化學(xué)反應(yīng)工藝因素基本分析

吳艷君 （青島堿業(yè)股份有限公司 266043）

劉鵬 （青島海灣化工設(shè)計研究院有限公司 266043）

化學(xué)反應(yīng)在人們的生產(chǎn)生活中起著重要作用，從宏觀的角度分析化學(xué)反應(yīng)有新物質(zhì)生成，并且伴隨著散熱或吸熱現(xiàn)象。化學(xué)反應(yīng)種類繁多，變幻無窮在國家化工業(yè)發(fā)展發(fā)揮不可替代的作用。加強化學(xué)反應(yīng)工藝因素分析，能夠提高原料利用率，減少資源浪費、節(jié)約能源，讓化學(xué)反應(yīng)最大限度為人們生產(chǎn)生活服務(wù)。

一、化學(xué)反應(yīng)平衡理論

化學(xué)平衡的研究主要針對可逆反應(yīng)來講的，主要指既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，同時又能向逆反應(yīng)的方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，大部分化學(xué)反應(yīng)都是可逆反應(yīng)。

滿足可逆反應(yīng)條件的物質(zhì)放在一起，剛接觸時反應(yīng)的程度比較劇烈，但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐步停止，這是從宏觀角度分析的。其實從微觀上來看化學(xué)反應(yīng)并沒有停止，只不過是化學(xué)鍵的斷裂和形成達(dá)到了動態(tài)的平衡?；瘜W(xué)反應(yīng)是一個持續(xù)反應(yīng)的動態(tài)過程，當(dāng)正逆反應(yīng)速率相等時，往往給人反應(yīng)結(jié)束的假象。在實際的生產(chǎn)中，為了精確掌握化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度，需要引入相關(guān)的概念更好的用于工業(yè)生產(chǎn)。

1、化學(xué)平衡常數(shù)

化學(xué)平衡常數(shù)的定義是：在一定條件下可逆反應(yīng)不管從生成物還是反應(yīng)物投料，最終都會達(dá)到反應(yīng)平衡狀態(tài)。這時生成物化學(xué)計量數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物化學(xué)計量數(shù)次冪乘積之比是一個常數(shù)，這就是化學(xué)平衡常數(shù)，用K表示?；瘜W(xué)平衡常數(shù)有濃度平衡成熟和壓強平衡常數(shù)之分，它的引入為人們定量的研究化學(xué)反應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。

2、化學(xué)平衡移動

化學(xué)平衡移動意義在于，當(dāng)改變外界條件比如溫度、壓力和反應(yīng)物、生成物濃度時，打破了原有化學(xué)平衡狀態(tài)使其最大限度的向正方向進(jìn)行，這在工業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。

（1）濃度對化學(xué)反應(yīng)的影響

從化學(xué)平衡常數(shù)定義分析來看，當(dāng)反應(yīng)溫度不變時，增加反應(yīng)物濃度必然會使化學(xué)反應(yīng)向正方向移動，從而引起生成物濃度的增加這樣才能達(dá)到最終的平衡狀態(tài)；同樣將生成物移走，對于原有的平衡狀態(tài)來看，相當(dāng)于增加了反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)也會向正方向移動，提高反應(yīng)物的利用率，這在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用比較廣泛。

例如，對于N2+3H2=2NH3可逆反應(yīng)來講，讓化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動，在其他條件不變的前提下，可以在反應(yīng)容器中充入N2或者H2使它們的濃度增加。在實際的生產(chǎn)中為了獲得多的NH3，需要將生成的NH3盡快的移走，降低NH3的濃度。這樣反應(yīng)就能向正方向移動。

（2）溫度對化學(xué)平衡的影響

改變濃度是在化學(xué)平衡常數(shù)不變的情況下遵循的規(guī)律，但是當(dāng)化學(xué)反應(yīng)溫度發(fā)生變化會引起化學(xué)平衡常數(shù)的變化。經(jīng)過物理化學(xué)家們的潛心研究，終于發(fā)現(xiàn)了溫度對化學(xué)平衡的影響，其滿足克拉伯龍方程，即當(dāng)升高溫度化學(xué)反應(yīng)向吸熱的方向移動，降低溫度化學(xué)反應(yīng)向放熱方向移動。所以，在工業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的吸、放熱采取相應(yīng)的措施，讓其向著生成物方向移動。

