武汉大学：《物理化学》课程教学资源（PPT课件）第七章 宏观反应动力学（化学动力学的任务和目的）

一、化学动力学的任务和目的

采用热重法在1173~1373 K、全CO气氛条件下,对首钢烧结矿进行还原动力学实验,确定了还原反应的表观活化能,进而推断在还原反应的前期烧结矿还原速率均由界面反应控制,还原反应后期的控制环节为固相扩散.分别由未反应核模型和固相反应动力学模型,分段给出不同温度下控制环节突变的时间点;通过动力学公式计算,得出不同温度下的反应速率常数和固相扩散系数.利用光学显微镜观察了烧结矿在各还原阶段的微观形貌,验证了烧结矿还原动力学的机理,同时也证明了扩散控制阶段使用体积缩小的未反应核模型与实际情况是吻合的

2.1 化学反应的速率. 2 2.1.1 化学反应的速率式. 3 2.1.2 反应级数的确定及反应速率常数式. 5 2.1.3 可逆反应的速率式. 6 2.1.4 多相化学反应的速率式(自学，不作课上讲解). 7 2.2 分子扩散及对流传质. 7 2.2.1 分子扩散——静止体系. 8 2.2.2 对流扩散——流体运动体系.13 2.2.3 小结.17 2.3 吸附化学反应的速率（简单介绍）.17 2.4 反应过程动力学方程的建立.18 2.4.1 建立动力学方程的原则.18 2.4.2 液液两相反应动力学模型——双膜理论.18 2.4.3 气－固相间的反应动力学模型.20 2.4.4 反应过程速率的影响因素.23 2.5 新相形成的动力学.24 2.5.1 均相形核.24 2.5.2 异相形核.25 2.5.3 钢液的结晶动力学.26

采用非等温热重的方法,在30% CO+70% N2(体积分数)气氛下,以10 K·min-1升温至1123 K的过程中,比较了铁酸钙与赤铁矿的逐级还原过程及其还原动力学.结果表明:铁酸钙和赤铁矿开始还原温度分别为873 K和623 K;由反应速率与反应度的关系及分阶段X射线衍射物相分析发现,铁酸钙还原过程为两段式反应(CaO·Fe2O3→2CaO·Fe2O3→Fe),而赤铁矿还原过程为传统的三段式反应(Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe).通过Freeman-Carroll法计算得知铁酸钙和赤铁矿的还原平均活化能分别为49.88和43.74 kJ·mol-1;铁酸钙还原过程符合随机成核随后生长模型,动力学模式函数为Avrami-Erofeev方程,其积分形式为[-ln (1-α)]n;而赤铁矿还原过程动力学机理分为两部分,在还原度α为0.1~0.5时,为三级化学反应模型,模式函数积分形式为1-(1-α)3;在α为0.5~0.9时,符合二维圆柱形扩散模型,动力学模式函数为Valensi方程,其积分形式为α+(1-α)ln (1-α)

对织金新华含稀土磷矿酸解过程动力学及稀土浸出机理进行了研究.结果表明:∑REO转化率动力学曲线与P2O5转化率动力学曲线变化趋势相近,即随着温度和溶液酸度的升高,稀土的转化率提高;∑REO的酸解动力学可用德罗兹多夫方程来很好的描述,拟合曲线的相关系数在0.99以上.根据Arrhenius方程对磷矿酸解过程P2O5的反应表观活化能计算表明,织金新华磷矿酸解的主要反应为固态膜扩散控制过程,而稀土在磷矿中的类质同象存在形态也决定了其反应属于固态膜扩散控制过程.织金新华磷矿酸解过程稀土的浸出机理分析表明,稀土主要以RE2(SO4)3形式存在于溶液中,而磷石膏中的稀土以RE2(SO4)3和硫酸钙晶体包裹的形式存在

离子交换反应动力学与沉淀分离相似,与萃取方法不同的是—反应速度比较慢,故反应速度对于分离效果影响比较大。 当溶液中的M与树脂内离子B发生交换反应时,其整个反应历程将经历五个阶段

武汉大学：《物理化学》课程教学资源（PPT课件）第七章 宏观反应动力学（化学反应的速率方程、积分速率方程－具有简单级数的反应）

一、化学反应速度影响因素推测反应机理 二、反应机理与化学反应方程式两码事 三、按人的意愿控制改变化学反应速度具有重要工业价值

§4 活化能与元反应速率理论简介 §5 液相反应和多相反应动力学分析 §6 催化反应动力学 §7 反应速率的实验测定原理与方法