《化工热力学》课程教学课件（PPT讲稿）第十章 化学反应平衡

第十章 化学反应平衡

1 第十章 化学反应平衡

·10.1化学反应平衡基础 10.2平衡常数与平衡组成的影响 ·10.3工艺参数对化学平衡组成的影响 10.4反应系统的相律和Duhem理论 10.5复杂的化学反应平衡

2 ▪ 10.1 化学反应平衡基础 ▪ 10.2 平衡常数与平衡组成的影响 ▪ 10.3 工艺参数对化学平衡组成的影响 ▪ 10.4 反应系统的相律和Duhem理论 ▪ 10.5 复杂的化学反应平衡

10.1化学反应平衡基础 一 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，我们可以书写成两种形式 1.化学计量式 Aa+Bb →mM+lL 式中：A、B、M、L一物质的分子式 a、b、m、I一化学计量系数，它们都是正数

3 10.1化学反应平衡基础 一． 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，我们可以书写成两种形式 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

2.代数计量式 代数计量式就是把化学计量式左侧反应物的各项移到右边来。 -aA -bB +mM +L=0 通式： viA+v24 +v34 +.+VyAy =0 (10一1) 式中：A一物质分子式 V,一化学计量式（反应物为“-”，生成物为“+”)

4 通式： . 0  1 A1 + 2 A2 + 3 A3 + + N AN = 2.代数计量式 代数计量式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 （10—1） —化学计量式（反应物为“-”，生成物为“+”） 式中：Ai—物质分子式  i

如甲烷转化反应： (1) （2) (3) (4) CH4 H20 C0+3H2 可以把此反应写为： VCH+V,H,O===V:CO+VH2 y=-1 V2=-1 V3=+1 V4=+3 以元素角度来看，应该满足各元素在反应前后相 等的条件，对上述反应中有C、0和H三种元素。 y1+Vy3=0 2+V3=0 4y+2y2±2y4三0

5 以元素角度来看，应该满足各元素在反应前后相 等的条件，对上述反应中有C、O和H三种元素。  1 CH4 + 2 H2 O  3 CO + 4 H2 1 = −1  2 = −1  3 = +1  4 = +3 如甲烷转化反应： （1） （2） （3） （4） CH4 + H2 O ======== CO + 3H2 可以把此反应写为： ====== H  1 + 3 = 0  2 + 3 = 0 4 1 + 2 2 + 2 4 = 0 C O

dh_dh2=d恤3_dns=.= dnx=ds (102) V V2 V3 并且用反应进度来表示。 3.反应进程 定义： dni=ds E— 反应进度 V 若E=0时 dn,=0 表示反应尚为开始； 若e=1时 dn;Vi 表示反应已按计量方程式 100%地完成。 由此可以写为： dn,=v ds (10—3) 6

6       d dn dn dn dn dn N N = = = == = 4 4 3 3 2 2 1 1 （10—2） 并且用反应进度来表示。 由此可以写为：   d dn i i = dni = 0 dni = i dn  d i = i 3．反应进程 定义： ε——反应进度 若 ε=1时 表示反应尚为开始； 表示反应已按计量方程式 100%地完成。 （10—3） 若 ε=0时

积分式： dn,=[v,de n,=n°，+y,8或△n,=n,-n,=y,8 式中： h,°- 0 反应开始时（t=0)组分的摩尔数； ni 一反应进行某一时刻(t)时组分的摩尔数； △n,一反应过程中组分i的摩尔数的变化

7   =    0 0 dn i d n n i i i  i i i i n = n − n = 0  i i ni = n + 0 0 i n 积分式： 或 式中： — 反应开始时（t=0）组分的摩尔数； — 反应过程中组分i的摩尔数的变化。 i n i n —反应进行某一时刻（t）时组分的摩尔数；

4.应用举例 ·设各物质的初始含量CH4为1摩尔，H,0为2摩尔，C0为1 摩尔，H,为5摩尔，试导出摩尔数n,和摩尔分率y,对E 的函数表达式 我们先分析一下这道题 (1) (2) (3) (4) ·分析 CO + 3H2 t=0 1 2 1 5 口tt n1 n2 n3 n4 求：n,=f(e)和y,=f(E) 8

8 4．应用举例 ▪ 设各物质的初始含量CH4为1摩尔，H2 O为2摩尔，CO为1 摩尔，H2为5摩尔，试导出摩尔数ni和摩尔分率yi对ε 的函数表达式 ▪ 我们先分析一下这道题 （1） （2） （3） （4） ▪ 分析 CH4 + H2 O ====== CO + 3H2 ▪ t=0 1 2 1 5 ▪ t=t n1 n2 n3 n4 ▪ 求： ni =f（ε）和yi =f（ε）

解：由反应式按式（10一2)有 1-8 a邮=-rds n1-e 9+28 dna =f do na=2-t 2-8 n y2 9+28 1+8 "dn,=f de n31+E y3 9+28 n45+3E 5+36 dn=∫f3ade 9+28 n=∑n,=9+28

9   = − 1 1 0 1 n dn d     9 2 1 1 + − y =   = − 2 2 0 2 n dn d     9 2 2 2 + − y =   = 3 1 0 3 n dn d     9 2 1 3 + + y =   = 4 5 0 4 3 n dn d     9 2 5 3 4 + + y = =  = 9 + 2 n ni 解：由反应式 按式（10—2）有 n1 =1-ε n2 =2-ε n3 =1+ε n4 =5+3ε n n y i i =

二.复杂体系 对于两个或两个以上反应同时发生时，各个反应的 反应进度ε，与每个反应都有关系，考虑r个独立反应，1 个物种的复杂体系。 1.复杂反应的化学计量关系 i=1,2,3,N 化学物种 ∑y,A=0 j=1,2,3,.,r 独立反应个数 式中： 第j个反应第个物种的化学计量系数； 每个方程式包含特定的一组化学物种。 10

10 1． 复杂反应的化学计量关系  ijAi = 0 二． 复杂体系 对于两个或两个以上反应同时发生时，各个反应的 反应进度εj与每个反应都有关系，考虑r个独立反应，i 个物种的复杂体系。 Ai— 每个方程式包含特定的一组化学物种。  ij i= 1,2,3,.,N 化学物种 j=1,2,3,.,r 独立反应个数 式中： — 第j个反应第i个物种的化学计量系数；