工程化学第2章
湘潭大学化学反应工程专业课考研复习课件 第2章均相反应动力学2
三、化学反应速率 r 的定义
定义：单位时间、单位反应体积、关键组分A的摩尔数变化量称 为A组分的反应速率。
反应
rA
dnA Vdt
AABB SS PP
rB
dnB Vdt
rS
dnS Vdt
rP
dnP Vdt
式中：t为时间，nA、nB、nR和nS分别为反应时间t时候组分A、B、 R和S的摩尔数；V为反应体积；rA、rB、rR、rS分别为组分A、B、 R和S的反应速率。
2NO＋H2 k1 N2＋H2O2 （控制步骤） （3）
H2O2＋H2 k2 2H2O（快速）
（4）
将(3)、(4)式相加即可得式(1)，即按该机理的最终反应
结果，各组分之间量的变化关系仍满足计量方程。同时，
反应机理假定反应(3)为速率控制步骤，∴
rN2
r
1
k1C
2 NO
C
H
2
(5)
上式与实验结果是相一致的。所以，机理(Ⅰ)可以用来解 析实验现象。
机理(Ⅱ)：设反应(1)由下述三个基元反应所构成，即
2NO
N2O2 (快速)
N2O2＋H2 k5 N2＋H2O2 （控制步骤）
H2O2＋H2 k6 2H2O （快速）
上述三式之和满足计量关系，
(6) (7) (8)
式(7)为速率控制步骤，得：
rN2 r5 k5C N2O2 CH2
(9)
式(3)达“拟平衡态”，得
ⅱ.对CA0＝CB0情况， rA
dCA dt
k CA2
，积分式同于③
ⅲ.对B过量CA0<<CB0情况，在整个反应过程CB≈CB0，
rA
dCA dt
化学反应工程陈甘棠第二章第三节
c p 0e k 2 t 1
设cp0=cs0=0
cp/cA0k2k 1k1 ek1t ek2t p
2019/12/18
c s/cA 0cA 0 c c A A 0 cp 1 k 1 e k k 2 2 t k k 2 1 e k 1 t
s
2）得率XP : 生成的目的产物P的摩尔数与着眼组分A的起始 摩尔数之比
XP
nP nP0 nA0
得率、收率、转化率之间的关系为：
XPPxA
当xA=1时， XP P
2019/12/18
3）选择性SP：生成目的产物P的摩尔数与生成某副产物S的 摩尔数之比
2、平行反应
SP
nP nS
nP0 nS0
ln k 2
km
k1
km——对数平均速率常数
当k1=k2时， c p ktekt cA0
dc p 0 dt
得
t* 1
k
2019/12/18
用转化率来表示
瞬时收率
2019/12/18
A k1 P k2 S
p
dc p dc A
dc p dt dcA dt
k1cA k2cp k1cA
2019/12/18
集总法 : 将性质近似的反应组分进行合并，把它当作一个 反应组分看待，然后研究这些合并后的虚拟组分 间的动力学关系，这种处理方法称为集总法。
例如：
最简单的催化裂化反应模型为：
重质油
汽油
焦炭+轻质气体
2019/12/18
B
k4
k3
D
k2
C
k5
设各个反应均为一级不可逆反应，以各组分表示的反应
工程化学基础课后习题答案
c(CO)=0.067mol/L
第四章 第四节练习题
1. (1) × (2) √ (3) × (4) √ 2. (1) c (2) a 3. Fe3+>Cu2+ >Fe2+ 4. Cl2>KMnO4>K2Cr2O7 5. (1) K θ=3.05 (2) c=0.075 6. (-) Pt / Fe3+, Fe2+ ∥ Ag+/ Ag (+)
第五章 第二节练习题
1. (1) B D (2) C 2. Ks=2.29*10-13 3. AgI沉淀生成，可能后有AgCl沉淀
[Ag] =8.52*10-11 无沉淀产生 4. [OH-] =3.98*10-10 pH=5.3 5. NH4Cl>H2O>NH3.H2O 6. c> b> a> d 7. [Ag]=7*10-6 [py]=0.8 [Ag(py)2]+=0.1
(2) 分子晶体 分子质量越大 熔沸点越高 5. (1) BaCl2 ＞FeCl2 ＞AlCl3 ＞CCl4
(2) SiO2 ＞BaO ＞CO2
第二章 第三节练习题
1. (1) 方向 饱和 降低 氢 氧 (2) 单位质量溶剂 (4) 8 润湿 14-18 o/w乳化剂 (5) 热致 溶致
2. (1) 降低 [H+]增加 (2) 升高 [H+]增加 (3) 下降 △T= Kf bB (4) 依次降低 (5) 一次升高
5. 组态
是否存在
1p
2s
2d
3p
5f
6s
×
√×√ຫໍສະໝຸດ √√主量子数
×
2
角量子数
×
工程化学
⑶化学气相沉积特点： ①在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间 的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。 1-1-1 相对原子质量和相对分子质量 ②涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化 ，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。 ③可以控制涂层的密度和涂层纯度。 ④绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材 料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件。由于 它的绕镀性能好，所以可涂覆带有槽、沟、孔， 甚至是盲孔的工件。 ⑤可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷 和化合物涂层。
主要内容
ONOSCNNCS阴离子 3. 核反应类型 配体 亚硝酸根 硫氰酸根 异硫氰酸根 O S N 配位原子
2016/4/28
常见多齿配体 名称 分子式
O C
-
O C
主要内容
-
缩写符号 (OX) (en)
O
O
草酸根
乙二胺 1. 镧系、锕系元素通性
2.
