出是礼大膏, 第三章冶金反应动力学基础 3.1概述 3.2化学反应的动力学基础 33冶金反应的动力学基础
1 第三章 冶金反应动力学基础 3.1 概述 3.2 化学反应的动力学基础 3.3 冶金反应的动力学基础
出是礼大膏, 金反应动力学中反应速度的表示方法及换算 本 质量作用定律的表示式及其含义; >冶金反应表观速度常数、表观反应活化能等的含义;) (>冶金反应的动力学环节,重点是限制性环节; 要 金传输相关知识,有效边界层 点气反应模型一未反应核模型 ≯液液反应模型——双膜理论模型
2 ➢ 冶金反应动力学中反应速度的表示方法及换算； ➢ 质量作用定律的表示式及其含义； ➢ 冶金反应的动力学环节，重点是限制性环节； ➢ 气/固反应模型——未反应核模型； ➢ 冶金传输相关知识，有效边界层； ➢ 液/液反应模型——双膜理论模型。 本 章 要 点 ➢ 冶金反应表观速度常数、表观反应活化能等的含义；
是技大营 动力学研究的内容 探讨反应的速率和机 理 3.1概述 化学反应的动力学研 究的核心问题: 反应速率和反应机理
3 3.1 概述 动力学研究的内容: 探讨反应的速率和机 理 化学反应的动力学研 究的核心问题: 反应速率和反应机理
出是礼大膏, 冶金动力学包括:微观动力学和宏观动力学 微观动力学 宏观动力学 >研究冶金动力学首先 要了解化学反应动力学 >冶金过程速率及机 理的研究要求在化 基础,如化学反应速率 学反应动力学基础 与浓度的关系、与温度 ,研究流体的流 的关系等。这种在理想 动特性、传质和传 条件下(例如温度恒定) 热的特点等对过程 速率的影响,这部 研究化学反应进行的速 分内容义称为宏观 度和机理的内容称为化 动力学。 学反应动力学或称为微 观动力学
4 微观动力学 宏观动力学 ➢ 研究冶金动力学首先 要了解化学反应动力学 基础，如化学反应速率 与浓度的关系、与温度 的关系等。这种在理想 条件下（例如温度恒定） 研究化学反应进行的速 度和机理的内容称为化 学反应动力学或称为微 观动力学 ➢ 冶金过程速率及机 理的研究要求在化 学反应动力学基础 上，研究流体的流 动特性、传质和传 热的特点等对过程 速率的影响，这部 分内容又称为宏观 动力学。 冶金动力学包括：微观动力学和宏观动力学
是技大营 32化学反应的动力学基础 、化学反应速度的表示方法 化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物的减 少浓度增加值表示。 例如:反应 dc A+B=AB 速度 B 表达 do AB 必须指出,若反应方程式中反应物和生成物的化学计量数不同,则 以各物质浓度随时间变化所表示的反应速率易不同。 5
5 3.2 化学反应的动力学基础 一、化学反应速度的表示方法 化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物的减 少浓度增加值表示。 例如：反应 必须指出，若反应方程式中反应物和生成物的化学计量数不同，则 以各物质浓度随时间变化所表示的反应速率易不同。 A+B=AB 速度 表达
出是礼大膏, 当参加反应的物质浓度以质量百分数表 d%C 示时这时相应的反应速率为 dt 在均相反应中,参加反应的溶质A的浓 度采用单位体积内A物质的量的变化表 时,有 在流体和固体的反应中,以固体的单位 n 质量W为基础,即用单位质量固体中所 A 含物质A的量来表示浓度,则 W S 在两流体间进行的界面反应,如渣钢反 应,或气固界面反应,以界面上单位面 dc 1 di 积S为基础,即用单位界面上所含的物 A 质的量来表示浓度,则: dt s dt 6
