化学反应的基本原理与大气污染

化学反应的基本概念与原理在我们的日常生活中，化学反应无处不在。

从食物的消化到金属的生锈，从燃烧的火焰到药物的作用，无一不是化学反应的结果。

那么，究竟什么是化学反应呢？它又遵循着怎样的基本原理呢？化学反应，简单来说，就是物质发生了变化，产生了新的物质。

这种变化不是简单的物理混合或者状态改变，而是原子之间的重新组合，导致了物质性质的根本性改变。

比如说，铁在潮湿的空气中会生锈。

原本闪亮的铁逐渐变得锈迹斑斑，这就是铁与空气中的氧气和水发生了化学反应，生成了铁锈这种新的物质。

再比如，氢气和氧气在点燃的条件下会生成水，这也是一个典型的化学反应。

化学反应的发生需要一定的条件。

有的反应需要加热，有的需要光照，还有的需要在特定的溶剂中进行。

比如，高锰酸钾受热分解，就是在加热的条件下发生的。

而植物的光合作用，则是在光照的条件下，将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。

在化学反应中，有几个重要的概念需要我们了解。

首先是反应物和生成物。

反应物是参加反应的物质，而生成物则是反应后生成的新物质。

就像前面提到的氢气和氧气反应生成水，氢气和氧气就是反应物，水就是生成物。

其次是化学方程式。

化学方程式是用化学式来表示化学反应的式子。

它不仅能表示出反应物、生成物，还能反映出反应的条件以及各物质之间的定量关系。

例如，2H₂＋ O₂＝ 2H₂O 这个方程式，就清晰地表明了 2 个氢气分子和 1 个氧气分子反应生成 2 个水分子。

然后是催化剂。

催化剂能够改变化学反应的速率，但自身在反应前后的质量和化学性质不变。

比如说，在双氧水分解制取氧气的实验中，二氧化锰就是一种催化剂，它能加快双氧水分解的速度。

化学反应还遵循着一些基本原理。

质量守恒定律是其中最重要的之一。

它指出，在化学反应中，参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。

这是因为化学反应只是原子的重新组合，原子的种类、数目和质量都没有改变。

能量守恒定律也是不可或缺的。

化学反应往往伴随着能量的变化，要么吸收能量，要么释放能量。

化学工程中的化学反应工程原理化学反应工程是化学工程学中的一项重要内容，它通过对化学反应过程的研究和设计，以达到高效、经济和环保的目的。

在化学工程中，化学反应工程原理是指在实际工程过程中，根据化学反应的基本原理，选择适当的工艺条件和参数，以及控制反应过程，从而实现预期的反应结果。

一、化学反应的基本原理化学反应是指物质之间由于化学变化而形成新物质的过程。

在化学反应中，原料与反应物通过一系列的反应步骤转化为产物，同时伴随着能量的释放或吸收。

化学反应的基本原理包括：1. 反应物和产物之间的化学平衡：化学反应达到平衡时，正反两个方向的反应速率相等，反应物和产物的浓度保持不变。

2. 反应速率：反应速率受到反应物浓度、反应温度和催化剂等因素的影响。

通过控制这些因素，可以提高反应速率和产物的产率。

3. 反应热力学：化学反应的热力学参数（如焓变、熵变和自由能变）决定了反应是否能够进行，以及反应的方向性。

4. 反应动力学：反应速率随时间的变化规律，即反应速率方程。

了解反应速率方程可以帮助设计反应的工艺条件。

二、化学反应工程的设计原则化学反应工程的设计是为了达到预期的反应结果，同时考虑经济效益、能源利用和环境保护等因素。

以下是化学反应工程设计的几个重要原则：1. 选择适当的反应类型：不同的反应类型有不同的特点和适用范围，如聚合反应、酯化反应、氧化反应等。

根据反应物的性质和产物的要求，选择合适的反应类型。

2. 优化反应条件：通过调节反应温度、压力等参数，控制反应物浓度和反应速率，实现高效、安全的反应过程。

3. 选择合适的催化剂：催化剂可以提高反应速率和选择性，降低反应温度和能耗。

