第1章 气-固相催化反应本征动力学.ppt

第一章气-固相催化反应本征动力学
第一节化学计量学
第二节化学反应速率的表示方式
第三节动力学方程
第四节气固相催化反应本征动力学方程
第五节温度对反应速率的影响
第六节固体催化剂的失活
第一节化学计量学
化学计量学(stoichiometry)是以化学反应式形式表达的质量守恒定律,用于计算某一时刻的化学组成和各组分的数量变化。(not chemometrics)
对化学反应过程各参数进行计量
化学计量学(Chemometrics) 是一门化学与统计学、数学、计算机科学交叉所产生的新兴的化学学科分支。它运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关学科的理论与方法,优化化学量测过程,并从化学量测数据中最大限度地提取有用的化学信息。
putational Chemistry)的不同之点在于化学计量学是以化学量测量为其基点,实质上是化学量测的基础理论与方法学[2]。
化学计量学为化学量测提供理论和方法,为各类波谱及化学量测数据的解析,为化学化工过程的机理研究和优化提供新途径,它涵盖了化学量测的全过程,包括采样理论与方法、试验设计与化学化工过程优化控制、化学信号处理、分析信号的校正与分辨、化学模式识别、化学过程和化学量测过程的计算机模拟、化学定量构效关系、化学数据库、人工智能与化学专家系统等,是一门内涵相当丰富的化学学科分支。
1-1 化学计量式(stoichiometric equation)
表达反应组分间的数量关系,(联系chemical equation,拉瓦锡首创)
如果有m个反应同时进行,则第j个反应和总反应的化学计量式可分别表达为
反应物取负值,生成物取正值
-N2-3H2+2NH3=0
-SO2-+=0
1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子extent of reaction, conversion, factor of expansion
一、反应程度
二、转化率
1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子extent of reaction, conversion, factor of expansion
三、化学膨胀因子
每转化掉1mol的反应物A时,反应混合物物质的量的变化,用符号表示。
对于反应:
三、化学膨胀因子
在恒温恒压下进行
Expansion ratio 膨胀率
1-3多重反应系统中独立反应数的确定
Simple plex reaction system
单一反应(single react.)
简单反应体系一个参数即可决定组成
多重反应(multiple react.)
复杂反应体系需要多个参数
所需的参数个数= 独立反应数。
独立反应是不能由其他反应线性组合而得到的反应。
例:
CH4 + H2O  CO + 3H2
CH4 + 2H2O  CO2 + 4H2
CO + H2O  CO2 + H2
1-3多重反应系统中独立反应数的确定
求反应体系中独立反应的一般方法有:
①观察法。适用于反应数较少的体系
②计量系数矩阵法
③原子矩阵法
例:
CH4 + H2O  CO + 3H2
CH4 + 2H2O  CO2 + 4H2
CO + H2O  CO2 + H2
可以看出,(1)+(3)=(2)
②计量系数矩阵法
写成矩阵
秩k=2, 有两个独立反应:
-CH4 -H2O + CO + 3H2 =0
-H2O – CO + CO 2 + H2 =0
③原子矩阵法
体系含有CO, H2O, H2, CH4, CO2, N2等6个组分, 其原子矩阵为
行初等变换后:
于是获得: CH4 = 4H2 + CO2 - 2H2O
CO = H2 + CO 2 - H2O
①选择关键组分:所选择的CH4和CO排在矩阵的最后两列。
②非关键组分应包括所有元素。