信阳师范大学：《化学反应工程基本原理》课程教学资源（PPT课件）第二章 化学反应动力学 2.1 化学反应速率的工程表示

§2化学反应动力学 §2.1化学反应速率的工程表示 §2.2均相反应动力学 §2.3气固相催化反应本征动力学 §2.4流固相非催化反应本征动力学 化学反应工程 化工原理教研室

化学反应工程 化工原理教研室 §2 化学反应动力学 §2.1化学反应速率的工程表示 §2.2均相反应动力学 §2.3气固相催化反应本征动力学 §2.4流固相非催化反应本征动力学

$2.1化学反应速率的工程表示 §2.1.1几个基本概念 化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物组成改 变关系的数学表达式。其基础是化学计量式。 ◆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 化学反应工程 化工原理教研室

化学反应工程 化工原理教研室 §2.1化学反应速率的工程表示 化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物组成改 变关系的数学表达式。其基础是化学计量式。 ◆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 §2.1.1几个基本概念

◆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。 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。 化学反应工程 化工原理教研室

化学反应工程 化工原理教研室 ◆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。 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

l、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) 4+84+.=.+4+4 -N2-3H2+2NH=0 VA-v24-.+vn-41+4=0 -S02-0.502+1.5S03=0 ，4=0(i=1,2m) i=1 如果有个反应同时进行，则第个反应和总反应的化学计量 式可分别表达为 011 ∑0,4=06=1,2m) 12 2 A 0 i- 。 0 化学反应工程 化证原教研室 Unm 0

化学反应工程 化工原理教研室 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) 1 1 2 2 1 1 . .     A A A A + + = + + n n n n − − 1 1 2 2 1 1 . 0 − − − + + =     A A A A n n n n − − 1 0( 1,2,. ) n i i i  A i n =  = = 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 1 0( 1, 2,. ) n ij i i  A i n =  = = 11 21 1 1 12 22 1 2 1 2 . 0 . 0 . . . . . 0 . 0 n n m m nm n A A A                          =                     －N2－3H2＋2NH3=0 －SO2－0.5O2＋1.5SO3＝0

注： 1、反应物取负值，生成物取正值： 2、化学计量式和化学反应方程式的区别： 化学计量式表示参加反应的各组分的数量关系；化学反应 方程式表示反应的方向。 化学反应工程 化工原理教研室

化学反应工程 化工原理教研室 注： 1、反应物取负值，生成物取正值； 2、化学计量式和化学反应方程式的区别： 化学计量式表示参加反应的各组分的数量关系；化学反应 方程式表示反应的方向

§2.1化学反应速率的工程表示 2、反应程度 VAA+UgB+URR=0 =m-no n,-n0=△n=D,5 D, 由反应程度可知所有反应物及产物反 3、转化率 应掉的量 转化率= amount of A reacted total amount of A supplied n4o-n4=-△n4=D45 nao n40 n ao >0,x4>0 化学反应工程 化工原理教研室

化学反应工程 化工原理教研室 §2.1化学反应速率的工程表示 >0, >0 A ξ x n n n i i i i − =  = 0   0  A B R A B R + + = i i0 i n n −  =  0 0 0 0 A A A A A A A A n n n x n n n −    = = − = amount of A reacted total amount of A supplied 转化率＝ 3、转化率 由反应程度可知所有反应物及产物反 应掉的量 2、反应程度

4、化学膨胀因子 每转化掉1mo的反应物A时，反应混合物物质的量的 变化，用符号δ4表示。 对于反应：∑y4=01=1,2.m) 则 化学反应工程 化工原理教研室

化学反应工程 化工原理教研室 1 0( 1,2,. ) n i i i  A i n =  = = n i i=1 1 A A    则 =  4、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  A 表示。 对于反应：

转化1mo某组分，反应混合物增加或减少的物质的量 在恒温恒压下进行 UA+UB=UL+UM 64=4+u-1-心2 UA UA d,=[o,+uw)-心，+u刀 n=n。+(←n4)5,=n,+nox,⊙4=n,1+”x,5) PV n V no n= RT → V=1+”x,d) no V=V(1+8AXA) ”δ，Expansion ratic0 C4==-x) no 膨胀率 VV(I+εAxA) 等容条件下：δ4=0,84= ◆ C4-="n0-）-C1-x) 化学反应工程 化工原理教研室

化学反应工程 化工原理教研室 在恒温恒压下进行     A B L M A B L M + = + ( ) ( ) 1 A L M A B A       = + − +     PV n RT = 0 0 n V n V = 0 0 0 (1 ) A A A n V V x n = +  0 0 0 0 0 0 ( ) (1 ) A A A A A A A A n n n n n n x n x n = + − = + = +    0 A (1 ) V V x = +  A Expansion ratio 膨胀率 0 A 0 A A n n   ＝ 0 0 A (1 ) (1 ) A A A A A n n x C V V x − = = +  0 0 0 1 1 A A A A A A n n x C =C x V V − = = − ( ) 0 ( ) 等容条件下：  A A ＝0， ＝ 1 L M B A A A A        = ＋ －－ 转化1mol某组分，反应混合物增加或减少的物质的量

5、多重反应的收率及选择性 Yield Selectivity 多重反应是指有多个反应同时进行的体系 同时反应： A-L,B->M Simultaneous reactions 连串反应： Consecutive reactions M 平行反应： Parallel reactions M 复合反应（平行-连串反应） 3 Combination reactions 化学反应工程 化工原理教研室

化学反应工程 化工原理教研室 5、多重反应的收率及选择性 Yield Selectivity 多重反应是指有多个反应同时进行的体系 同时反应： Simultaneous reactions 连串反应： Consecutive reactions 平行反应： Parallel reactions 复合反应（平行－连串反应） Combination reactions A L，B M k1 k2 A k1 k2 L M k1 k2 A L M A k1 k2 L M k3 P

选择性和收率的定义 D 消耗于L上的A quantity of L formed (0= 转化了的A max.quantity of from A converted 消耗于L上的A Y=quantity of L actually formed 加入的总A max.possible quantity of L 转化了的A XA 加入的总A 对于单一反应，收率等于转化率，而选择性等于1 转化率是针对反应物的，而收率选择性则是针对目的产物的。 化学反应工程 化工原理教研室

化学反应工程 化工原理教研室 选择性和收率的定义 quantity of L formed = max. quantity of from A converted  quantity of L actually formed Y= max. possible quantity of L 对于单一反应，收率等于转化率，而选择性等于1 转化率是针对反应物的，而收率选择性则是针对目的产物的。 L A = A L A Y= A A A A x  消耗于 上的 转化了的 消耗于 上的 加入的总 转化了的 ＝ 加入的总