实例分析
实例分析
第五节 实例分析 ·前面所讨论的化学反应体系是最简单，最纯粹的反应体系，体系 中只有一个化学反应在进行，且反应的温度和压力均保持恒定， 实际上的化学反应往往要复杂得多，体系中可能有多种反应同 时进行，在有些情况下，反应的温度与压力也会变化. ·一。同时平衡 ·实际生产中的化学反应过程，除了主反应之外，常常有多个副反 应同时进行，特别在有机化工生产中，由于原料复杂，反应途径多 种多样，会出现数十种甚至于数百种反应同时进行的情况. ·体条中有两个或两个以上化学反应同时进行并达平衡，此类化 学平衡称为同时平衡。 ·对于有多种化学反应同时进行的体华，首光要弄请体系中真正 独立的化学反应数，将非独立反应排除掉
第五节 实例分析 • 前面所讨论的化学反应体系是最简单,最纯粹的反应体系,体系 中只有一个化学反应在进行,且反应的温度和压力均保持恒定. 实际上的化学反应往往要复杂得多,体系中可能有多种反应同 时进行,在有些情况下,反应的温度与压力也会变化. • 一. 同时平衡 • 实际生产中的化学反应过程,除了主反应之外,常常有多个副反 应同时进行,特别在有机化工生产中,由于原料复杂,反应途径多 种多样,会出现数十种甚至于数百种反应同时进行的情况. • 体系中有两个或两个以上化学反应同时进行并达平衡, 此类化 学平衡称为同时平衡. • 对于有多种化学反应同时进行的体系,首先要弄清体系中真正 独立的化学反应数,将非独立反应排除掉
·例：合成氨工业常以天然气为原料制备氢，其主要反应为： ● (1) CH4+H20=C0+3H2 ·副反应还有： (2) CH4+2H20=C02+4H2 (3) CH4+C02=2C0+2H2 ·(4④) C0+H20=C02+H2 (5) CH=C+2H2 ·(6) C+C02=2C0 ·(7) C+H2O=CO+H2 以上7个反应不全为独立的，不难发现各反应间存在下列关系： (2)=(1)+(4) (3)=(1)-(4) (6)=(3)-(5) (7)=(4)+(6)
• 例: 合成氨工业常以天然气为原料制备氢,其主要反应为: • (1) CH4+H2O=CO+3H2 • 副反应还有: • (2) CH4+2H2O=CO2+4H2 • (3) CH4+CO2=2CO+2H2 • (4) CO+H2O=CO2+H2 • (5) CH4=C+2H2 • (6) C+CO2=2CO • (7) C+H2O=CO+H2 • 以上7个反应不全为独立的,不难发现各反应间存在下列关系: • (2)=(1)+(4) • (3)=(1)-(4) • (6)=(3)-(5) • (7)=(4)+(6)
·故此体系中的独立反应数为： 7-4=3 有3个独立反应.可选定反应(1)，(4)，（⑤）为独立反应，其余4个反应 可以由此3个反应组合而得. ·当多个反应体系达平衡时，体系中任一组分不论参与了 多少个化学反应，此组分在它所参加的化学反应中，只 有同一个浓度值.只要抓住这一点，同时平衡的所有问 题就可迎刃而解。 。 在上例中，参与反应的物质有6种：CH4,H20,C0,H2,C,C02 。 设：CH4的起始摩尔数为a, H,0的起始摩尔数为b; 反应(1)消耗的CH,的摩尔数为x 反应(4消耗的CO的摩尔数为y; 反应（⑤）消耗的CH的摩尔数为z
• 故此体系中的独立反应数为: 7-4=3 • 有3个独立反应.可选定反应(1),(4),(5)为独立反应,其余4个反应 可以由此3个反应组合而得. • 当多个反应体系达平衡时,体系中任一组分不论参与了 多少个化学反应,此组分在它所参加的化学反应中,只 有同一个浓度值.只要抓住这一点,同时平衡的所有问 题就可迎刃而解. • 在上例中,参与反应的物质有6种:CH4 ,H2O,CO,H2 ,C,CO2 . • 设: CH4的起始摩尔数为a, H2O的起始摩尔数为b; • 反应(1)消耗的CH4的摩尔数为x; • 反应(4)消耗的CO的摩尔数为y; • 反应(5)消耗的CH4的摩尔数为z
(1) CH(g)+H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) ● a-x-Z b-x-y x-y 3x+y+2Z (4) CO(g) +H20(g) C02(g) + H2(g) X-y b-x-y y 3x+y+2Z (⑤) CH(g) = C(s) 2H2(g) ● a-x-Z Z 3x+y+2Z 其中：CH4,H20,C0,和H2均处于同一平衡体系中，故不论在哪一 个反应中，这些组分的摩尔量时一样的. ·此反应体系除碳为固体外，其余物质均为气体.达平衡时，体系中 气体物质的总摩尔数为： n,=n(CH)+n(H2O)+n(CO)+n(H2)+n(CO2) =(a-x-Z2+(b-x-y)+(x-y)+(3x+y+2z+y =a+b+2x+Z
• (1) CH4 (g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2 (g) • a-x-z b-x-y x-y 3x+y+2z • (4) CO(g) + H2O(g) = CO2 (g) + H2 (g) • x-y b-x-y y 3x+y+2z • (5) CH4 (g) = C(s) + 2H2 (g) • a-x-z z 3x+y+2z • 其中:CH4 ,H2O,CO,和H2均处于同一平衡体系中,故不论在哪一 个反应中,这些组分的摩尔量时一样的. • 此反应体系除碳为固体外,其余物质均为气体. 达平衡时,体系中 气体物质的总摩尔数为: • nt=n(CH4 )+n(H2O)+n(CO)+n(H2 )+n(CO2 ) • =(a-x-z)+(b-x-y)+(x-y)+(3x+y+2z)+y • =a+b+2x+z