化學(xué)計(jì)量學(xué)及應(yīng)用

1、補(bǔ)充章 STOICHIOMETRY化學(xué)計(jì)量學(xué)化學(xué)計(jì)量學(xué)(stoichiometry)是以化學(xué)反應(yīng)式形式表達(dá)的質(zhì)量守恒定律，用于計(jì)算某一時(shí)刻化學(xué)組成和各組分的數(shù)量變化。運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其他相關(guān)學(xué)科的理論與方法，優(yōu)化化學(xué)量測(cè)過程，并從化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)中最大限度地提取有用的化學(xué)信息。是一門新興的化學(xué)交叉學(xué)科。與基于量子化學(xué)的計(jì)算化學(xué)(Computational Chemistry)的不同之點(diǎn)在于化學(xué)計(jì)量學(xué)是以化學(xué)測(cè)量為其基點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上是化學(xué)量測(cè)的基礎(chǔ)理論與方法學(xué)，為化學(xué)量測(cè)提供理論和方法，為各類波譜及化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)的解析，為化學(xué)化工過程的機(jī)理研究和優(yōu)化提供新途徑，涵蓋了化學(xué)量測(cè)的全過程，包括

2、采樣理論與方法、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與化學(xué)化工過程優(yōu)化控制、化學(xué)信號(hào)處理、分析信號(hào)的校正與分辨、化學(xué)模式識(shí)別、化學(xué)過程和化學(xué)量測(cè)過程的計(jì)算機(jī)模擬、化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系、化學(xué)數(shù)據(jù)庫、人工智能與化學(xué)專家系統(tǒng)等。2022/8/271（1）表示各反應(yīng)物、生成物在反應(yīng)過程中量的變化關(guān)系的方程。如： N23H22NH3 可以寫成如下一般化形式： N23H22NH30 一個(gè)由S個(gè)組分參予的反應(yīng)體系，其計(jì)量方程可寫成： 1Al2A2SAS0 或 式中：Ai表示i組分，i為i組分的計(jì)量系數(shù)。 規(guī)定反應(yīng)物的計(jì)量系數(shù)為負(fù)，反應(yīng)產(chǎn)物的計(jì)量系數(shù)為正。2.1 化學(xué)計(jì)量方程及其應(yīng)用（結(jié)合習(xí)題解和參考書）2022/8/272注意：計(jì)量方程僅

3、表示由于反應(yīng)引起的各反應(yīng)物之間量的變化關(guān)系，與反應(yīng)的實(shí)際歷程無關(guān)。 在計(jì)量方程的計(jì)量系數(shù)之間不應(yīng)含有除1以外的任何公因子。 用個(gè)計(jì)量方程即可描述各反應(yīng)組分之間量變化關(guān)系的反應(yīng)稱之為單一反應(yīng)；必須用兩個(gè)(或更多)計(jì)量方程才能確定各反應(yīng)組分在反應(yīng)時(shí)量變化關(guān)系的反應(yīng)，稱為復(fù)合反應(yīng)。2022/8/273如果有m個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，則第j個(gè)反應(yīng)和總反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式可分別表達(dá)為（2）線性方程組：（3）矩陣：2022/8/2742.2 收率=轉(zhuǎn)化率選擇性對(duì)于單一反應(yīng)，收率等于轉(zhuǎn)化率，而選擇性等于1轉(zhuǎn)化率是針對(duì)反應(yīng)物的，而收率選擇性則是針對(duì)目的產(chǎn)物的。2022/8/275 多重反應(yīng)的收率（Yield）及選擇性 （

