以鋅粉置換提銀為例討論置換反應(yīng)動力學(xué)

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1、以鋅粉置換提銀為例討論置換反應(yīng)動力學(xué)張煥然2010.11.23置換反應(yīng)定義置換反應(yīng)是單質(zhì)與化合物反應(yīng)生成另外的單質(zhì)和化合物的化學(xué)反應(yīng)，任何置換反應(yīng)都屬于復(fù)分解反應(yīng)，包括金屬與金屬鹽的反應(yīng)，金屬與酸的反應(yīng)等。可表示為：A+BC=B+AC置換反應(yīng)的分類根據(jù)反應(yīng)環(huán)境分類1）干態(tài)置換在加熱或高溫條條件下固固或固氣之間發(fā)生的置換反應(yīng)2）濕態(tài)置換顧名思義是指在水溶液環(huán)境中進行的置換反應(yīng)3）熔融置換在熔融條件下發(fā)生的置換反應(yīng)根據(jù)元素性質(zhì)分類1）金屬單質(zhì)置換金屬單質(zhì)（如鋁熱反應(yīng)）2）金屬單質(zhì)置換非金屬單質(zhì)3）非金屬單質(zhì)置換金屬單質(zhì)4）非金屬單質(zhì)置換非金屬單質(zhì)根據(jù)元素周期表中

2、的位置不同，置換反應(yīng)又可以分為：1）同主族元素單質(zhì)間的置換2）不同主族元素單質(zhì)間的置換3）主族元素單質(zhì)置換副族元素的單質(zhì)4）副族元素的單質(zhì)置換主族元素單質(zhì)5）副族元素的單質(zhì)置換副族元素的單質(zhì)根據(jù)物質(zhì)類別分類1）單質(zhì)與氧化物發(fā)生置換反應(yīng)例如：C+FeO=Fe+CO2Na+2H2O=2NaOH+H22）單質(zhì)與非氧化物發(fā)生置換反應(yīng)例如:2Mg+TiCl4=Ti+2MgCl22Al+6HCl=2AlCl3+3H2盡管在不同的標準下，置換反應(yīng)有不同的分類方法，但是我們應(yīng)該知道置換反應(yīng)總是根據(jù)金屬活潑性順序表發(fā)生的，即通過加入電位序較高的物質(zhì)將電位序較底的物質(zhì)置換析出。

3、其中10號氫是過渡元素，它前面的可以置換出氫,它后面的則不可以。也就是說,氫前面的可以和酸反應(yīng)生成氫氣，而氫后面的基本不和酸反應(yīng)，就算反應(yīng)也不生成氫氣。KCaNaMgAlZnFeSnPbHCuHgAgPtAu金屬活性順序表冶金熱力學(xué)和動力學(xué)冶金過程通常是有多相存在和有流體流動下的物理化學(xué)過程。對于這樣一個物理化學(xué)過程，通常是從熱力學(xué)（thermodynamics）和動力學(xué)（dynamics）兩個方面進行研究的。熱力學(xué)是研究體系變化過程的可能性（possibility），方向（direction）和限度（extend），它只考慮體系變化過程的起始狀態(tài)和最終狀態(tài)

4、。而動力學(xué)則是研究體系變化過程的速率和機理，探究變化的歷程和反應(yīng)機構(gòu)。冶金動力學(xué)研究的內(nèi)容冶金反應(yīng)的速率，其中包括最簡單的基元反應(yīng)的真實速率或復(fù)雜反應(yīng)的綜合速率。冶金反應(yīng)的機理，從微觀角度在分子或原子水平上研究反應(yīng)過程的具體行徑（反應(yīng)質(zhì)點的組合細節(jié)、轉(zhuǎn)變步驟）。確定反應(yīng)速率的限制性環(huán)節(jié)進而導(dǎo)出動力學(xué)方程。研究冶金動力學(xué)的意義冶金過程動力學(xué)是強化冶煉過程、縮短冶煉時間、節(jié)約能源、提高生產(chǎn)率降低成本、提高冶金產(chǎn)品質(zhì)量、促進冶金工業(yè)自動化和信息化、探究和開發(fā)冶金新技術(shù)和新流程的重要科學(xué)方法和手段。因此，在學(xué)習(xí)過程中需要進行細致、深入的研究。鋅粉置換提銀實驗試劑　粗

5、銅中提取得到純凈絮狀A(yù)gCl、鋅粉、10%硫酸。實驗器材　磁力加熱攪拌器、500ml燒杯、玻璃棒等。實驗裝置實驗原理由于Zn的金屬活性遠高于Ag的活性，而H的活性又高于Ag，因此向AgCl懸浮液中加入鋅粉會將Ag置換析出而不放出氫氣。發(fā)生的反應(yīng)為：2AgCl↓＋Zn=2Ag+ZnCl2試驗過程配置AgCl懸浮液200ml，用10%稀硫酸調(diào)節(jié)其pH=2-3，以磁力加熱攪拌器控溫40℃，維持攪拌速度350r/min。在此過程中加入鋅粉，其原則是少加勤加，控制置換終點pH=5-6。鋅粉置換提銀反應(yīng)模型試驗分析此置換試驗為固-固相之間的反應(yīng)，與固-液置換反應(yīng)既有相同

6、之處，也有不同之處。其相同之處在與反應(yīng)的推動力都是離子化學(xué)位的局部變化；其不同之處在于固態(tài)反應(yīng)不可能達到原子或分子水平的均勻混合，因此反應(yīng)需要動力學(xué)方面的強化才能夠發(fā)生。溫度的影響　微觀上來講溫度代表了物體分子熱運動的劇烈程度。在冶金過程中，提高溫度能夠使反應(yīng)體系內(nèi)部均勻化程度提高，從而達到強化冶金過程的目的。攪拌強度　由于Ag+與Zn標準電極電位差為1.56V。而當標準電極電位差大于0.36V時反應(yīng)即屬于擴散控制。因此加強攪拌有利與界面反應(yīng)生成物的脫離，提高鋅粉與Ag接觸概率，提高反應(yīng)速度。鋅粉粒度的影響　實際鋅粉并非單一粒級的固體顆粒，而是不同粒度固體顆

7、粒的混合物。由于不同粒度的固體顆粒具有不同的比表面積，且固體顆粒的粒度越小，其比表面積越大，因此降低鋅粉粒度，可以使總的反應(yīng)速率加快。AgCl的致密程度　致密程度在反應(yīng)中表現(xiàn)在擴散速度和接觸面積上，疏松物料在反應(yīng)過程中有利于其它反應(yīng)物在其中的擴散，能夠擴大反應(yīng)的接觸面積，從而提高反應(yīng)速率。由于本實驗使用AgCl為新鮮沉淀，質(zhì)地疏松，表面活性較大，因此置換反應(yīng)進行速度較快。除了上述影響因素外，置換反應(yīng)中反應(yīng)速度還可能受到物質(zhì)的組成、化學(xué)性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)、內(nèi)部缺陷、雜質(zhì)含量等內(nèi)部因素的影響，受到反應(yīng)體系氣氛、壓力、添加劑等外部因素的影響，總之，反應(yīng)是所有條件共同影

8、響的結(jié)果。反應(yīng)動力學(xué)模型有固態(tài)產(chǎn)物層形成的反應(yīng)模型a