(o-phen) 邻菲罗啉 我国稀土元素资源和提取
2016/4/28
⑵缩合聚合物： 缩聚反应：由一种或两种以上的单体，通过缩合 形成高分子化合物，同时脱去水、卤化氢或醇 等小分子的反应 缩聚反应的特点：
1-1-1 相对原子质量和相对分子质量
① 所用单体至少有两个相互作用的官能团。
② 缩聚反应是通过一连串的缩合反应来完成的。
③ 反应过程中有小分子析出，高聚物的化学组成
N
N
3. 核反应类型
2016/4/28
N
N
联吡啶 乙二胺 四乙酸
(bpy)
(H4edta)
配位数——与一个形成体成键的配位 原子总数
主要内容
配位体
配位个体
第2章 单级平衡过程 化学分离工程讲解
如果两个组分在两相中的分离因子很大，则单级平衡
过程就可以满足预期的分离要求；否则，需要采取多
级平衡分离。
3
2.1.1 相平衡关系 （Relation of Phase Equilibrium）
一、相平衡条件 TⅠ=TⅡ=TⅢ =… =Tn PⅠ=PⅡ=PⅢ =…=Pn μiⅠ=μiⅡ=μiⅢ =…=μin
P36例题2-1 P37例题2-2 24
2.1.2 汽液平衡常数的计算
四、状态方程法和活度系数法求平衡常数的比较
方法
优点
1.不需要基准态； 2.只需要P-V-T数据，原则 上不需有相平衡数据； 3.可以应用对比状态理论； 4.可以用在临界区。
缺点
1.没有一个状态方程能完全适 用于所有的密度范围； 2.受混合规则的影响很大； 3.对于极性物质、大分子化合 物和电解质系统很难应用。
c、NRTL方程
d、UNIQUAC方程 有NRTL的优点，但数学表达式最复杂； 适用于分子大小相差悬殊的混合物。 e、UNIFAC基团贡献法：以UNIQUAC方程为基础。 当汽液平衡数据较少或没有时，常采用此法。
19
2.1.2 汽液平衡常数的计算
B、三元溶液的活度系数方程 Margules、Wilson、NRTL、UNIFAC方程 其中：Wilson Equ只需查出有关三个二元溶液的威尔 逊参数，计算结果较好。虽然计算较复杂，随着计算 机的使用，目前应用较多。
活度系数法适用条件：压力不高，液相非理想性
强的系统。
状态方程法适用条件：中压、液相非理想性不是 很强的烃类系统。
20
2.1.2 汽液平衡常数的计算
三、活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式
21
2.1.2 汽液平衡常数的计算
CRE 化学反应工程 第二章课件 3
B+S
kaＢ kdＢ
BS
平衡时， raA=rdA
θA =KAPA/(1+KAPA+KBPB) θB = KBPB/(1+KAPA+KBPB) θV =1- θA- θB =1- KAPA/(1+KAPA+KBPB)KBPB/(1+KAPA+KBPB)
j
K j Pj 1 K j Pj
j 1 m
dc A ln ln k n ln cA dt
• 以 对 ln cA 作图得到直线 其斜率为反应级数n，截距为lnk，以此求得n 和k值。 • 微分法的优点在于可以得到非整数的反应 级数，缺点在于图上微分时可能出现的人 为误差比较大。
dc ln A dt
dc A m n n rA kcB cA k cA dt
• 将实验数据分别按0、1和2级处理并得到tf(cA)的关系
t/hr
cA 0.2332 0.2168 0.2059 0.1966 0.1879 0.1792 0.1723 0.1649 0.1592
cA0-cA 0 0.01636 0.02732 0.03662 0.04525 0.05405 0.06086 0.06833 0.07398
习题2.15解答 (1)A+S AS (2)B 2+2S 2BS (3) AS+BS RS+S （4）RS R+S
