冶金动力学总复习讲课.ppt

当总反应达到稳态时，则JA=J[A]=J(AZ+) =vA ，即有: 与A的传质控速时相比,上式的分母中增加了1/krea+项。 krea+—化学反应速率常数； 1/ krea+—化学反应步骤阻力。 在炼钢的高温下， 1/krea+经常可以忽略。 液/液相反应 USTB 冶金与生态工程学院 April, 2014 冶金动力学复习 一、化学反应动力学 基本概念 基元反应 质量作用定律 化学反应级数 可逆反应 平行反应 串联反应 稳态和准稳态原理 Arrhenius公式 基本概念 基元反应 如果反应物分子在相互作用或碰撞时一步就直接转化成产物，则该反应称为－基元反应。 一个化学反应方程式仅仅表示反应的初态和末态，即只表明反应的原始物是什么，产物是什么以及反应的计量系数。至于反应的机理如何，由反应物变为产物的过程中，要经过什么步骤，这从反应式是看不出来的。 基本概念 质量作用定律 在一定温度下，基元反应瞬时速率与各反应物瞬时浓度的若干次幂的乘积成正比，浓度的方次等于化学反应式中相应物质的化学计量系数－质量作用定律。 质量作用定律只能用于基元反应。而实际发生的大部分反应为非基元反应，或不能确定为基元反应，怎么办？ 处理方法：外推法（借助质量作用定律的数学形式） 对一般反应 aA + bB ? gG 可写成通式 基本概念 化学反应级数及其测定方法 化学反应级数： n= ?＋?＋? ? ? n=0:零级反应 n=1:一级反应 n=2:二级反应 n=分数:分数级反应 化学反应级数测定方法： 1）积分法 2）作图法 3）半衰期法 4) 微分法 1）积分法 将几组实验数据分别代入零级、一级、二级、…等反应的积分式中，计算出k值。如某公式计算得到的k值基本守常，则该公式的级数就是反应级数。 如果不论哪一公式计算得到的k值都不守常，则该反应一定是不能用整数级数表示的复杂反应。 2）作图法 对实验数据按lnC对t作图，如为直线，反应为一级。如按1/C对t作图为直线，则反应为二级，依次类推。 注意：这两种方法都不能确定分数级反应的级数。 3）半衰期法 同一反应，其它条件相同时，对不同的初始浓度 和 ，实验得到的半衰期分别为 、 ，代入上式后相除，得： 对一级反应，半衰期与初始浓度无关，其级数也服从上式。 对半衰期公式取对数： 与CA0无关常数 如实验测得一系列不同CA0下得半衰期t1/2，则以lgt1/2－lgCA0作图应为一直线。 从直线斜率(1-n) ? n; 从截距 ? k lgCA0 lgt1/2 4)微分法 对只有一种反应物的反应 表明，lgr－lgCA作图为一直线，其斜率值为n 基本概念 平行反应和串联反应 2）串联反应 一个反应的产物成为另一个反应的反应物，继续反应而得最终产物，这样连续的两个或两个以上的反应－串联反应。 1）平行反应 同样的反应物，同时进行着两个或更多个不同反应，生成不同的产物－平行反应。 平行反应中，通常把其中速度较快的或产物较多的反应称为主反应，其余的为副反应。 基本概念 平行反应和串联反应 1）平行反应 A B C k1 k2 t=0 CA0 CB0 = CC0 =0 t=t CA0-x CB CC 基本概念 平行反应和串联反应 2）串联反应 t=0 CA0 0 0 t=t CA CB CC 基本概念 稳态和准稳态原理 稳态或准稳态原理是动力学研究的重要方法，用于复杂串联反应的动力学分析。 对串联反应 反应开始时，上式右方第一项为k1cA0，第二项为零；随着反应的进行，第一项逐渐减小，第二项逐渐增大，到某一时刻两项相等，即 假定此后生成和消耗B的速率完全相等， 自动地保持为零，则认为反应达到了稳态。 称反应达到了准稳态（或称准静态）。 无论反应达到稳态或准稳态，都可以用代数方程k1cA- k2cB =0代替微分方程来处理动力学问题。这种方法也称为稳态或准稳态近似原理。 二、传质过程 相I 相II 界面 根据有效边界层理论，相I内反应物向界面传输的速率为 相II内生成物离开界面传输的速率为 消去未知的界面浓度 过程总速率 总驱动力 总阻力，各分阻力之和（串联步骤） 总传质系数定义为： 传质过程 为了能使上节中建