自催化
不添加催化剂,而由反应产物起催化作用的反应
自催化是指不添加催化剂,而由反应产物起催化作用的反应。该类反应的特点是起始阶段反应速率较慢,随后反应速率逐渐加快,最后速率再次变慢。
反应定义
自催化反应是指反应物本身具有催化作用,能够加速或减慢反应的进行的一类反应。例如,发酵过程的反应、废水处理过程等都是工业上常见的自催化反应。在自催化反应中,反应速率不仅受反应物浓度的影响,还受反应产物浓度的影响。
自催化反应可表述为:A+P-2P
动力学方程式为:
由上述动力学方程式可知:在产物浓度为零(cP=0)的条件下,反应速率为零,反应不能进行,故要在反应物中加入少量的产物,促使反应开始。
反应关系
如《图1:自催化反应速率和反应物的关系示意图》所示。在反应前期(对应于图1中点A到点B),由于反应物浓度cA基数较大,产物浓度cP较小,故产物浓度提高对反应速率的影响大于反应物浓度降低对反应速率的影响,所以总体而占反应速率随着产物浓度的快速升高而增大。在反应后期(对应于图1中点B到点C),产物的浓度cP较大,反应物的浓度cP较小,故反应物浓度的降低对反应速率的影响大于产物浓度提高对产物速率的影响,所以反应速率随着反应物浓度的降低而降低。
由以上分析可知,反应速率随着反应的进行会经过先增大后减小的变化,那么将存在一个极大值(对应于图1中的最高点B)。即自催化反应过程中必然存在一个最大反应速率。
反应特征
间歇反应器中进行的自催化反应,存在一个特征:由于反应过程中没有物料的输入和输出,所以反应物和产物的物质的量恒定,即:
即产物P的浓度为:
c0为反应物的初始浓度cA0加和加入的少量产物的初始浓度cP0之和。将上式代入自催化反应动力学方程式:
则自催化反应的反应动力学方程可以表达为:
反应速率存在极大值,令:
计算可得:
反应速率最大时的反应物浓度cA为:
反应速率方程 ,在t=0,cA=cA0,cP=cP0的初始条件下积分,可得:
即反应时间和反应浓度的关系式为:
参考资料
最新修订时间:2022-08-26 10:04
目录
概述
反应定义
反应关系
参考资料