根据决速步和定态近似原理 • A吸附平衡 rA=kAaPAθv-kAdθA=0 (1) • B2解离吸附平衡 rB=kBaPBθv2-kBdθB2=0 (2) • 表面反应(决速步） r=kfθAθB-kbθRθv （3） • R吸附平衡rR=kRdθR-kRaPRθV=0 (4) 由（1）（3）（4）和θA+θB+ θR + θV=1得 θA=KAPA/[1+KAPA+(KBPB)1/2+KRPR] θB=(KBPB)1/2/[1+KAPA+(KBPB)1/2+KRPR] θR= KRPR/[1+KAPA+(KBPB)1/2+KRPR] θv=1/[1+KAPA+(KBPB)1/2+KRPR] θi代入(3)化简整理得 r=k(PAPB1/2-PR/Kp) /[1+KAPA+(KBPB)1/2+KRPR]2 ……ans 其中， k=kfKAKB1/2, Kp=k/kbKR
工程化学答案
第一章绪论P13. 一些基本概念1.判别下列表述的正确与否，正确的在后面括号内用“√”错误的用“×”表示：（1）1摩尔氧............................................................................. .. (X)（2）1mol()........................... .....................(√)(3)化学反应通式可表示为ΣB=0.............................. .....( X)(4)在宇宙中找不到绝对意义上的孤立系统..............................................................(√)2.选择题：（要求将正确标号填入括号内，多选与单选自己判断）（1）下列物质中属于微观粒子的是（ C D ）(A)分子（B）原子（C）高速运动的电子（D）光子（2）下列说法正确的是（ C ）（A）1摩尔氧的质量是8.0g(B)原子和分子的空间尺寸分别为(C)原子和分子的空间尺寸在左右（D）我们能同时看到远处打雷发出光和听到打雷发出的声音（3）下列表述中错误的是（ B D ）(A)18.0g物质的量是1mol(B) mol氢的物质参加了反应（C） mol的（）参加了反应（D）“反应进度”说明，认识物质变化，必须考虑时间的变化3.（用恰当的文字或符号填入空格）计量反应进行程度的物理量都是（反应进度），它的符号是（ξ），单位是（mol）,这个单位还可以方便地计量介观粒子和微观粒子的物质的量。
4.在0℃时，一只烧杯中盛有水，水上浮着两块冰，问水和冰组成的系统中有几相如果撒入食盐，保持系统的温度仍为0℃不变，直至冰和食盐全部溶解（此时，冰点下降，详见ξ所述），此时系统中有几相如果再加入一些溶液，有什么现象发生此时系统有几相如果还加入一些，又将发生什么现象此时系统为几相答：①两相（固、液）②一相（液相）③加入有白色沉淀生成，此时系统有两相（液、固）④加入发生分层现象，此时系统三相（水相、固、油相）5.高温水蒸气对钢的化学腐蚀特别严重。
工程化学1
“系统”是根据研究对象的需要划分的。在讨论工 程实际问题时更要注意具体情况具体分析。比如烧结 炉是常用的工业设备(见图1—2所示)在这个例子中，如 果要讨论烧结工艺的有关问题就可把整个烧结炉作为 系统，它包括金属片、低熔点合金和气体介质，而烧 结炉外空间中的物质则均为环境。如果想研究烧结炉 内可控保护气体间发生的反应，则把氨、氮和氢三种 气体 的 化学反应作为系统加以研究。
§1．2 “工程化学基础”的教学对象和目的
对中国大学本科的化学教学应分成三个大类：一、化学研 究类；二、化学品生产类；三、非化学研究非化学品生产类。 能源、信息、环境、军事、航空航天、交通运输等业、工业、 医药等工程类及其各类的物资流通、管理等应属第三大类。它 以化学原理为经线，以化学在材料、信息、能源、环境、生命 诸领域中的应用为纬线编织而成。 通过学习，应加深理解以下三个方面的内容：①物质世界， 性能各异的各种材料，都是由原子组成的。②原子在空间范围 和时间进程中运动着，相互作用着，并排列组合形成分子等结 合态单元。这种排列组合和相互作用都来自于电子运动状态的 改变，而电子运动状态又与光子(充满宇宙的辐射或能量子)有 关；③材料、生物体中化学单元的组成结构与其功能紧密相关； 它们在不同的条件下可以发生不同的化学变化；化学变化时能 量与质量紧密联系，不可分割，能量是物质存在的又一种表现 形式。
