第三章冶金反应动力学基础 3.1概述 动力学研究的内容:探讨反应的速率和机理。 冶金反应多为高温多相反应,冶金过程常常伴有流体流动和传热传质现象发 生,因此,冶金动力学研究必然有涉及动量传递、热量传递和质量传递等冶金传 输问题
第三章 冶金反应动力学基础 3．1 概述 动力学研究的内容：探讨反应的速率和机理。 冶金反应多为高温多相反应，冶金过程常常伴有流体流动和传热传质现象发 生，因此，冶金动力学研究必然有涉及动量传递、热量传递和质量传递等冶金传 输问题
化学反应速度的表示方法 化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物的减少浓度增 加值表示。如反应 A+B=AB 其速率 d c d CB C d t (3-1) d t d t 其中CA、CB、CAB分别表示反应物A、B和反应产物AB的浓度; J、JB、JAB分别是以反应物A、B和反应产物AB表示的反应速度:反应物 和反应产物表示的反应速度符号相反。 必须指出,若反应方程式中反应物和生成物的化学计量数不同,则以各物质 浓度随时间变化所表示的反应速率易不同
一、 化学反应速度的表示方法 化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物的减少浓度增 加值表示。如反应 A+B=AB 其速率 d t d C J A A − d t d C J B B = − d t d C J AB AB = (3-1) 其中 CA、CB、CAB 分别表示反应物 A、B 和反应产物 AB 的浓度； JA、JB、JAB 分别是以反应物 A、B 和反应产物 AB 表示的反应速度；反应物 和反应产物表示的反应速度符号相反。 必须指出，若反应方程式中反应物和生成物的化学计量数不同，则以各物质 浓度随时间变化所表示的反应速率易不同
速度的不同表示方法: 当参加反应的物质浓度以质量百分数表示时这时相应的反应速率为: dCc d[%C 在均相反应中,参加反应的溶质A的浓度采用单位体积内A物质的量的变 化表示时,有 dc1 d 在流体和固体的反应中,以固体的单位质量W为基础,即用单位质量固体 中所含物质A的量来表示浓度,则 d nA (3-5 在两流体间进行的界面反应,如渣钢反应,或气固界面反应,以界面上单位 面积S为基础,即用单位界面上所含的物质的量来表示浓度,则 d
速度的不同表示方法： 当参加反应的物质浓度以质量百分数表示时这时相应的反应速率为： d t d C d t d C J C C [% ] − − = − (3-3) 在均相反应中，参加反应的溶质 A 的浓度采用单位体积内 A 物质的量的变 化表示时，有 ( ) 1 d t d n d t V d C J A A A = − = − (3-4) 在流体和固体的反应中，以固体的单位质量 W 为基础，即用单位质量固体 中所含物质 A 的量来表示浓度，则 ( ) 1 d t d n W J A S A = − (3-5) 在两流体间进行的界面反应，如渣钢反应，或气固界面反应，以界面上单位 面积 S 为基础，即用单位界面上所含的物质的量来表示浓度，则 ( ) 1 d t d n d t S d C J A A A = − = − (3-6)
在气固反应中,有时也以固体物质的单位体积为基础来表示浓度,这时有 1 dn (3-7) d t 在气相反应中,反应前后气体物质的量不相等,体积变化很大,这时不能准 确测得初始体积Co。在这种情况下,最好用反应物的转化率来代表浓度。如 开始时体积v中有A物质nA0(mol),当反应进行到t时刻时,剩下的A物质 为nA(mol),其转化速率为 (3-8) 即 (1-f)。所以 d(n4/10)d(n0(1-fA)/ (3-9)
在气固反应中，有时也以固体物质的单位体积为基础来表示浓度，这时有 ( ) 1 d t d n V J A S A = − (3-7) 在气相反应中，反应前后气体物质的量不相等，体积变化很大，这时不能准 确测得初始体积 C0。在这种情况下，最好用反应物的转化率 fA来代表浓度。如 开始时体积 V0 中有 A 物质 nA0（mol），当反应进行到 t 时刻时，剩下的 A 物质 为 nA（mol），其转化速率为 0 0 A A A A n n n f − = (3-8) 即 (1 ) A A0 A n = n − f 。所以 d t d f C d t d f V n d t d n f V d t d n V J A A A A A A A A 0 0 0 0 0 0 ( / ) ( (1 )/ ) = = − = − = − (3-9)
、质量作用定律 定温度下的反应速率,与各个反应物的浓度的若干次方成正比。对基元反应,每种反应物浓度的指数等于反应式中 各反应物的系数。 k,CaCB kBCACB d CaB-kuCaci d t dt (3-10) 这就是化学反应的质量作用定律。式中的比例系数kA、kB、kAB称为反应的速度常数 对复杂反应不能直接应用质量作用定律,而应按照分解的基元反应分别讨论或经试验测定,确定其表观速率
二、质量作用定律 一定温度下的反应速率，与各个反应物的浓度的若干次方成正比。对基元反应，每种反应物浓度的指数等于反应式中 各反应物的系数。 b B a A A A k C C d t d C − = ， b B a B A B k C C d t d C − = ， b B a A B A A B k C C d t d C − = (3-10) 这就是化学反应的质量作用定律。式中的比例系数 kA、kB、kA B 称为反应的速度常数。 对复杂反应不能直接应用质量作用定律，而应按照分解的基元反应分别讨论或经试验测定，确定其表观速率