6 当参加反应的物质浓度以质量百分数表 示时这时相应的反应速率为： 在均相反应中，参加反应的溶质 A的浓 度采用单位体积内 A物质的量的变化表 示时，有 ： 在流体和固体的反应中，以固体的单位 质量 W为基础，即用单位质量固体中所 含物质 A的量来表示浓度，则 ： 在两流体间进行的界面反应，如渣钢反 应，或气固界面反应，以界面上单位面 积S为基础，即用单位界面上所含的物 质的量来表示浓度，则 ： [% ] c C dC d C J dt dt = − = −
出是礼大膏, 在气固反应中,有时也以固体物质的单 位体积为基础来表示浓度,这时有: dt 在气相反应中,反应前后气体物质的 量不相等,体积变化很大,这时不能 准确测得初始体积Co。在这种情况下 最好用反应物的转化率f来代表浓度 如开始时体积V中有A物质nA0 (mo),当反应进行到时刻时,剩 下的A物质为nA(mo),其转化速率 为 40 n4所以: 10 AO 7
7 在气固反应中，有时也以固体物质的单 位体积为基础来表示浓度，这时有： 在气相反应中，反应前后气体物质的 量不相等，体积变化很大，这时不能 准确测得初始体积C0。在这种情况下， 最好用反应物的转化率fA来代表浓度。 如开始时体积V0中有A物质nA0 （mol），当反应进行到t时刻时，剩 下的A物质为nA（mol），其转化速率 为 所以 ：
是技大营 、质量作用定律 定温度下的反应速率,与各个反应物的浓度的若干 次方成正比。对基元反应,每种反应物浓度的指数等于反应 式中各反应物的系数。 do k C B AB = AB BAB AB 式中的比例系数kA、kB、kAB称为反应的速度常数 对复杂反应不能直接应用质量作用定律,而应按照分解 的基元反应分别讨论或经试验测定,确定其表观速率。 8
8 二、质量作用定律 一定温度下的反应速率，与各个反应物的浓度的若干 次方成正比。对基元反应，每种反应物浓度的指数等于反应 式中各反应物的系数。 ， ， 式中的比例系数kA、kB、kAB称为反应的速度常数。 对复杂反应不能直接应用质量作用定律，而应按照分解 的基元反应分别讨论或经试验测定，确定其表观速率
是技大营 1.反应级数 由质量作用定律表示的反应式中,各反应物浓度的指 数之和称为反应的反应级数。与复杂化学反应相对应的反 应级数,称为表观反应级数,其值取决于反应的控制环节, 常常只能由试验测定。 2.温度对反应速率的影响 反应速度常数随反应温度的提高而迅速增大。对简单 的化学反应,二者的定量关系可用 Arrhenius公式确定: E k=ko exp( RT
9 1. 反应级数 由质量作用定律表示的反应式中，各反应物浓度的指 数之和称为反应的反应级数。与复杂化学反应相对应的反 应级数，称为表观反应级数，其值取决于反应的控制环节， 常常只能由试验测定。 2. 温度对反应速率的影响 反应速度常数随反应温度的提高而迅速增大。对简单 的化学反应，二者的定量关系可用Arrhenius公式确定：
出是礼大膏, 32冶金反应动力学基础 在同一相内进行的反应称为均相反应,而在不同相间发生的反应 则称为多相反应 (1)反应物向反应界面扩散; 多 (2)在界面处发生化学反应,通常 相伴随有吸、脱附和新相生成 反 应(3)生成物离开反应界面 研究冶金反应动力学主要是确定反应速率。反应的总速率取决于 各个环节中最慢的环节,这一环节称为限制性环节。 限制环节不是一成不变的,当外界条件改变时,限制环节可能发 生相应变化。 10
10 3.2 冶金反应动力学基础 （1）反应物向反应界面扩散； （2）在界面处发生化学反应，通常 伴随有吸附、脱附和新相生成； （3）生成物离开反应界面； 研究冶金反应动力学主要是确定反应速率。反应的总速率取决于 各个环节中最慢的环节，这一环节称为限制性环节。 限制环节不是一成不变的，当外界条件改变时，限制环节可能发 生相应变化。 多 相 反 应 在同一相内进行的反应称为均相反应，而在不同相间发生的反应 则称为多相反应