十章节固相反应学习巩固.ppt
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1、第十章 固 相 反 应n第一节第一节 固相反应类型固相反应类型 n第二节第二节 固相反应机固相反应机理理 n第三节第三节 固相反应动力学固相反应动力学 n第四节第四节 影响固相反应的因素影响固相反应的因素 第一节第一节 固态反应类型固态反应类型一、分类:一、分类:na.a.按参加反应的物质的状态可分为按参加反应的物质的状态可分为nb.b.按反应性质分类按反应性质分类nc.c.按反应机理可分为按反应机理可分为第一节第一节 固相反应类型固相反应类型二二 、固态反应特征、固态反应特征(1 1)固态物质间的反应是直接进行的,气相或液相)固态物质间的反应是直接进行的,气相或液相没有或不起重要作用。没有或
2、不起重要作用。(2 2)固态反应开始温度远低于反应物的熔点或系统)固态反应开始温度远低于反应物的熔点或系统的低共熔温度,通常相当于一种反应物开始呈现显的低共熔温度,通常相当于一种反应物开始呈现显著扩散作用的温度,此温度称为泰曼温度或烧结温著扩散作用的温度,此温度称为泰曼温度或烧结温度。度。第一节第一节 固相反应类型固相反应类型(3 3)当反应物之一存在有多晶转变)当反应物之一存在有多晶转变时,则转变温度通常也是反应开始时,则转变温度通常也是反应开始明显进行的温度,这一规律也称为明显进行的温度,这一规律也称为海得华定律。海得华定律。第二节第二节 固相反应机理固相反应机理n相界面上化学反应机理相界
3、面上化学反应机理相界面上反应和离子扩散的关相界面上反应和离子扩散的关系系中间产物和连续反应中间产物和连续反应不同反应类型和机理不同反应类型和机理第三节第三节 固相反应动力学固相反应动力学一般动力学关系一般动力学关系化学动力学范围化学动力学范围扩散动力学范围扩散动力学范围n一一.一般动力学关系一般动力学关系n 整个过程的速度将由其中速度最慢的一环控制。现以金属氧化反应M+1/2O 2 MO为例说明之。n讨论讨论:n1、当扩散速度远大于化学反应速度时,化学反应速度控制此过程,称为化学动力学范围化学动力学范围。n2、当扩散速度远小于化学反应速度时,扩散速度控制此过程,称为扩散动力学范围扩散动力学范围
4、。n二二 化学动力学范围化学动力学范围n1.1.此过程的特点是此过程的特点是:n反应物通过产物层的扩散速度远大于接触面上的化学反应速度。过程总的速度由化学反应速度所控制。n2.2.均相二元系统化学反应速度的表达均相二元系统化学反应速度的表达式式n对于均相二元系统,化学反应速度的一般表达式是n V=KcAmc Bn n3.3.非均相二元系统化学反应速度表达非均相二元系统化学反应速度表达式式n 对于均相二元系统,计算过程中未考虑接触面积的影响,实际上,固相反应层非均相反应,接触面积在反应过程是影响固相反应速度的一个重要参数。接触面积用F表示。n 非均相二元系统反应的一般速度方程:n当反应过程中只有
5、一个反应物浓度可变时:n下面,引入转化率转化率G G的概念n转化率转化率G=G=转化的反应物量(或消耗掉的转化的反应物量(或消耗掉的反应物量)反应物量)/原始反应物量原始反应物量n消耗掉的反应物x即等于Gn反应物浓度C=1-Gn那么,二元系统非均相化学反应一般速度方程即可写成:n dG/dt=k nF(1-G)nn4.4.接触面积接触面积F F的计算的计算n转化程度:n G=nR0 x=R0(1G)1/3 或 x=R01(1G)1/3n相应于每个颗粒的反应表面积F 与转化程度G 的关系:n F F=A=A(1 1G G)2/32/3n5.5.化学反应控制范围的动力学方程化学反应控制范围的动力学
6、方程n1)零级反应n=0n将上式反应级数n代入数值,就可求出不同级数反应的微积分形式:n d G/dt=K A(1-G)2/3 n(1-G)0=K 0(1-G)2/3 n积分并考虑到初始条件:t=0,G=0,得:n nF F0 0(G)=1-(G)=1-(1-G1-G)2/3 2/3=K=K0 0t tn球形或立方体颗粒:F0(G)=1-(1-G)1/3=K0t n园柱形颗粒:F0(G)=1-(1-G)1/2=K01t n平板状颗粒:F0(G)=G=K02t n三三 扩散动力学范围扩散动力学范围n1.1.过程特点过程特点n 扩散速度很慢,起控制作用,为整个固相反应中速度最慢的一步。n 在多数情
7、况下,扩散速度往往起控制作用。n n2.2.动力学方程动力学方程n(1 1)抛物线型速度方程)抛物线型速度方程平板模型平板模型n此方程可从平板扩散模型导出。如图图6 6所示。n若化学反应速度远大于扩散速度,则过程由扩散控制。经 dt 时间,通过AB 层迁移的A 物质量为 dm,平板间接触面积为 S;浓度梯度为dc/dx,则按菲克定律有:n由于A 物质迁移量 dm 是比例于 sdx,故n n积分得:F 4(G)=x x2 2=2K=2K 4 4 DtDt=K =K 4 4 t tn上式即为抛物线速度方程的积分式。说说明反应产物层厚度与时间的平方根成比明反应产物层厚度与时间的平方根成比例。这是一个
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- 章节 相反 学习 巩固