无机化学向生物学渗透形成了生物无机化学， 等等，事实上，无机化学已经在材料、能源、 信息、环保、生命科学及生物模拟等领域起着 举足轻重的作用。可以预见，无机化学将在科 学发展和社会进步的进程中，发挥愈来愈重要 的作用。
20世纪80年代以来的超导热，近几年的纳 米材料的发展，这也是无机化学的新发展，总 之，无机化学仍不失为一个具无限潜力的科学 领域。
工程化学PPT_图文
➢例如系统的体积、质量及即将学习的内能、焓、熵 等都属于广度性质
强度性质：强度性质不具有加和性，其数值决定于系统 自身的特性，与系统的数量无关。
➢系统的两个广度性质相除之商就成为强度性质。例 如，密度是质量除以体积之商 ➢例如温度、压力、摩尔焓、摩尔熵、摩尔吉布斯函 数等都属于强度性质
104 104
Pa Pa
0.097L
氮气的分体积
2020年2月6日10时19分
VN2 0.203L
15
第二章 化学热力学
热力学是研究能量相互转变过程中所遵循的规律的一门科学。 ➢研究在各种变化过程中发生的各种能量效应； ➢研究在某一定条件下变化的自发性 变化能够自发发生的方向； 变化的程度——化学平衡；
热力学能
➢热力学第一定律：自然界的一切物质都具有能量， 能量可以表现为各种具体形式，且各种形式的能量可 以相互转化，在转化中，能量的总量不变。 ➢系统的总能量是由下列三部分组成：
系统整体运动的动能，该项通常为零。 系统在外力场中的位能，该项通常为零。 热力学能，又叫内能U，为我们所关注。
2020年2月6日10时19分
V / T ＝ 常数
(n, p 一定)
➢阿伏加德罗定律（A. Avogadro，1811)
V / n ＝ 常数
(T, p 一定)
理想气体状态方程：结合以上三式 经过数学处理而导出
➢pV = nRT
➢单位：p Pa
V m3
➢
TK
n mol
➢
R J mol-1 K-1
➢R 普适 摩尔气体常数 R ＝ 8.314472 J mol-1 K-1
工程化学基础(第二版)习题解答
<<工程化学基础（第二版）>>练习题参考答案第一章 绪 论练习题（p.9）1. （1）×； （2）√； （3）×； （4）√。
2. （1）C 、D ；（2）C ；（3）B 。
3. 反应进度；ξ； mol 。
4. 两相（不计空气）；食盐溶解，冰熔化，为一相；出现AgCl ↓，二相；液相分层，共三相。
5. 两种聚集状态，五个相：Fe （固态，固相1），FeO （固态，固相2），Fe 2O 3（固态，固相3），Fe 3O 4（固态，固相4），H 2O （g ）和H 2（g ）（同属气态，一个气相5） 6. n =（216.5 －180）g / (36.5g · mol -1) = 1.0 mol7. 设最多能得到x 千克的CaO 和y 千克的 CO 2，根据化学反应方程式： CaCO 3(s) = CaO(s) + CO 2(g) 摩尔质量/g ·mol -1 100.09 56.08 44.01 物质的量/mol100095%10009103⨯⨯-. x 56.08×-310 y 4401103.⨯-因为n(CaCO 3)=n (CaO)=n (CO 2) 即100095%10009103⨯⨯-.=x 56.08×-310=y 4401103.⨯-得 x =m (CaO) =532.38kg y =m (CO 2) =417.72kg分解时最多能得到532.28kg 的CaO 和417.72kg 的CO 2。
8. 化学反应方程式为3/2H 2+1/2N 2 = NH 3时：22(H )6mol4mol 3(H )2n ξν∆-===-22(N )2mol4mol 1(N )2n ξν∆-===-33(NH )4mol4mol 1(NH )n ξν∆===化学反应方程式为3H 2+ N 2 = 2NH 3时：22(H )6mol 2mol 3(H )n ξν∆-===-22(N )2mol2mol 1(N )n ξν∆-===-33(NH )4mol 2mol 2(NH )n ξν∆===当反应过程中消耗掉2mol N 2时，化学反应方程式写成3/2H 2+1/2N 2 = NH 3，该反应的反应进度为4 mol ；化学方程式改成3H 2+ N 2 = 2NH 3，该反应的反应进度为2 mol 。