选择适当的催化剂对化学反应工程具有重要意义。

4. 控制副反应和副产物生成：副反应和副产物的生成会降低反应产率和纯度，需要采取相应的措施，如控制工艺条件、优化催化剂选择等。

5. 实施反应过程的自动化与监控：通过自动化设备和监控系统，实现对反应过程的实时监测和控制，提高生产效率和安全性。

化学反应工程的基本原理和应用化学反应工程是一门研究化学反应过程、反应器设计和反应条件优化的学科。

其基本原理涉及到热力学、动力学、传热学和质量传递等多个方面。

在化学工业、制药工业、食品加工、环境保护等领域中，化学反应工程都得到了广泛的应用。

本文将介绍化学反应工程的基本原理和应用。

一、化学反应工程的基本原理1. 热力学基础热力学是研究物质热性质和能量转换的学科。

化学反应的方向、速率和平衡状态均与热力学有关。

在化学反应过程中，反应物和生成物的热力学性质会决定反应物和反应产物的物态和量。

在热力学中，常用的量有物态函数、能量、熵、焓和自由能等。

物态函数是指与温度、压力和物质量有关的函数。

比如，摩尔焓表示单位物质的能量和摩尔基本热容表示温度变化单位物质的热容。

熵表示物质分子的运动状态的无序程度，是一个复杂的物理量。

自由能是描述热力学过程能量变化的重要物理量。

2. 动力学基础动力学研究物质在时间上的变化。

化学反应的速率、动力学模型、反应路径等都与动力学有关。

在化学反应中，反应速率对于工艺过程的影响非常重要，主要受反应物浓度、反应温度、反应物质分子的能量等影响。

化学反应的速率常被表述为反应物消失和产物生成的速率。

反应速率与反应物质分子间的碰撞次数和碰撞的方式有关，速率常数是用来描述反应速率大小的参数。

通过测量反应物的消失和产物的生成速率，可以推导出化学反应的动力学模型和反应路径。

3. 传热学基础传热学是研究热量的传递过程和方法的学科，其研究内容包括传热传质的机理、传热传质的基本定律和传热传质的数学模型等。

在化学反应工程中，传热是一个非常重要的环节。

化学反应需要吸热或放热，传热的效率和传热方式会直接影响反应的温度和速率。

常见的传热方式包括传导、对流和辐射等。

传热系数是描述传热的重要参数，其大小受传热的方式、材料特性和流体性质等多个因素的影响。

4. 质量传递基础质量传递是气体、液体和固体之间物质的传递。

化学反应中会涉及到多种物质的质量传递，比如，反应物的输送、反应产物的分离和纯化等。

第二章 化学反应的基本原理和大气污染1、是非题（对的在括号内填“+”号，错的填“-”号）（1）r S ∆ 为正值的反应均是自发反应。

（-） （2）某一给定反应达到平衡后，若平衡条件不变，分离除去某生成物，待达到新的平衡，则各反应物和生成物的分压或浓度分别保持原有定值。

（-）（3）对反应系统122()()()(),(298.15)131.3r m C s H O g CO g H g H K kJ mol θ-+=+∆= 。

由于化学方程式两边物质的化学计量数（绝对值）的总和相等，所以增加总压力对平衡无影响。

（-） （4）上述（3）中反应达到平衡后，若升高温度，则正反应速率v （正）增加，逆反应速率v （逆）减小，结果平衡向右移动。

（-）（5）反应的级数取决于反应方程式中反应物的化学计量数（绝对值）。

（-） （6）催化剂能改变反应历程，降低反应的活化能，但不能改变反应的rmG θ∆。

（+）（7）在常温常压下，空气中的N 2 和O 2 能长期存在而不化合生成NO 。

且热力学计算表明22()()2()N g O g NO g +=的(298.15)0r m G K θ∆ ，则N 2 和O 2混合气必定也是动力学稳定系统。

（+）（8）已知4CCl 不会与2H O 反应，但422()2()()4()CCl l H O l CO g HCl aq +=+的1(298.15)379.93r m G K kJ mol θ-∆=- ，则必定是热力学不稳定而动力学稳定的系统。

