ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
Степень превращения и скорость реакции
Гетерогенные реакции – это реакции, происходящие на границе раздела
фаз . К ним относятся реакции типа твердое – твердое, твердое – газ, твердое –
жидкость , а также жидкость – газ и некоторые реакции жидкость – жидкость .
Рассмотрим некоторые общие вопросы .
Понятие «степень превращения» легко ввести для простой реакции в за-
крытой гомогенной системе
cc
AAAA
ν
ν
ν
ν
+
+
↔
+
+
......
332211
.
Пусть
ξ
– химическая переменная , которая характеризует глубину проте-
кания реакции от условного начала
ξ
= 0. Тогда изменение массы всех компо-
нентов i , участвующих в реакции, будет определяться :
(
)
0
1, 2,
iiii
mmMic
νξ−==K
, (1)
где
000
12
,
c
mmm
K – начальные количества компонентов при t = 0,
i
ν
– стехио-
метрические коэффициенты .
C учетом того, что n
i
= m
i
/M
i
– число молей каждого компонента, получим
12
12
...
c
c
dndndn
d
ξ
ννν
==== (2)
Тот из компонентов , который присутствует в меньшем количестве, будет
определять max возможную глубину протекания реакции
max
ξ
. Этот реагент на-
зывается лимитирующим (в индексе l) и он оказывается полностью прореаги-
ровавшим , когда
max
ξ
:
0
0
maxmax
0;
l
ll
l
n
n νξξ
ν
−==−
(3)
Введем степень превращения
α
:
0
max
l
l
n
ξξ
αν
ξ
==−
(4)
Для реагента l:
0
lll
nn
νξ
−=
. Тогда:
00
00
1
0
lllll
l
ll
nnnnn
и
nn
να
ξ
−−
===−
−
(5)
Согласно (5), α меняется от 0 до 1.
Если превращение определяет состояние равновесия в системе, то ξ не
достигает
max
ξ
, а приближается к равновесному значению
e
ξ
. Тогда использует-
ся степень завершенности реакции ζ :
e
ξ
ξ
ζ = (6)
Число молей реагента будет стремиться к равновесному значению
e
i
n :
0
0
0
e
ii
iiie
e
ii
nn
nn
nn
νξζ
−
−=⇒=
−
(7)
3
Ст епень превра щ ени я и ско ро с т ь реа кци и
Г етерогенны е реакции – это реакции, происходящ ие на границе раздел а
ф аз. К ним относятся реакции типа твердое – твердое, твердое – газ, твердое –
ж идкость , атакж еж идкость – газ и некоторы ереакции ж идкость – ж идкость .
Рассм отрим некоторы еобщ иевопросы .
П онятие « степень превращ ения» л егко ввести дл я простой реакции в за-
кры той гом огенной систем еν 1 A1 + ν 2 A2 + ... ↔ ν 3 A3 + ... + ν c Ac .
П усть ξ – хим ическая перем енная, которая характеризует гл убинупроте-
кания реакции от усл овного начал а ξ = 0. Т огда изм енение м ассы всех ком по-
нентов i, участвую щ их в реакции, будетопредел ять ся:
mi − mi0 = ν i M iξ ( i = 1, 2,K c ) , (1)
где m10 , m20 K mc0 – начал ь ны е кол ичества ком понентов при t = 0, ν i – стехио-
м етрическиекоэф ф ициенты .
C учетом того, что ni = mi/Mi – числ о м ол ей каж дого ком понента, пол учим
dn1 dn2 dn
= = ... = c = dξ (2)
ν1 ν2 νc
Т от из ком понентов, которы й присутствует в м ень шем кол ичестве, будет
определ ять max возм ож ную гл убинупротекания реакции ξ max . Э тот реагент на-
зы вается л им итирую щ им (в индексе l) и он оказы вается пол ность ю прореаги-
ровавшим , когдаξ max :
nl0
0 − nl0 = ν lξ max ; ξ max = − (3)
νl
В ведем степень превращ ения α :
ξ ξ
α= = −ν l (4)
ξ max nl0
Д л я реагентаl: nl − nl0 = ν lξ . Т огда:
nl − nl0 nl − nl0 n
νl = и α= = 1 − 0l (5)
ξ 0 − nl0
nl
С огл асно (5), α м еняется от0 до1.
Е сл и превращ ение определ яет состояние равновесия в систем е, то ξ не
достигаетξ max , априбл иж ается к равновесном узначению ξ e . Т огдаиспол ь зует-
ся степень завершенности реакции ζ:
ξ
ζ = (6)
ξe
e
Ч исл о м ол ей реагентабудетстрем ить ся к равновесном узначению ni :
ni − ni0
n − n = ν iξ e ⇒ ζ = e
e 0
(7)
ni − ni0
i i
