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1、word研究生课程考试成绩单试卷封面院系能源与环境学院专业动力工程与工程热物理学生某某X三学号120119课程名称化学反响动力学授课时间2013年3月至 2013年6月周学时36学分简要评语考核论题总评成绩含平时成绩备注任课教师签名：日期：注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语栏缺填无效。2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。3. 学位课总评成绩以百分制计分。第一局部1简述化学反响动力学与化学反响热力学、化学反响工程的关系。答：化学反响动力学与化学反响热力学是综合研究化学反响规律的两个不可缺少的重要组成局部。由于二者各自的研究任务不同，研究的
2、侧重而不同，因而化学反响动力学与化学反响热力学既有显著的区别又互有联系。化学反响热力学特别是平衡态热力学是从静态的角度出发研究过程的始态和终态，利用状态函数探讨化学反响从始态到终态的可能性，即变化过程的方向和限度，而不涉与变化过程所经历的途径和中间步骤。所以，化学反响热力学不考虑时间因素，不能回答反响的速率历程。因此，即使一个反响在热力学上是有利的，但如果在动力学上是不利的，如此此反响事实上是不能实现的。因此，要开发一个新的化学过程，不仅要从热力学确认它的可能性，还要从动力学方面研究其反响速率和反响机理，二者缺一不可。从研究程序来说，化学反响热力学研究是第一位的，热力学确认是不可能的反响，也就
3、没有必要再进展动力学的研究。显然只有对热力学判定是可能的过程，才有进展动力学研究的必要条件。2简述速控步、似稳态浓度法、似平衡浓度法的适用条件与其应用。答：速控步：连续反响的总反响的速率决定于反响速率常数最小的反响步骤最难进展的反响，称此为决定速率的步骤。此结论也适应于一系列连续进展的反响；而且要满足一个条件即反响必须进展了足够长的时间之后。似稳态浓度法：是对于不稳定中间产物的浓度的一种近似处理方法，视之近似看作不随时间变化，不仅常用于连续反响，对于其他类似的反响只要中间物不稳定，也可适用。似平衡浓度法：在一个包括有可逆反响的连续反响中，如果存在速控步，如此可以认为其他各反响步骤的正向、逆向间
4、的平衡关系可以继续保持而不受速控步影响，且总反响速率与表观速率常数仅取决于速控步与它以前的反响步骤，与速控步以后的各步反响无关。对于综合反响进展简化处理的方法有：对于平行反响，总反响速率由快步反响确定；对于连续反响，总反响速率由慢步反响确定，一般把中间物质视为不稳定化合物，采用似稳态浓度法处理；对于可逆反响，总反响速率即为净反响速率，由正、逆反响速率确定，在反响进展足够长时间后，假定反响达到平衡，采用似平衡法处理。3简述平行反响、连续反响、可逆反响、自催化反响的主要反响动力学特征。答：平行反响：假如某一组作为反响产物同时参加两个或两个以上基元反响时，此复杂反响称为平行反响。主要特征如下：平行反
5、响速率取决于快步反响；平行反响表现活化能量，其所含诸反响的微分活化能对反响速率常数的带权平均值；高温时，表现反响速率常数与活化能均由指前因子和活化能都较小的反响来确定；平行反响中计量方程的反响物局部一样，且反响级数也一样，如此产物量之比等于反响速率常数之比，即反响过程中各产物数量之比恒定，可适当选择催化剂或调节温度提高目标产物的数量；不同级次平行反响，随时间推移对低级次反响有利；多组元平行反响中，选择性大小将同时决定于各反响速率常数和所用组元的相对量。连续反响：假如某一组元一方面作为某基元反响的产物生成，同时又作为另外基元反响的反响物而消耗且不再生，此称为连续反响。一级连续反响的特征有：总反响
