均相反应和非均相反应
1. 引言
化学反应是物质之间发生变化的过程，根据反应参与物质的相态可以将化学反应分为均相反应和非均相反应。均相反应指的是反应中所有参与物质都处于同一相态，而非均相反应则是指反应中参与物质处于不同的相态。本文将详细介绍均相反应和非均相反应的特点、机理和相关实例。
2. 均相反应
均相反应是指在化学反应中，所有参与物质都处于同一相态，通常为气体、液体或溶液。这种类型的化学反应具有以下特点：
• 速率快：由于所有参与物质都能直接接触到彼此，分子之间的碰撞频率较高，因此均相反应通常具有较快的速率。
• 热量传导方便：在均相系统中，热量可以通过传导迅速平衡，从而保持系统温度稳定。
• 溶剂起催化作用：在溶液中进行的均相反应，溶剂可以起到催化作用，加速化学反应进程。
• 易于控制：由于所有参与物质处于同一相态，均相反应的条件易于控制，有利于实验操作。
2.1 均相反应的机理
均相反应的机理主要包括以下几个步骤：
1. 反应物的扩散：在均相系统中，反应物分子通过扩散作用互相接近，增加碰撞机会。
2. 碰撞与活化：当反应物分子发生碰撞时，必须具备一定的能量以克服活化能垒，使得分子结构发生改变。
3. 中间体生成：在反应过程中，可能会生成一些中间体或过渡态，这些物质在后续步骤中进一步转化为产物。
4. 产物生成：经过一系列反应步骤后，最终形成产物，并释放出能量。
2.2 均相反应的实例
2.2.1 氧化还原反应
氧化还原反应是常见的均相反应类型之一。铁和氧气在高温下发生氧化还原反应：
2Fe + O₂ → 2FeO 在这个反应中，铁和氧气都处于气体相态，反应快速进行。
2.2.2 酸碱中和反应
酸碱中和反应也是均相反应的一种。盐酸和氢氧化钠在水溶液中发生中和反应：
HCl + NaOH → NaCl + H₂O
在这个反应中，盐酸和氢氧化钠都处于溶液相态，水起到了溶剂催化作用。
3. 非均相反应
1 第三章 理想均相反应器设计
本章核心内容：从间歇釜反应器、稳态全混流反应器和平推流管式反应器这三种理想反应器的结构和流动特性出发，给出了它们数学模型的建立方法、不同反应过程中的反应体积设计公式和热量计算式以及具体的应用实例。对这三种理想反应器性能进行了比较，特别是对稳态全混流反应器和平推流管式反应器及其组合内容进行了详细叙述。针对不同反应过程讲述了优化设计方法。
化学反应工程学的主要目的是设计不同型式和大小的反应器，实现最佳的操作与控制，取得最佳的经济效益。在用数学模型法来设计放大反应器的过程中，首先要了解进行化学反应的动力学特征、反应物的性质、产物的性质与分布，才能进行反应器的选型、操作方式的选择，进而进行反应器设计和计算。由于生产中的化学反应器都很大，都或大或小存在着温度的差异和浓度的差异，都存在着动力消耗和反应器的各种结构的差异，对于实际生产中的化学反应过程一般很难做到反应物的温度、压力和流速完全均一，即非理想化。这些差异给实际反应器的设计和放大带来了很大的困难。实际反应过程的理想化是研究生产实践中千变万化的各种反应器的基础和前提，也是均相反应过程接近实际的反应器模型。间歇釜式反应器（BSTR）、稳态全混流反应器(CSTR)和活塞流（平推流）管式反应器(PFR)，这三种理想反应器的设计原理具有普遍意义和广泛的应用性。
3-1 间歇釜式反应器
3-2间歇釜示意图
图3-1间歇釜式反应器
如图3-1所示， 间歇釜式反应器简称间歇釜，它的最大特点是分批装料和卸料。因此，其操作条件较为灵活，可适用于不同品种和不同规格的液态产品生产，尤其适合于多品种而小批量的化学品生产，它在医药、助剂、添加剂、涂料、应用化学品等精细化工生产部门中经常得到应用，很少用于气相过程。
间歇釜的结构主要有釜体、搅拌装置、加热和冷却装置、进出料口和管件、温度和压力测量装置以及视孔、排污口和液位计等。釜体上部釜盖用法兰与釜体连接，釜体上一般不开孔，都在釜盖上开孔用以安装管阀件，釜体上有四个吊耳用于固定反应釜，釜体外部是换热夹套。釜的材质一般要防腐，常用的是碳钢制作搪瓷挂衬或不锈钢制作，后者稍贵些。釜内搅拌装置由搅拌浆、电机、变速器和连轴器组成。若换热面积只用釜外夹套够用釜内可不安装换热管，否则，就要在釜内安装内换热器。进料口常安装在靠近搅拌浆位置，而出料口安装在边壁，排污口安装在釜底最底部，其它仪表的安装在盖上任意位置。对于高压反应釜，应尽量少开孔或开小孔。间歇釜结构的选择由反应物系和反应特性甚至通过计算来定。而对 2 于反应釜体积、换热面积大小、实际转化效果和生产能力的计算则要靠间歇釜的设计模型来完成。
