《化学反应工程》课程教学资源（作业习题）第2章 习题

2.2化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型例2一1若某铁催化剂上氨合成反应速率由氨脱附所控制，并设表面吸附态有氨及氮，试推导均匀表面吸附动力学方程和化学反应控制动力学方程。1.5H, +0.5N, ← NH第1页

第1页 1 3 例2－1 若某铁催化剂上氨合成反应速率由氨脱 附所控制，并设表面吸附态有氨及氮，试 推导均匀表面吸附动力学方程和化学反应 控制动力学方程。 2 2 3 1.5H  0.5N  NH 2.2 化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型

2.2化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型解：过程由氨脱附所控制，则：1->HINH, = raNH, - TaNH;=k,ONH; -kaPNH3i=1设能与α,构成吸附平衡的N,组分的分压值为pN2'则由平衡近似假定可知：NzPN,达到吸附平衡1于是：1-20,=1+bm,+bNH,Pi=1NH第2页

第2页 1 3 解：过程由氨脱附所控制，则： 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 3 NH3 2 NH dNH aNH d NH a NH 1 N 2 N N N 2 1 N N NH N 1 1 i i i i r r r k k p p p b p b p                      ＝ 1- 设能与 构成吸附平衡的 组分的分压值为 ， 则由平衡近似假定可知： 达到吸附平衡 于是：1- ＋ ＋ 2.2 化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型

2.2化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型6NHNH9eN,= I+bN,PN,+ bNH,PNHs由题 0.5N,+1.5H,NH,由表面反应的化学平衡，有：PNH3因此有：=K,,0.51.5PN, PH2Pnt, = K,peg pl将pNH,代入和QNH，再代入速率表达式后得：k(K,pN) pl-PNH,INH31+by Ppe +bn, pe p第3页

第3页 1 3   3 2 2 3 2 2 3 3 2 2 3 3 2 2 3 2 2 2 2 3 NH 0.5 1.5 N H 0.5 1.5 NH N H NH 0 NH 0.5 1.5 N H NH NH 0.5 1.5 N N NH N H 0.5N +1.5H NH 1 p p p p p K p p p K p p p k K p p p r b p b K p p        由题 由表面反应的化学平衡，有： ，因此有： 将 代入 和 ，再代入速率表达式后得： － ＝ ＋ ＋ 3 NH3 3 2 2 3 NH3 NH NH N N NH 1 b p b p b p     ＋ ＋ 2.2 化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型

2.2化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型例2一2在某催化剂表面发生如下可逆反应：A=B+S反应机理为：A+c=AoAo=Bc+SBo=B+ C试分别推导出1、2、3各为控制步骤时的均匀吸附动力学方程第4页

第4页 1 3 例2－2 在某催化剂表面发生如下可逆反应： A=B+S 反应机理为： A+σ=Aσ Aσ=Bσ+S Bσ=B+ σ 试分别推导出1、2、3各为控制步骤时的均匀吸 附动力学方程 2.2 化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型

2.2化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型解：1）当1为控制步骤时：ra=kapa(1-Ze.)-k,0S不被吸附，分母中没有k,pa-kabapArA=1+bapA +bePp表面反应达到平衡：PBPsPBPsPAKKpPPB=PB第5页

第5页 1 3 解： 1）当1为控制步骤时： S不被吸附，分母中没有 * B S B S A p p * p p p p p K K   A a A 1 i d A r  k p   k  * a A A A A * A A B B 1 d * k p k b p r b p b p     表面反应达到平衡： * B B p  p 2.2 化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型