Кинетика гетерогенных реакций. Миттова И.Я - 5 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

5
Если принять
ii
α
ρρ
α
νν
=
∑
, то (13) запишем :
12
12
...
c
c
dndndn
d
ρρρ
ρ
ρρρ
ννν
==== (14)
Полное изменение
i
dn
числа молей i - го компонента при одновременном
протекании r реакций будет иметь тот же вид , что и для гомогенной системы:
∑
=
=
r
ii
nddn
1ρ
ρ
(15)
Интегрированием получим выражение, аналогичное (9).
Если среди r реакций существуют такие, которые приводят лишь к изме-
нению фазового состояния , то соответствующие им коэффициенты
∑
=
α
α
ρρ
ν
ν
ii
будут равны 0, и такой переход из одной фазы в другую не изме-
нит массы рассматриваемого компонента и в сумме число членов уменьшается
на величину
rr
′
−
, равную числу реакций , отвечающих простым фазовым из-
менениям . Тогда
∑
′
=
=
r
ii
nddn
1ρ
ρ
, интегрируя от t
0
до t, получим
0
1
r
iii
nn
ρρ
ρ
νε
′
=
=+
∑
(16)
Здесь учтено, что
0
=
ρ
ξ
при t = t
0
и
∑
=
α
α
ρρ
ν
ν
ii
Пример: 1 реакция и каждый компонент принадлежит к 1-й фазе
NiO
тв
+ H
2
→ Ni
тв
+ H
2
O
твердая фаза: NiO 1 нечетные индексы .
твердая фаза: Ni 3
газовая фаза Н
2
, Н
2
О 2, 4 четные индексы .
ξ
ννν
ν
d
dndndndn
===
−
=
−
==−=−=
′
1
1
1
1
1;1;1;1
2
4
3
3
2
2
1
1
2
4
3
3
2
21
В этом простейшем случае
∑
=
α
α
ρρ
ν
ν
ii
– стехиометрические коэффициен -
ты веществ, входящих в химическое уравнение, независимо от фазы , к которой
эти вещества принадлежат, т. е.
1
;1;1;1
4
2
43
3
32
2
21
1
1
====−==−== ννννννν
ν
.
Предположим , что в реакцию вступают 10 молей NiO и 3 моля Н
2
в при-
сутствии в начальный момент 1,5 моля Ni и 0,8 моля Н
2
О. Лимитирующий
агент – водород . Максимальная глубина протекания реакции определяется из
выражения для химической переменной
max
3
ξ
−=−
. Расчет числа молей других
компонентов при максимальной степени превращения дает такие значения : 
                                                     5
Е сл и принять   ∑ν
                 α
                      α
                      iρ   = ν i ρ , то (13) запишем :

                                      d ρ n1 d ρ n2        d n
                                            =       = ... = ρ c = dξ ρ        (14)
                                      ν 1ρ    ν 2ρ          ν cρ
    П ол ное изм енение dni числ а м ол ей i-го ком понента при одноврем енном
протекании r реакций будет им еть тот ж евид, что и дл я гом огенной систем ы :
                                               r
                                      dni =   ∑ d ρ ni                        (15)
                                              ρ =1
И нтегрированием пол учим вы раж ение, анал огичное(9).
     Е сл и среди r реакций сущ ествую т такие, которы е приводят л ишь к изм е-
нению ф азового состояния, то соответствую щ ие им              коэф ф ициенты
ν iρ = ∑ν iαρ будут равны 0, и такой переход из одной ф азы в другую не изм е-
       α
нит м ассы рассм атриваем ого ком понента и в сум м е числ о чл енов ум ень шается
на вел ичину r − r ′ , равную числ уреакций, отвечаю щ их просты м ф азовы м из-
                                r′
м енениям . Т огда dni =       ∑ d ρ ni , интегрируя отt0 доt, пол учим
                               ρ =1
                                                          r′
                                           ni = ni0 + ∑ν i ρ ε ρ              (16)
                                                         ρ =1
                                                                α
Здесь учтено, что ξ ρ = 0 при t = t0 и ν iρ = ∑ν iρ
                                                          α
П рим ер: 1 реакция и каж ды й ком понентпринадл еж итк 1-й ф азе
NiOтв + H2 → Niтв + H2O
твердая ф аза: NiO             1     нечетны еиндексы .
твердая ф аза: Ni              3
газовая ф азаН 2, Н 2О         2, 4 четны еиндексы .
ν 1′ = −1; ν 22 = −1; ν 33 = 1; ν 42 = 1
dn11 dn22 dn33 dn42
    =    =    =     = dξ
−1 −1      1    1
                                                         α
     В этом простейшем сл учаеν iρ = ∑ν iρ – стехиом етрическиекоэф ф ициен-
                                                     α
ты вещ еств, входящ их в хим ическоеуравнение, независим о от ф азы , к которой
эти вещ ествапринадл еж ат, т. е.
ν 11 = ν1 = −1; ν 22 = ν 2 = −1; ν 33 = ν 3 = 1; ν 42 = ν 4 = 1.
     П редпол ож им , что в реакцию вступаю т 10 м ол ей NiO и 3 м ол я Н 2 в при-
сутствии в начал ь ны й м ом ент 1,5 м ол я Ni и 0,8 м ол я Н 2О . Л им итирую щ ий
агент – водород. Максим ал ь ная гл убина протекания реакции определ яется из
вы раж ения дл я хим ической перем енной −3 = −ξ max . Расчет числ а м ол ей других
ком понентов при м аксим ал ь ной степени превращ ения дает такиезначения:

Страницы