（+）2、选择题（将所有正确答案的标号填入空格内）（1）真实气体行为接近理想气体性质的外部条件是 （b ）（a ）低温高压 （b ）高温低压 （c ）低温低压 （d ）高温高压 （2）某温度时，反应22()()2()H g Br g HBr g +=的标准平衡常数2410K θ-=⨯，则反应2211()()()22HBr g H g Br g =+的标准平衡常数K θ等于 （b ）（a ）21410-⨯ （b （c ）2410-⨯ （3）升高温度可以增加反应速率，最主要是因为 （b ）（a ）增加了分子总数（b ）增加了活化分子的百分数 （c ）降低了反应的活化能 （d ）促使平衡向吸热方向移动(4)已知汽车尾气无害化反应221()()()()2NO g CO g N g CO g +=+的(298.15)0r m H K θ∆≤，要有利于取得有毒气体NO 和CO 的最大转化率，可采取的措施是 ( c) （a ）低温低压 （b ）高温高压 （c ）低温高压 （d ）高温低压（5）温度升高而一定增大的量是 (bc )（a ） r m G θ∆ （b ）吸热反应的平衡常数K θ（c ）液体的饱和蒸气压 （d ）反应的速率常数k（6）一个化学反应达到平衡时，下列说法中正确的是 ( a) （a ）各物质的浓度或分压不随时间而变化（b ）r m G θ∆=0（c ）正、逆反应的速率常数相等（d ）如果寻找到该反应的高效催化剂，可提高其平衡转化率3、填空题（1）对于反应： 1223()3()2();(298)92.2r m N g H g NH g H K kJ mol θ-+=∆=-若升高温度(约升高100 K)，则下列各项将如何变化(填写：不变，基本不变，增大或减小。

第二章化学反应的基本原理与大气污染部分课后习题答案1、是非题（对的在括号内填“+”号，错的填“-”号）⑴ - ；⑵ - ；⑶ -；⑷ -；⑸ -；⑹ +；⑺ +；⑻ +。

2、选择题（将所有正确答案的标号填入空格内）⑴ b; ⑵ b; ⑶ b; ⑷ c; ⑸ b,c; ⑹ a。

3、填空题：⑴、Δr H mθ基本不变；Δr S mθ基本不变; Δr G mθ增大；Kθ减小；v(正)增大；v（逆）增大。

⑶、CFC、哈龙、N2O、NO、CCl4和CH4等;CO2、CH4、N2O、CFC、O3等；SO2、NOx10.糖在新陈代谢的过程中所发生的总反应可用下式表示：C12H22O11(S) + 12O22(g) + 11H2O(l)若在人体内实际上只有30%的上述总反应的标准吉布斯函数变可转变成为功（非体积功即有用功），则一食匙（3.8g）糖在体温37℃时进行新陈代谢，可以做多少功？解： C12H22O11(S) + 12O22(g) + 11H2O(l) （298K）/KJ·mol-1 -1544.7 0 -394.36 -237.18Δf Gθm=12⨯(-394.36)+11⨯(-237.18)-(-1544.7)=-5796.3(KJ·mol-1)Δr Gθ298C12H22O11=12.01⨯12+1.008⨯22+16⨯11=342.3W′=-5796.3⨯30%⨯3.8/342.3=-19.3 KJ11.计算利用水煤气制取合成天然气的下列反应在523K时（近似）的Kθ值。