4、Selectivity）多重反應(yīng)是指有多個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的體系 同時(shí)反應(yīng)：Simultaneous reactions連串反應(yīng)：Consecutive reactions平行反應(yīng)：Parallel reactions復(fù)合反應(yīng)（平行連串反應(yīng)）Combination reactions2022/8/276多重反應(yīng)舉例：氨的氧化2022/8/277多重反應(yīng)舉例：苯氧化制順酐2022/8/278多重反應(yīng)舉例： CO加氫、乙烯氧化2022/8/279多重反應(yīng)舉例：乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷。進(jìn)料乙烯15mol,氧氣7mol。出料乙烯13 mol,氧氣4.76mol,計(jì)算乙烯轉(zhuǎn)化率，環(huán)氧乙烷收率及選擇率。解：C2

5、H40.5O2C2H4O C2H43O22CO22H2OxA=(15mol13mol)/15mol=0.133第一個(gè)反應(yīng)所消耗的乙烯轉(zhuǎn)化的乙烯S第二個(gè)反應(yīng)所消耗的乙烯轉(zhuǎn)化的乙烯（1S）有：2mol S 0.5+2mol (1S) 3=7mol4.76molS=0.752 Y=第一個(gè)反應(yīng)所消耗的乙烯加入的乙烯總量（15mol）故Y2 0.75215=0.100或Y xA S=0.1002022/8/2710 膨脹因子 每轉(zhuǎn)化掉1mol的反應(yīng)物A時(shí)，反應(yīng)混合物mol量的變化。對(duì)于反應(yīng):2.3 氣相變?nèi)葸^程氣相反應(yīng)物濃度變化的原因: (1)分子數(shù)量的變化（反應(yīng)所致）(2)體積的變化（溫度、壓力和反應(yīng)

6、分子數(shù)變化所致）2022/8/2711 膨脹因子應(yīng)用P.31反應(yīng)：恒溫恒壓條件：氣相濃度變化間關(guān)系：2022/8/27122.4 獨(dú)立反應(yīng)例：CH4 + H2O CO + 3H2 （1）CH4+ 2H2O CO2 + 4H2 （2）CO + H2O CO2 + H2 （3）觀察法：（1）（3）（2）確定獨(dú)立反應(yīng)的3種方法計(jì)量系數(shù)矩陣法已知反應(yīng)式原子矩陣法未知反應(yīng)式獨(dú)立反應(yīng)的意義與應(yīng)用觀察法已知反應(yīng)式寫成矩陣：2022/8/2713 計(jì)量系數(shù)矩陣法秩k=2, 有兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)：-CH4 -H2O + CO + 3H2 =0-H2O CO + CO 2 + H2 =0矩陣變換2022/8/2714

7、原子矩陣法？行初等變換后：于是得：CH4 = 4H2 + CO2 - 2H2OCO = H2 + CO 2 - H2O 選擇關(guān)鍵組分：所選擇的CH4和CO排在矩陣的最后兩列。 非關(guān)鍵組分應(yīng)包括所有元素。體系含有CO, H2O, H2, CH4, CO2, N2等6個(gè)組分, 其原子矩陣為2022/8/2715習(xí)題：甲醇氧化為甲醛：2CHOH+O=2HCHO+2H2O2CHOH+3O=2CO2 +4H2O進(jìn)入反應(yīng)器原料氣甲醇：空氣：水蒸汽2:4:1.3（mol比）。反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率72%,收率69.2%。計(jì)算反應(yīng)器出口氣體組成。2022/8/2716習(xí)題：甲醇氧化為甲醛：2CHOH+O=2HCHO+2H2O2CHOH+3O=2CO2 +4H2O進(jìn)入反應(yīng)器原料氣甲醇：空氣：水蒸汽2:4:1.3（mol比）。反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率72%,收率69.2%。計(jì)算反應(yīng)器出口氣體組成。2022/8/2717習(xí)題：天然氣組成CH 93.16%, N26.84% 。天然氣與水蒸汽1:3mol比進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)，氣相色譜分析反應(yīng)后干氣組成為： N21.35% ,CO 10.8%, CH 16%, CO2 8.95% ,H2 62.9%你認(rèn)為該分析結(jié)果是否可靠？2022/8/2718習(xí)