在氣-固反應中，吸附在固體表面的反應組分發生化學反應的速率在整個反應中是最慢的，這樣的機制稱為表面反應控制。表面反應的活化能一般較大，升高反應溫度，往往能使表面反應速率增加最快，便有可能將表面反應控制轉變為其他過程控制。
基本介紹
- 中文名：表面反應控制
- 外文名：Surface reaction control
- 反應：氣固反應
- 地點：固體表面
- 速率：整個反應中中最慢
基本釋義,表面反應過程,動力學,
基本釋義
在氣-固反應中，吸附在固體表面的反應組分發生化學反應的速率在整個反應中是最慢的，這樣的機制稱為表面反應控制。
例如，氣固催化反應一般包含如下幾個步驟：
(1)氣體分子向催化劑外表面擴散(外擴散)；
(2)擴散到催化劑表面的氣體分子向催化劑內孔擴散(內擴散)；
(3)反應物分子在催化劑內表面吸附(表面吸附)；
(4)吸附分子在催化劑表面反應(表面反應)；
(5)反應物分子從催化劑內表面脫附(表面脫附)；
(6)脫附分子向催化劑外表面擴散(內擴散)；
(7)產物分子向氣體本體擴散(外擴散)。
這七個步驟可以分為兩類：第一類包括(1)、(2)和(6)、(7)四個步驟，它們屬於物質傳遞的物理過程，稱之為擴散過程；第二類包括(3)、(4)、(5)這三個步驟，它們屬於反應物(或產物)分子在催化劑表面起化學作用的過程，稱之為表面反應過程。這七個步驟中，最慢的一步決定整個反應的速率，稱為反應速率控制步驟。反應速率控制步驟的速率即為該多相催化反應的速率。若(1)、(2)或(6)、(7)中任一步驟為速率控制步驟，則稱為擴散控制反應；若(3)、(4)、(5)中任一步驟為速率控制步驟，則稱為表面反應控制或動力學控制。
表面反應過程
表面反應過程包括吸附、表面反應和脫附3個步驟，每一步驟可作為一個基元反應來處理。當表面反應為控制步驟時，吸附和脫附一定是相對較快的過程，在反應的任意時刻吸附和脫附都處於平衡態，所以催化劑上反應物濃度為吸附平衡濃度，而平衡濃度可藉助化學吸附等溫方程計算。這種處理問題的方法稱為平衡濃度法。
動力學
反應速度qt用單位時間反應分子的摩爾數(摩爾數/秒)表示，方程寫成：
qt=KjAC
式中C表示液相中反應物濃度(摩爾/升)；；Cj是反應速度常數[(摩爾/升)厘米秒]；A是固體面積(厘米)，m表示反應級數(無因次)；
如果分子擴散不重要，也就是，濃度到處均勻(C界面=C總體)，則該方程成立。最簡單的反應是反應級數m等於1，即反應速度僅與濃度成正比。m不等於l，表示反應機理複雜。
若反應可逆，即反應物變成生成物不完全是生成物聚集的結果，情況就比較複雜。這一點對於碳酸鹽和有機酸(如乙酸)的反應特別明顯。
CaCO3+CH3COOH=Ca(CHCOO)2+CO2+H2O
二氧化碳(CO2)在水中呈弱酸，它阻礙乙酸(也是一種弱酸)完全離解。