CO(g)+3H24(g) + H2O(g)解：反应中温度T〉373K,H2O为气体。

可利用公式ΔrGm θ（T ）≈ΔrHm θ(298K)-T ΔrSm θ(298K),代入化学热力学数据，先求出反应的ΔrGmθ（523K ）。

CO(g) + 3H 24(g) + H 2O(g)Δf Hm θ（298K ）/kJ.mol -1–110.525 0 -74.81 -241.818 Sm θ（298K ）/J.mol -1.K -1197.674 130.684 186.264 188.825Δr Hm θ（298K ）=∑υB Δf Hm θ（298K ）={-74.81+(-241.818)-(-110.525)} kJ.mol -1B =-206.10 kJ.mol -1Δr Sm θ（298K ）=∑υB S m,B θ（298K ）=(186.264+188.825-197.674-3⨯130.684) J.mol -1.K -1B =-214.637 J.mol -1.K -1ΔrGm θ（523K ）≈Δr Hm θ（298K ）-523⨯Δr Sm θ（298K ）≈{-206.10-523⨯(-214.637)/1000} kJ.mol -1=-93.84 kJ.mol -1lgK θ=RT G 303.2θΔ-=15.298314.8303.2100044.130⨯⨯⨯-=-22.85K θ=2.36⨯10912.某温度时8.0molSO 2和4.0molO 2在密闭容器中进行反应生成SO 3气体，测得起始和平衡时（温度不变）系统的总压力分别为300KPa 和220Kpa,试利用上述实验数据求该温度时反应： 2SO 2(g)+ O 2(g)= 2SO 3(g)的标准平衡常数和 SO 2的转化率。

