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化學(xué)計(jì)量學(xué)chemical stoichiometry

時(shí)間：2020-03-01 來源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：
由于化學(xué)反應(yīng)而引起反應(yīng)物系組成變化的計(jì)算方法，是對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行物料衡算和熱量衡算的依據(jù)之一。
　　化學(xué)計(jì)量方程 　化學(xué)計(jì)量學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)方程。設(shè)反應(yīng)組分（反應(yīng)物及反應(yīng)產(chǎn)物）A1，A2，…An間進(jìn)行一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)前后反應(yīng)物系的質(zhì)量保持不變（核反應(yīng)除外），即反應(yīng)物消失的質(zhì)量恒等于反應(yīng)產(chǎn)物生成的質(zhì)量，其化學(xué)計(jì)量方程可以下列通式表示：
　　　　　

v1A1＋v2A2＋…＋vnAn＝0　　　　 (1)


或
　　　　　　　　

　　　　　　　　 (la)

式中vi為反應(yīng)組分Ai的化學(xué)計(jì)量系數(shù)；Ai為反應(yīng)物時(shí)，vi＜0;Ai為反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)，vi＞0;Ai若為惰性組分則vi=0。如將反應(yīng)物集中在左端，而反應(yīng)產(chǎn)物全部移至右端，(1)式即是通常的化學(xué)方程式?；瘜W(xué)計(jì)量方程僅表示反應(yīng)過程中反應(yīng)組分摩爾質(zhì)量變化的比例關(guān)系，而不反映反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行的機(jī)理。
　　如在n個(gè)反應(yīng)組分間存在著m個(gè)相互獨(dú)立的化學(xué)反應(yīng)，則有如下的化學(xué)計(jì)量方程：
　　　　　

　　　　　　(2)

式中vij為第j個(gè)反應(yīng)中反應(yīng)組分Ai的化學(xué)計(jì)量系數(shù)。
　　獨(dú)立反應(yīng)數(shù) 　同時(shí)進(jìn)行的若干反應(yīng)，如果其中任何一個(gè)反應(yīng)均不可能由其他反應(yīng)線性組合得到，此即為獨(dú)立反應(yīng)。反應(yīng)物系中存在多個(gè)反應(yīng)時(shí)，首先需確定獨(dú)立反應(yīng)數(shù)，它可根據(jù)化合物元素矩陣來確定。設(shè)反應(yīng)組分A1，A2…，An是由p個(gè)元素E1，E2…，Ep所組成，反應(yīng)組分Ai中含元素Ek的原子數(shù)為

，則按反應(yīng)組分及組成元素可寫出下列矩陣：
　　　　　　

若上列矩陣的秩為R，則獨(dú)立反應(yīng)數(shù)m等于n-R。此法不適用于含有同分異構(gòu)化合物的物系。計(jì)算各反應(yīng)組分量的變化時(shí)，只需計(jì)及獨(dú)立反應(yīng)，毋需考慮非獨(dú)立反應(yīng)。
　　反應(yīng)進(jìn)程變量 　表示反應(yīng)進(jìn)行程度的變量。若物系中只含一個(gè)反應(yīng)，則用一個(gè)變量即可描述反應(yīng)進(jìn)行的程度；若為多個(gè)反應(yīng)，則反應(yīng)進(jìn)程變量數(shù)目應(yīng)等于獨(dú)立反應(yīng)數(shù)。常用的反應(yīng)進(jìn)程變量有：①反應(yīng)進(jìn)度。指反應(yīng)組分的變化量與其化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比，是一個(gè)廣度變量，單位為mol。反應(yīng)進(jìn)度是對(duì)一個(gè)反應(yīng)而言的，若有m個(gè)獨(dú)立反應(yīng)，相應(yīng)的有m個(gè)反應(yīng)進(jìn)度。根據(jù)反應(yīng)進(jìn)度可以計(jì)算任何反應(yīng)組分的變化量。②轉(zhuǎn)化率。某一反應(yīng)物的反應(yīng)量與其初始量之比。轉(zhuǎn)化率為一強(qiáng)度因素，其值小于或等于 1。除非初始反應(yīng)物系中各反應(yīng)物的比例符合化學(xué)計(jì)量系數(shù)比，否則按不同反應(yīng)物計(jì)算的轉(zhuǎn)化率的數(shù)值是不同的。③收率。為生成某一反應(yīng)產(chǎn)物所消耗某一反應(yīng)物的摩爾量與該反應(yīng)物的初始摩爾量之比。收率亦為強(qiáng)度因素，其值小于或等于1。若按重量來計(jì)算收率，稱為重量收率，當(dāng)產(chǎn)物的分子量大于反應(yīng)物的分子量時(shí)，則其值可能大于 1。④選擇率。為生成某一反應(yīng)產(chǎn)物所消耗某一反應(yīng)物的摩爾量與該反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的摩爾量之比。選擇率也是強(qiáng)度因素，其值小于或等于1。
　　根據(jù)轉(zhuǎn)化率、收率和選擇率的定義可知，收率等于轉(zhuǎn)化率與選擇率的乘積。
　　具有循環(huán)過程的反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)器流出的物料分離出大部分產(chǎn)品后，又回到反應(yīng)器進(jìn)口處。所以，進(jìn)入反應(yīng)器的物料組成將不同于進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的原料組成，反應(yīng)器出口的物料組成也不同于離于反應(yīng)系統(tǒng)的物料組成。以反應(yīng)器進(jìn)出口為基準(zhǔn)計(jì)算的收率和轉(zhuǎn)化率，分別稱為單程收率和單程轉(zhuǎn)化率。如以進(jìn)出反應(yīng)系統(tǒng)的物料來計(jì)算轉(zhuǎn)化率和收率，則分別稱為全程轉(zhuǎn)化率和全程收率。
　　反應(yīng)進(jìn)度是根據(jù)反應(yīng)來定義，而轉(zhuǎn)化率、收率和選擇率則是按反應(yīng)組分來定義，因此兩類反應(yīng)進(jìn)程變量不應(yīng)混用。  
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