1 氧化还原反应方程式的配平及计算
1．[2015·海南高考]已知在碱性溶液中可发生如下反应：
2R(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2ROn－4＋3Cl－＋5H2O，则ROn－4中R的化合价是( )
A．＋3 B．＋4
C．＋5 D．＋6
答案 D
解析 该氧化还原反应中Cl由＋1价降至－1价，设ROn－4中R为x价，R(OH)3中R为＋3价，根据氧化还原反应中化合价升降总数目相同，有2(x－3)＝3[＋1－(－1)]，解得x＝＋6。
2．[2014·上海高考]含有砒霜(As2O3)的试样和锌、盐酸混合反应，生成的砷化氢(AsH3)在热玻璃管中完全分解成单质砷和氢气。若砷的质量为1.50 mg，则( )
A．被氧化的砒霜为1.98 mg
B．分解产生的氢气为0.672 mL
C．和砒霜反应的锌为3.90 mg
D．转移的电子总数为6×10－5NA
答案 C
解析 由题意可写出如下化学反应方程式：
As2O3＋6Zn＋12HCl=====△2As＋3H2↑＋6ZnCl2＋3H2O
6 2
n(Zn) 1.50×10－375 mol＝2×10－5 mol
n(Zn)＝62×2×10－5 mol＝6×10－5 mol, m(Zn)＝6×10－5 mol×65 g/mol＝3.90×10－3 g＝3.90 mg，转移的电子总数为1.2×10－4NA，故C正确，D错误；在反应中砒霜被还原，A错误；B项，没有指明H2所处状况，体积不一定是0.672 mL。
3．[2013·上海高考]一定量的CuS和Cu2S的混合物投入足量的HNO3中，收集到气体V
L(标准状况)，向反应后的溶液中(存在Cu2＋和SO2－4)加入足量NaOH，产生蓝色沉淀，过滤，洗涤，灼烧，得到CuO 12.0 g，若上述气体为NO和NO2的混合物，且体积比为1∶1，则V可能为( )
第二章 化学反应速率和化学平衡
第一节 化学反应速率
重难点一 理解化学反应速率要注意以下几个问题
1．无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，由于Δc是取浓度变化的绝对值，因此，其化学反应速率都取正值，且是某一段时间内的平均速率。
2．化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种物质表示，书写时应标明是什么物质的反应速率。
3．在一定温度下，固体和纯液体物质，其单位体积里的物质的量保持不变，即物质的量浓度为常数，因此它们的化学反应速率也被视为常数。由此可知，现在采用的表示化学反应速率的方法还有一定的局限性。
4．在同一反应中，用不同的物质表示同一时间的反应速率时，其数值可能不同，但这些数值所表达的意义是相同的即都是表示同一反应的速率。各物质表示的反应速率的数值有相互关系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算。[来源:学.科.网]
5．一般来说在反应过程中都不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。
重难点二 化学反应速率的计算
1．化学反应速率的计算
求解化学反应速率的计算题一般按以下步骤：
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程计算。
例如：反应 mA ＋ nB pC
起始浓度 a b c
（mol|/L）
转化浓度 x nxm pxm
（mol|/L）
某时刻浓度 a－x b－nxm c＋pxm
（mol|/L）
计算中注意以下量关系：
①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)
②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)
③转化率＝c(转化)c(起始)×100%
2．比较反应的快慢
同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小，还要进行一定的转化：