第一章热化学与能源考试内容：系统和环境，状态和状态函数，过程和过程变量，热和功。

热力学能和焓。

热力学第一定律。

恒容过程和恒压过程。

化学反应的热效应。

反应进度。

热化学标准状态。

盖斯定律。

热化学方程式。

化学反应热的有关计算。

能源的有效利用与新能源开发。

第二章化学反应的基本原理与大气污染考试内容：化学反应方向和系统的混乱度，熵。

热力学第二定律。

热力学第三定律。

吉布斯函数，标准摩尔反应吉布斯函数变，标准摩尔生成吉布斯函数；平衡常数，标准摩尔反应吉布斯函数变与平衡常数关系。

平衡常数与转化率的计算。

热力学等温方程式。

浓度、压力、温度对平衡常数的影响，平衡移动的总规律。

化学反应速度，化学反应速率方程，反应速率常数，反应级数。

浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响，阿仑尼乌斯方程式。

催化剂与化学平衡。

影响多相反应速率的因素。

大气污染物及控制。

第三章水化学与水污染考试内容：液体：纯液体的饱和蒸气压，溶液浓度的表示（质量分数，物质的量分数，物质的量浓度，质量摩尔浓度）。

非电解质溶液的依数性（蒸气压下降，沸点升高，凝固点下降）。

电解质溶液的依数性。

酸碱质子理论。

共轭酸碱对。

弱酸、弱碱的解离平衡。

解离平衡常数、解离度及有关计算。

同离子效应。

缓冲溶液及pH值计算。

缓冲溶液的选择和配制。

酸碱中和反应。

难溶电解质的沉淀和溶解。

溶度积与溶解度。

溶度积规则。

同离子效应。

盐效应。

沉淀的转化。

分步沉淀。

有关溶度积的一些应用和计算。

水污染及水处理化学。

第四章电化学与金属腐蚀考试内容：氧化还原反应，用氧化值法和离子一电子法配平氧化还原反应主程式。

原电池的组成、氧化型、还原型、电对、半反应。

化学电源的两极反应。

电极反应和电极的电势。

电极反应的标准电势，标准氢电极。

能斯特方程式。

电极电势的应用；比较氧化剂和还原剂的相对强弱；预测氧化还原反应进行的方向；判断氧化还原反应进行的程度。

电动势与标准摩尔反应吉布斯函数的关系。

析氢腐蚀，吸氧腐蚀，差异充气腐蚀。

氧化反应与大气污染物的形成与防治近年来，随着工业化进程的加快和城市化的不断扩张，大气污染问题日益突出。

其中，氧化反应是大气污染物形成的重要环节之一。

本文将从氧化反应的基本原理入手，探讨其与大气污染物形成的关系，并提出一些防治措施。

一、氧化反应的基本原理氧化反应是指物质与氧气（O2）发生化学反应，产生氧化物的过程。

在大气中，氧化反应主要发生在氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）之间。

这两种污染物是大气中主要的前体物质，它们在光照条件下与氧气反应，生成臭氧（O3）和二次有机气溶胶（SOA）等大气污染物。

二、氧化反应与大气污染物的形成氮氧化物是工业排放和汽车尾气中常见的污染物。

它们与大气中的氧气反应，生成臭氧。

臭氧不仅是一种强氧化剂，对人体健康和植物生长都有害，还是一种温室气体，对全球气候变化产生重要影响。

而挥发性有机物主要来自于石油化工、印刷、涂料等行业的生产过程，它们与氧气反应，形成二次有机气溶胶。

这些气溶胶不仅对大气能见度产生影响，还对人体健康和环境造成危害。

三、氧化反应的防治措施针对氧化反应导致的大气污染问题，可以采取一系列的防治措施。

首先，降低氮氧化物和挥发性有机物的排放量是关键。

通过加强工业和交通尾气的治理，控制排放源，减少污染物的释放，可以有效降低氧化反应的发生率。

其次，提高能源利用效率也是重要的措施。

通过技术进步和能源结构调整，减少能源消耗，可以降低氧化反应的发生概率。

此外，加强大气污染监测和预警体系的建设，及时掌握污染物的浓度和分布情况，有助于制定科学合理的防治策略。

四、氧化反应与大气污染物形成的研究进展近年来，氧化反应与大气污染物形成的研究取得了一些重要进展。

科学家们通过模拟实验和数值模拟等手段，深入研究了氧化反应的机理和影响因素。

他们发现，光照条件、温度、湿度等因素对氧化反应的速率和产物分布有重要影响。

此外，研究还发现，氧化反应的产物不仅包括臭氧和二次有机气溶胶，还包括一些有害的有机物和颗粒物。

大气化学与环境污染控制近年来，环境污染问题越来越受到人们关注。

其中，大气污染是一个严重的问题。

大气污染不仅影响人类健康和生态系统，还对气候变化造成负面影响。

大气污染的主要原因是人类活动产生的大量排放物。

这些排放物进入大气中，与气体、颗粒等形成复杂的大气化学反应，形成污染物。

因此，研究大气化学对环境污染控制具有重要意义。

一、大气化学的基本原理大气化学属于化学和大气科学的交叉学科。

从化学的角度来看，大气化学研究大气中污染物所涉及的化学反应，化学反应的影响及其对大气环境的作用机制。

从大气科学的角度来看，大气化学研究大气中的气体、气溶胶、云、降水等大气组分及其形成和演化过程。

大气中的化学反应是由气体、颗粒和能量三个因素构成的。

大气中的各种污染物在相应条件下进行氧化还原反应、酸碱反应、气体衰减和吸附作用等，生成复杂的有机和无机物质，这些物质对大气环境具有不同程度的影响。

二、大气化学在环境污染控制中的应用大气化学研究的深入，对环境问题的解决具有重要作用。

大气化学可以通过以下途径对环境污染进行控制：1.研究大气中污染物的温室效应温室效应是大气层中的温室气体吸收太阳辐射并将其反射回地球的过程。

二氧化碳、氧化亚氮和甲烷等气体是主要的温室气体，在大气中放大温室效应。

大气化学可以通过研究温室气体的源和环境影响，为减少污染物的排放提供重要依据。

2.研究大气中有害化学物质的来源和影响大气中的化学物质主要来自于燃烧、发电、工业和交通等活动。

多项研究表明，有害化学物质对空气质量、气候和生态系统都有很大影响，因此需要深入研究其来源和环境影响，通过监测和控制来减少有害物质的排放。

3.研究大气中污染物的传输规律大气污染并不仅仅是局部污染，也可能是跨境污染或全球污染。

大气中的污染物的传输规律和分布情况决定了大气污染的性质和规模。

为了有效控制大气中的污染物，需要深入了解其传输规律，并制定相应的控制策略。

4.研究大气反应过程中的耗散机制大气中的污染物通过氧化还原反应和光化学反应等一系列过程耗散。