第七章 CH08化学反应平衡.pdf

第八章 第八章 化学反应平衡 在化工生产控制和化工工艺设计中，常常需要预测某一化学反应在指定条件下能够进行到什么限度， 也就是说在一定条件下这种反应能够进行，那么这个反应的最大转化率是多少，能够得到多少产品，知道 了这些才能够预测产品的成本。化学反应的限度实际上是用平衡转化率或平衡组成来体现出来的。平衡组 成可以通过实验来测定，但实验需要较复杂的设备和较长的时间，不是任何条件下都能办到的。因此科技 工作者致力于比较快速的、通过计算来推断平衡组成的方法。简单的理想系统，例如理想气体和稀溶液中 的反应平衡组成的计算方法已经在物化中介绍过了。这里我们主要介绍非理想系统和复杂系统的化学平衡 组成的计算。 8.1 化学反应的计量关系与反应进度 在研究化学反应式，常常需要知道某一反应在某一时刻能进行到什么程度或已经进行到什么程度。表 征化学反应进展程度的变量叫“反应进度”，在讨论反应进度之前，我们先讨论一下化学方程式的普遍化表 示式。 8.1.1 简单反应 对于单一反应，就称为简单反应，按通常的方式书写为 A +B →M +L 对于这一反应的计量式，我们可以写成两种形式。 8.1.1.1 化学计量式 aA +bB →mM +lL 式中：A,B,M,L——物质的分子式 a,b,m,l——化学计量系数，它们都是正数。 8.1.1.2 代数计量式 代数计量时就是把化学计量式左侧反应物的各项移到右边来。 −aA −bB +mM +lL 0 υ A +υ A +υ A +ΛΛ +υ A 0 通式为： 1 1 2 2 3 3 N N （8-1 ） A 式中： i ——物质分子式 υ i ——化学计量数（反应物为负，生成物为正） 如甲烷转换反应， υ CH +υ H O ⇔υ CO +υ H 1 4 2 2 3 4 2 υ −1 υ −1 υ +1 υ +3 其中， 1 2 3 4 从反应角度来看，反应满足各元素在反应前后相等的条件，即 C + 0 υ υ 1 3 O υ +υ 0 2 3 H 4υ +2υ +2υ 0 1 2 4 这说明了当反应进行到某一时刻，物质摩尔数的变化量与其计量系数有一定关系，并已证明各物质的 摩尔数变化量与其计量系数之间的比值是相等的。 dn dn dn dn 1 2 3 Λ=Λ N dε υ υ υ υ 即 1 2 3 N （8-2 ） 8.1.1.3 反应进度 dn i dε 定义 υi ε——反应进度 ε 0 时，dni 0 ，表示反应尚未开始； ε 1 时，dni υi ，表示反应已按计量式 100%完成。 dn υdε 由此可以写为 i i （8-3 ） 这个式子就是简单反应物质的微分变化量与其反应进度间的基本关系式。 n ε i dn υdε