（3）壓強對化學(xué)平衡的影響

壓強對化學(xué)反應(yīng)的影響主要針對反應(yīng)物中有氣體或者是生成物有氣體反應(yīng)，由化學(xué)平衡常數(shù)來看，化學(xué)方程式中分子數(shù)增加和減少的反應(yīng)，壓強對其產(chǎn)生的影響也不同。經(jīng)過試驗證明，在其他條件時，增大壓強有利于向化學(xué)分子數(shù)小的方向移動，減小壓強有利于向化學(xué)分子數(shù)增大的方向移動。

二、化學(xué)反應(yīng)速率理論

不同化學(xué)反應(yīng)其反應(yīng)速率有著明顯的區(qū)別，比如，酸堿中和以及爆炸反應(yīng)比較猛烈，部分氧化反應(yīng)進(jìn)行緩慢。為了將化學(xué)反應(yīng)更好的為化工生產(chǎn)服務(wù)，需要對化學(xué)反應(yīng)詳細(xì)的研究，經(jīng)過研究最終用化學(xué)反應(yīng)速率來衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢。

1、濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，是通過影響化學(xué)平衡進(jìn)行過程實現(xiàn)的。對于大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，增加生成物或者降低生成物濃度有利于向正方向移動，但是并不是所有的化學(xué)反應(yīng)都遵守這個規(guī)律。比如，某組分對化學(xué)反應(yīng)速率的分級數(shù)是零，不管增加還是減少該組分都不會對化學(xué)反應(yīng)速率造成影響；當(dāng)某組分反應(yīng)分級數(shù)是負(fù)數(shù)，增加其濃度不會提高原反應(yīng)的速率，相反會降低其速率。對于某化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)確定了催化劑和外界溫度后，濃度就成為影響其反應(yīng)速率是重要因素。

2、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

很早以前人們就發(fā)現(xiàn)溫度對化學(xué)反應(yīng)速率有重要影響?；瘜W(xué)反應(yīng)除了濃度對反應(yīng)速率有影響外，和化學(xué)速率常數(shù)也有著密切的聯(lián)系，溫度對化學(xué)反應(yīng)的影響主要通過影響反應(yīng)速率常數(shù)實現(xiàn)。反應(yīng)中如果整個體系的活化能降低，其反應(yīng)溫度就越高，反應(yīng)速率也就越快。但是對于復(fù)雜的反應(yīng)體系來講，溫度升高有利于向活化能高的方向移動。

3、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

催化性具有選擇性，比如某種物質(zhì)在一個反應(yīng)中是催化劑，在其他反應(yīng)中就不一定是催化劑。對于具有主副反應(yīng)的體系，可以選擇合適的催化劑達(dá)到促進(jìn)主反應(yīng)抑制副反應(yīng)的目的。另外，在化工生產(chǎn)中需要研究影響催化劑中毒的因素，避免由于使用工業(yè)設(shè)施不慎，導(dǎo)致催化劑中毒情況的發(fā)生。催化劑中毒使催化劑不能發(fā)揮最佳的催化效果，影響反應(yīng)的進(jìn)行。

三、總結(jié)

化學(xué)是重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，它和其它學(xué)科一起在促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展上扮演者舉足輕重的角色，是人類改造自然的重要手段，是人類文明進(jìn)步的重要標(biāo)志。很早以前人類就開始利用化學(xué)知識為生產(chǎn)服務(wù)，在當(dāng)今社會化工行業(yè)的迅速發(fā)展與化學(xué)取得的研究有著重要的內(nèi)在聯(lián)系。

通過對化學(xué)反應(yīng)工藝因素進(jìn)行分析，了解影響化學(xué)反應(yīng)方向和速率的因素，對提高化工原料利用率，縮短化學(xué)反應(yīng)時間具有重要的意義?，F(xiàn)在化學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，大到國防科技、宇宙探索，小到食物的保鮮等。因此，我國要加強化學(xué)領(lǐng)域方面的研究，讓化學(xué)為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

[1]王曉娟.《化學(xué)反應(yīng)原理》教材的比較研究[D].天津師范大學(xué)2008

[2]王瑾.綠色化學(xué)工藝的開發(fā)與應(yīng)用 [J].貴州化工.2007(04)