độ chất xúc tác ta suy ra được k 1 , k 2 
k bk 
C C 
k bk = k 1 + k 2 C C 
k 1 
0 
Hằng số vận tốc cho phản ứng xúc tác đồng thể 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 i) Phản ứng nối tiếp không thuận nghịch, bậc 1 
A 	 	R	 S 
 ; ; 
Lấy tích phân ta có: 
	 ; 
Nếu k 2 >> k 1 	Giai đoạn 1 quyết định vận tốc phản ứng 
Nếu k 1 >> k 2 	Giai đoạn 2 quyết định vận tốc phản ứng 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
k 1 
k 2 
	Thời gian từ lúc bắt đầu phản ứng đến khi R đạt cực đại 
	 Giá trị cự đại của R là 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 j ) Phản ứng thuận nghịch, bậc 1 
A 	  	R 
Khi cân bằng Độ chuyển hóa của A khi đạt cân bằng 
 với 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
k 1 
k 2 
	Lấy tích phân phương trình vận tốc theo ta có 
	Vẽ theo t ta được đường thẳng có hệ số góc là 
2.1. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 k) Phản ứng thuận nghịch, bậc 2 
2A 	 	2R 
2A 	 	 R	+ 	S 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
k 1 
k 2 
k 1 
k 2 
A	+ 	B 	 	2R 
	Trong tất cả các trường hợp vẽ theo t ta được đường thẳng. 
k 1 
k 2 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
2.2. Phương pháp vi phân xử lý số liệu 
	Bước 1 : giả thuyết cơ chế và viết được phương trình vận tốc tương ứng với điều kiện không có sự thay đổi của hằng số tốc độ theo nhiệt độ. 
	 Bước 2 : Từ đường cong thực nghiệm nồng độ - thời gian ta xác định ( –dC A /dt ) tại những thời điểm khác nhau 
	Bước 3 : Tại những thời điểm đã chọn lập bảng giá trị nồng độ của tác chất và sản phẩm khác nhau, từ đó xác định giá trị hàm số f(C) 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH KHÔNG ĐỔI 
2.2. Phương pháp vi phân xử lý số liệu 
	Bước 4 : Vẽ ( –dC A /dt ) theo f(C ) , nếu được đường thẳng thí phương trình vận tốc ban đầu phù hợp thực nghiệm . 
	 Bước 5 : Nếu không vẽ được đường thẳng qua gốc tọa độ, giả thiết lại cơ chế khác. 
2. THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH THAY ĐỔI 
Giả sử thể tích thiết bị thay đổi tuyến tính theo độ chuyển hóa 
 : Phần thể tích biến đổi từ khi chưa chuyển hóa đến khi chuyển hóa hoàn toàn	 
	 Ví dụ : phản ứng đẳng nhiệt A 4R 
	 Nếu hỗn hợp đầu chỉ có A nguyên chất 
	 Nếu hỗn hợp đầu có 50% khí trơ 
3 . THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH THAY ĐỔI 
	 Phương trình vận tốc được viết 
3 .1 . Phương pháp vi phân xử lý số liệu 
	 Phương pháp vi phân trong trường hợp này giống như trường hợp bình thể tích không đổi nhưng thay bằng 
3 . THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH THAY ĐỔI 
3.2. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 a) Phản ứng bậc 0 
Lấy tích phân 
Vẽ hay theo t tao được đường thẳng có hệ số gốc 
3 . THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH THAY ĐỔI 
3.2. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 b ) Phản ứng bậc 1, loại 1 phân tử 
Lấy tích phân 
3 . THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH THAY ĐỔI 
3.2. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 c) Phản ứng bậc 2 
2A 	 	Sản phẩm 
A 	+	B	 Sản phẩm ( 
Lấy tích phân 
3 . THIẾT BỊ GIÁN ĐOẠN THỂ TÍCH THAY ĐỔI 
3.2. Phương pháp tích phân xử lý số liệu 
	 d ) Phản ứng bậc n 
Phương trình vận tốc có dạng 
Lấy tích phân