6、速率决定于反响速率最小的反响步骤，即速控步；连续反响中有不稳定中间产物生成可采用似稳态浓度法。可逆反响：正逆反响都以显著速度进展的反响。主要特征如下：净反响速率等于正逆反响之差，当平衡时，净反响速率为零；反响平衡常数为正逆反响速率常数之比，取决于温度；对于可逆吸热反响，升高温度，平衡常数增大，平衡正向移动，对于可逆放热反响，升高温度，平衡常数减小，平衡反向移动；反响物或产物浓度对正逆反响速率均有影响，但不能改变平衡常数；反响程度受反响热力学平衡条件限制。自催化反响：指的是反响产物本身具有催化作用能加速反响的进展。主要特征如下：反响速率同时受反响物浓度与产物浓度的影响；自催化反响必须参加微量产物
7、才能启动，在反响初始阶段有一个速率由小到大的启动过程；自催化反响过程中会有一个最大反响速率出现。4简述气液反响的类型与其动力学特征。答：气液反响有以下类型：极慢反响过程：气相组分由气相主体向气液相界面的扩散速率与由相界面向液相主体的扩散速率远大于该组分的反响消耗速率，以致可以忽略该组分在气液膜中的传质阻力，整个过程由化学反响过程步骤控制。慢反响过程：气相组分由气相主体向气液相界面的扩散速率与由相界面向液相主体的扩散速率远大于该组分的反响消耗速率，但尚未达到可以忽略该组分在气液膜中的传质阻力的程度，化学反响主要在液相主体发生，可忽略液膜内的反响。中速反响：反响在液膜与液相主体中均有发生，即不可忽
8、略液膜内的反响。快速反响：反响在液膜中进展，气相组份在液膜内已完全消耗掉，液相主体中没有气相主体，可以忽略液相主体中进展的反响。瞬时反响：气液反响速率远大于反响组份在气液两侧膜内的传质速率，以致在液膜内反响组分不能共存，反响在液膜内的某个面上进展，反响面在液膜内的位置取决于气相组份分压、液相组份浓度。5简述在气固反响动力学实验研究中，如何消除内、外扩散的影响。答：先要进展预实验，确定适宜的气流速度，固相催化剂粒径不等，第一步先进展内扩散消除实验，对不同粒径大小的催化剂进展反响动力学研究，取反响速率最大的相应粒径，即消除内扩散影响；采用内扩散消除实验所确定的固相粒径在不同进气流速下进展外扩散消除
9、实验，取最大反响速率相应进气流速即可消除外扩散的影响。21试设计采用热天平研究煤气化反响或煤燃烧反响动力学参数的实验方法。解：煤气化反响的主要步骤：用热重法测定反响动力学参数，设置时间间隔是t=0.5min，记下热重仪的读数：t/min012热重仪读数x0x1x2x3x4x5通过改变水蒸气流量，得到不同的水蒸气反响浓度c1、c2、c3。当流量不同时，反响器中速率不同。分别测三个浓度下热重仪读数随时间的变化，根据煤质量减少判断水蒸气浓度的减少，利用分数寿期法计算反响级数：，令.取对数得：作图lgC(0)lg(t0)由直线的斜率求得n。，求得lgr=lgk+nlgC，以lgr对lgC作图，得一直线
10、斜率为n，截距为lgk。3.结合具体实例，试从反响步骤、反响物浓度分布、反响动力学的实验与理论研究方法等方面比照分析气固催化、气固非催化反响的动力学特征。解：(1)气固催化反响：是指气体在固体催化剂上进展的催化反响。反响步骤：反响物分子从气体主体向固体外外表扩散；反响组分从固体外表向内外表扩散；扩散到固体外表的反响物分子被固体外表吸附；被吸附的反响物分子在固体外表发生反响，生成被固体外表吸附的产物；反响产物在固体外表脱附；反响产物从固体内外表向外外表扩散；反响产物从固体外外表向气体主题扩散。根本特征：催化剂的存在改变了反响途径；催化剂只能改变达到平衡的时间，不能改变反响物系最终能达到的平衡状态
