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化学计量式:
也可以写成:
或:
化学计量学
反应程度:对于间歇系统中的某反应,若反应混合物中某组分的起始物质的量为ni0,反应后该组分的物质的量为ni,则定义反应程度为:
转化率:关键组分A反应掉的物质的量与其开始时物质的量之比
或写成:
对等摩尔反应:
化学计量学
化学膨胀因子:每转化掉1mol的反应物A时,反应混合物物质的量的变化,用符号δA表示。
若反应在恒温压下连续进行,反应前后总物质的量变化,则必然引起体系的体积流量的变化。反应过程的瞬时体积流量V应等于初始体积流量V0与化学反应引起的体积流量变化ΔV之和。
对于反应:
V0,T,P
V0T,PΔV
化学计量学
则由于反应引起的摩尔数变化为:
由于T,P恒定,则ΔV完全由化学反应前后物质的量变化引起。设反应物A,B及惰性组分I的的初始浓度分别为cA0,cB0和cI0,则在某一瞬间,各组分的浓度为:
由化学膨胀因子的定义可知,当A组分的转化率为xA时,引起物系摩尔数的变化为则有:
则有:
则组分A的瞬时浓度为:
化学计量学
膨胀率:A组分全部反应时造成体系体积变化的比例。
则:
化学计量学
例1:对于反应,已知反应开始时甲烷的摩尔分率为,求转化率为时,甲烷的摩尔分率。
解:
化学计量学
多重反应系统中独立反应数的确定
定义:多重反应系统中存在着一定的独立反应数或关键组分数,而其它反应或其它组分均可由物料衡算关系确定。
所采用的方法:
(1)原子矩阵法:其依据是封闭物系中各个元素的原子数目守恒。
得到原子矩阵后,经过初等变换,所得的矩阵
的秩即为系统的独立反应数。
(2)简易法:
独立反应数=反应体系中所含的物质数-形成这些物质的元素数。
化学计量学
多重反应的收率及选择率
多重反应包括:同时反应,平行反应,连串反应,平行-连串反应
:反应系统中同时进行两个或两个以上的反应物与产物都不相同的反应:如:
:一种反应物同时形成多种产物,如:
:反应物先生成某种中间产物,中间产物又继续反应生成最终产物,如:
-连串反应:最终产物可以由几步连串过程生成,也可以由一步直接生成,如:
化学计量学
对目的产物,其收率定义为:
为了表达已反应的关键组分中转化为目的产物的分率,定义选择率如下:
转化率的定义为:
因此有:Y=sx
化学反应速率的表示方式
化学反应速率:单位时间内单位反应混合物体积中反应物的反应量或产物的生成量。其表示方法因反应在间歇或连续系统中进行而不同。
:反应物一次加入反应器,经历一定的反应时间达到所要求的转化率后,产物一次卸出,生产是分批进行的。若搅拌系统效果良好,则反应物系的组成,温度,压力等参数在每一瞬间都是一致的,但随反应的进行,其值随时间而变,故独立变量为时间。