[科普中国]-反应控制

反应控制(reartion control)整个反应速度为催化剂表面 反应速度控制的功力学行为。当内、外打散速度远比表面化 学反应速度大得多时，催化剂全部内表面得到充分利川，孔内 深处的反应物或产物的浓度与气流土体浓度相近，内、外扩散 。f以忽略。实验测得的动力学方程真实地反映了表面化学反 应的动力学规律。

反应控制反应控制reartion control整个反应速度为催化剂表面 反应速度控制的功力学行为。当内、外打散速度远比表面化 学反应速度大得多时，催化剂全部内表面得到充分利川，孔内 深处的反应物或产物的浓度与气流土体浓度相近，内、外扩散 。f以忽略。实验测得的动力学方程真实地反映了表面化学反 应的动力学规律。1

表面反映控制在气-固反应中，吸附在固体表面的反应组分发生化学反应的速率在整个反应中是最慢的，这样的机制称为表面反应控制。表面反应的活化能一般较大，升高反应温度，往往能使表面反应速率增加最快，便有可能将表面反应控制转变为其他过程控制。

释义编辑

在气-固反应中，吸附在固体表面的反应组分发生化学反应的速率在整个反应中是最慢的，这样的机制称为表面反应控制。[1]

例如，气固催化反应一般包含如下几个步骤：

(1)气体分子向催化剂外表面扩散(外扩散)；

(2)扩散到催化剂表面的气体分子向催化剂内孔扩散(内扩散)；

(3)反应物分子在催化剂内表面吸附(表面吸附)；

(4)吸附分子在催化剂表面反应(表面反应)；

(5)反应物分子从催化剂内表面脱附(表面脱附)；

(6)脱附分子向催化剂外表面扩散(内扩散)；

(7)产物分子向气体本体扩散(外扩散)。

这七个步骤可以分为两类：第一类包括(1)、(2)和(6)、(7)四个步骤，它们属于物质传递的物理过程，称之为扩散过程；第二类包括(3)、(4)、(5)这三个步骤，它们属于反应物(或产物)分子在催化剂表面起化学作用的过程，称之为表面反应过程。这七个步骤中，最慢的一步决定整个反应的速率，称为反应速率控制步骤。反应速率控制步骤的速率即为该多相催化反应的速率。若(1)、(2)或(6)、(7)中任一步骤为速率控制步骤，则称为扩散控制反应；若(3)、(4)、(5)中任一步骤为速率控制步骤，则称为表面反应控制或动力学控制。

表面反应过程编辑

表面反应过程包括吸附、表面反应和脱附3个步骤，每一步骤可作为一个基元反应来处理。当表面反应为控制步骤时，吸附和脱附一定是相对较快的过程，在反应的任意时刻吸附和脱附都处于平衡态，所以催化剂上反应物浓度为吸附平衡浓度，而平衡浓度可借助化学吸附等温方程计算。这种处理问题的方法称为平衡浓度法2。

表面反应控制动力学编辑

反应速度qt用单位时间反应分子的摩尔数(摩尔数/秒)表示，[2]方程写成：

qt=KjAC

式中C表示液相中反应物浓度(摩尔/升)；；Cj是反应速度常数[(摩尔/升)厘米秒]；A是固体面积(厘米)，m表示反应级数(无因次)；

如果分子扩散不重要，也就是，浓度到处均匀(C界面=C总体)，则该方程成立。最简单的反应是反应级数m等于1，即反应速度仅与浓度成正比。m不等于l，表示反应机理复杂。

若反应可逆，即反应物变成生成物不完全是生成物聚集的结果，情况就比较复杂。这一点对于碳酸盐和有机酸(如乙酸)的反应特别明显。

CaCO3+CH3COOH=Ca(CHCOO)2+CO2+H2O

二氧化碳(CO2)在水中呈弱酸，它阻碍乙酸(也是一种弱酸)完全离解。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学