11、；催化剂具有选择性稳定状态下，气相组分由主体到外外表的传质速率等于其转化速率。气固催化反响过程往往由吸附、反响和脱附过程串连组成。因此动力学方程式推导方法，可归纳为如下几个步骤：假定反响机理，即确定反响所经历的步骤；决定速率控制步骤，该步骤的速率即为反响过程的速率；由非速率控制步骤达到平衡，列出吸附等温式；如为化学平衡，如此列出化学平衡式；将上列平衡关系得到的等式，代入控制步骤速率式，并用气相组分的浓度或分压表示，即得到动力学表达式。(2)气固非催化反响气固非催化反响与气固催化反响的最大区别在于：催化反响中固体催化剂虽然参与反响，但从理论上讲催化剂并不消耗或变化；而在气固非催化反响中，固体物料
12、如此直接参与反响，并转化为产物。根据气固非催化反响的特征，经过合理简化，有两种常用而简单的流固相反响模型：(i)整体反响模型：整体反响模型设想气体同时进入整个颗粒，并在颗粒内部各处同时进展反响，因此在反响过程中，整个固体颗粒连续发生变化，反响终了，固体颗粒全部消失，或变为新的固相产物。反响过程如图a所示。图a 整体反响模型图b 收缩未反响芯模型(ii)收缩未反响芯模型：简称缩芯模型。即气体在固体外表发生反响，然后由表与里，反响面不断由颗粒外外表移至中心，未反响芯逐渐缩小，反响终了，如产物仅为流体，如此固体颗粒消失；假如产物为固体或残留惰性物料，如此固体颗粒大小不变。反响过程如图b所示。大多数气
13、固非催化反响比拟接近缩芯模型，尤其是在固体反响物无孔或孔径很小，反响速率很快而扩散相对较慢时，更适用这一模型。上述二种模型是气固非催化反响的两种理想情况，实际过程往往介于两者之间，固体结构等因素会影响反响与扩散相对速率的大小，因此固体颗粒内的反响过程变得复杂化，已有一些模型可以更好地描述实际反响过程，例如：有限厚度反响模型，微粒模型，单孔模型等。由于有固体产物，所以固体颗粒大小在反响过程中不变。假定符合收缩未反响芯模型，反响步骤如下：气体反响物A由气流主体通过气膜扩散到固体颗粒外外表；反响物A由颗粒外外表通过产物层扩散到收缩未反响芯的外表；反响物A与固体反响物B进展化学反响；气体产物F通过固体
14、产物层内孔扩散到颗粒外外表；气体产物F由颗粒外外表通过气膜扩散到气流主体。对气固非催化反响来说，固体颗粒在整个反响过程中始终保持着它的个体，因而可以把每一个颗粒看作一个间歇的小反响器。固体颗粒在规定的浓度分压和温度条件下，其反响转化率必定由反响时间决定，可以实际测定固体转化率或剩余浓度与反响时间之间的关系，得到或式中Cbj组分j在流体主体中的浓度；xB固体转化率，； t反响时间； Rc颗粒未反响芯半径； Rs固体反响前半径。以上两式实际上是宏观动力学方程的积分式，如将上式进展数值积分，如此可以得到微分形式的动力学方程式，即这就是气固非催化反响的表观动力学方程。4.在某固体催化剂的外表发生如下的
15、气相反响：假如反响按如下机理进展：12345试推导在下述各情况下的反响动力学方程，并绘出各情况下的初始反响速率r0和总压Pt的关系曲线：（1） 步骤1为控制步骤的理想外表反响动力学方程；（2） 步骤3为控制步骤的理想外表反响动力学方程；（3） 步骤4为控制步骤的理想外表反响动力学方程；（4） 步骤3为控制步骤的真实外表反响动力学方程设A、B、R、S的吸附、脱附过程符合乔姆金吸附模型。解：1步骤1为控制步骤，整个反响的速率应等于A的吸附速率：其余步骤均达到平衡，第3步外表反响达到平衡时，可得式中，kSR是外表反响平衡常数。反响的速率方程：2步骤3为控制步骤，根据质量作用定律可写出该步的速率表达式，并作为整个反响的速率：其余各步均达到平衡，所以，式中，.假如代入以上各式，如此又代入可得：3步骤4为控制步骤，整个反响的速率应等于R的脱附速率：未覆盖率：脱附控制时反
