炼钢原理4炼钢动力学基础

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1、一、组织教学、复习旧课，引入新课二、教学内容4.1.1动力学方法和热力学方法的比较4.1.2化学反应级数及化学反应速率式4.1.3反应级数的确定及反应速率常数式4.1.4可逆反应的速率式4炼钢动力学基础（第一讲）复习提问返回1.影响化学反应速度的因素。2.影响化学平衡的因素。3.平衡常数有何特点？4.解释名词分解压并说出分解压的特点。4.1.1动力学方法和热力学方法的比较下页研究反应过程的速率和机理的重要意义。动力学是讨论过程速率现象的学科，其基本关系式为：速率=驱动力／阻力。化学反应中，过程的驱动力是远离平衡的程度，也就是实际状态与平衡状态的差值。阻力的倒数称为动力学

2、常数或速率常数。对于碳氧反应速率式为：（4-2）式中，k称为速率常数，其倒数是反应的阻力。微分前的负号表示在降低，有了这个负号可使速率保持正值。4.1.1动力学方法和热力学方法的比较返回微观动力学范畴与宏观动力学。炼钢过程动力学即属于宏观动力学。炼钢反应过程是由物质的扩散和界面化学反应等环节组成的串联过程，其中速率最慢的环节限制着整个反应过程的速率。这个最慢的环节就称之为反应过程速率的限制性环节。为此可以把炼钢反应区别为化学控制或是传质控制。如果两种步骤快慢相近，则为复合控制。为了把握好过程的控制环节，先要对化学反应和传质这两个环节本身的规律有必要的了解。研究炼钢反应动

3、力学的目的就在于通过研究反应在各种条件下的组成环节，导出反应速率的方程，找出反应的限制性环节，讨论各种因素对速率的影响，以便用来控制和改进实际操作，提高冶炼的强度及生产率。4.1.2化学反应级数及化学反应速率式1.基元反应。2.质量作用定律。3反应级数。4化学反应速率式返回1.基元反应。返回一般来说，一个化学反应方程式仅仅表示反应的初、末态，至于反应的历程，即反应机理怎样，由原始物变成产物的过程中，要经历什么步骤，这是看不出来的。事实上，化学反应一般多是由若干个简单步骤所组成。每一个简单步骤称为一个基元反应。2.质量作用定律。返回质量作用定律是：化学反应速度与各反应物浓

4、度的幂次方的乘积成正比。对于基元反应各浓度的幂指数等于反应方程式中各反应物前的系数，但多步反应幂指数不一定是反应物前系数。例如，反应式为：aA+bB＝cC+dD反应速度方程式式中k是比例常数，不随浓度而变，称为反应速率常数或反应比速。它的物理意义是反应物浓度都是1浓度单位时的反应速率。K值大小取决于参加反应物质的本性、溶剂性质和温度等。另外，k值与浓度和时间所采用的单位以及按哪一个反应物来表示反应速率都有关系。3反应级数返回由于反应机理在许多情况下还不知道，因而不能按质量作用定律直接写出其速率方程。速率方程中的浓度方次只能由实验确定，其结果式（4—4）类似：式中、β由实

5、验确定。n=α+β+······n称为反应级数。反应级数就是反应速率方程中各物质浓度方次之和。反应级数只是一个实验值，不一定是整数。4化学反应速率式返回通过积分，可得表4-1。见书30页。4.1.3反应级数的确定及反应速率常数式1反应级数的确定2阿累尼乌斯公式返回1反应级数的确定返回（1）积分法（尝试法）将实验测定的各时间反应物的浓度代入速率的各积分式中，试探其中哪个积分式求出的k不随时间而变化，则该式求出的级数就是所求反应的级数。如果不论哪一公式计算所得的k值都不是常数，那么这个反应一定是不能用整数级数表示的复杂反应。（2）作图法用实验数据按c对t作图，如为直线，则反

6、应为0级。如按lnc对t作图呈直线，则反应为一级，余此类推。此法和前法都不能确定分数级反应的级数。其次，还有半衰期法、微分法等。2阿累尼乌斯公式返回化学反应速率常数k与绝对温度之间有如下的阿累尼乌斯关系式：式中E—化学反应的活化能，它是完成化学反应，是物质变为活化分子所需要的平均能量，J/mol;—指数前系数，又称为频率因子，也是时的k。阿累尼乌斯公式表明反应速率随着温度的升高而加快，对于有相近值的不同反应，活化能越小，则在一定温度时的k就越大，即反应趋向于沿着活化能较小的途径进行。2阿累尼乌斯公式化学反应的活化能是反应分子具有的高出一般分子平均能量的能量，用以克服反应

7、物转变为生成物历程中的能碍。在一定温度范围内，E可看作一个与温度关系不大的常数，但它能反映温度对反应速率的影响。E值很大的反应在低温下的速率很小，提高温度时，k值增加很快；E值小的反应在低温下就有较高的速率，但温度提高后，k值增加较慢，亦即温度对加速这种反应速率的作用不及前一种反应的大。表观活化能返回4.1.4可逆反应的速率式返回对于一级可逆反应，由式（2-8）知，可逆反应速率的微分式为：式中称为一级可逆反应的速率常数。它是由正反应的速率常数和反应的平衡常数组成，体现了动力学因素和热力学因素的结合。由以上微分式可进一步导出其积分式。式中—