Кинетика гетерогенных реакций. Миттова И.Я - 6 стр.

UptoLike

Рубрика: 

6
11
3
24
:103;7
: 4,5
:3,8
NiOnn
Nin
HOn
=−=
=
=
Количества веществ , претерпевших превращение, соответствует тем , кото -
рые получились бы для утроенного стехиометрического уравнения .
Если же начальные условия остаются те же, но конечное состояние
1
=
ξ
, то
число молей каждого компонента будет равно:
Ni: n
3
1,5 = 1 n
3
= 2,5
H
2
O n
4
0,8 = 1 n
4
= 1,8
NiO n
1
10 = -1; n
1
= 9
H
2
n
2
3 = -1 n
2
= 2
Итак, при заданном исходном состоянии системы конечное состояние, со-
ответствующее
1
=
ξ
, неопределенно. Чтобы полностью определить , надо,
например, уточнить , что оно соответствует полному исчезновению лимити-
рующего реагента. Тогда для конечного состояния
=
ξ
, если условиться при-
нять за исходное такое количество молей лимитирующего реагента, которое
равно его стехиометрическому коэффициенту
0
li
n
ν
=
. Для этого частного слу-
чая
α
ξ
=
, в других случаях приходится прибегать к степени превращения , ес -
ли необходимо оперировать химической переменной , изменяющейся от 0 до 1
при переходе из начального состояния в конечное при любом исходном коли-
честве лимитирующего реагента. Использование
0
00
1
0
lll
ll
nnn
nn
α
==−
предусмат-
ривает определение конечного состояния как полного исчезновения лимити-
рующего реагента:
1
=
α
. Но в закрытой гетерогенной системе лимитирующий
реагент не обязательно будет твердая фаза, он может быть и газом . Тогда сте-
пени превращения
1
=
α
, как и в рассматриваемом примере, будет соответство-
вать лишь частичное превращение NiO.
Скорость реакций в закрытой системе
По де Донде скорость реакции есть отношение изменения
ξ
d глубины проте-
кания
ξ
реакции ко времени dt, необходимого для того, чтобы в системе про-
изошло это изменение:
d
dt
ξ
υ = (17)
Для объема V удельная скорость
1
уд
d
vdt
ξ
υ =
(18)
Однородная область , в которой протекает реакция , может быть и двумер-
ной . Если А площадь двумерной области, Р, Т и состав однородны , то
1
уд
d
Adt
ξ
υ =
(19)
                                          6
 NiO : n1 − 10 = −3 ; n1 = 7 
                             
 Ni : n3 = 4,5               
 H 2O : n4 = 3,8             
                             
      К ол ичествавещ еств, претерпевших превращ ение, соответствует тем , кото-
ры епол учил ись бы дл я утроенного стехиом етрического уравнения.
Е сл и ж е начал ь ны е усл овия остаю тся те ж е, но конечное состояние ξ = 1, то
числ о м ол ей каж дого ком понентабудет равно:
Ni:           n3 – 1,5 = 1            n3 = 2,5
H 2O          n4 – 0,8 = 1            n4 = 1,8
NiO           n1 – 10 = -1;           n1 = 9
H2            n2 – 3 = -1             n2 = 2
      И так, при заданном исходном состоянии систем ы конечное состояние, со-
ответствую щ ее ∆ξ = 1, неопредел енно. Ч тобы пол ность ю определ ить , надо,
наприм ер, уточнить , что оно соответствует пол ном у исчезновению л им ити-
рую щ его реагента. Т огда дл я конечного состояния ξ = 1, есл и усл овить ся при-
нять за исходное такое кол ичество м ол ей л им итирую щ его реагента, которое
равно его стехиом етрическом укоэф ф ициенту nl0 = ν i . Д л я этого частного сл у-
чая ξ = α , в других сл учаях приходится прибегать к степени превращ ения, ес-
л и необходим о оперировать хим ической перем енной, изм еняю щ ейся от 0 до 1
при переходе из начал ь ного состояния в конечное при л ю бом исходном кол и-
                                                          nl − nl0      n
честве л им итирую щ его реагента. И спол ь зование α =            = 1 − l0 предусм ат-
                                                          0 − nl0
                                                                        nl
ривает определ ение конечного состояния как пол ного исчезновения л им ити-
рую щ его реагента: α = 1. Н о в закры той гетерогенной систем е л им итирую щ ий
реагент не обязател ь но будет твердая ф аза, он м ож ет бы ть и газом . Т огда сте-
пени превращ ения α = 1, как и в рассм атриваем ом прим ере, будет соответство-
вать л ишь частичноепревращ ениеNiO.

                      С ко ро с т
                                ь реа кци й в за кры т
                                                     о й си ст
                                                             ем е
П о де Д онде скорость реакции есть отношение изм енения dξ гл убины проте-
кания ξ реакции ко врем ени dt, необходим ого дл я того, чтобы в систем е про-
изошл оэто изм енение:
                                             dξ
                                        υ=                                    (17)
                                              dt
Д л я объем аV удел ь ная скорость
                                               1 dξ
                                        υ уд =                                (18)
                                               v dt
      О днородная обл асть , в которой протекает реакция, м ож ет бы ть и двум ер-
ной. Е сл и А – пл ощ адь двум ерной обл асти, Р, Т и состав однородны , то
                                        1 dξ
                                 υ уд =                                       (19)
                                        A dt