以锌粉置换提银为例讨论置换反应动力学PPT教学课件
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K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
金属活性顺序表
其中10号氢是过渡元素，它前面的可以置 换出氢,它后面的则不可以。也就是说,氢前 面的可以和酸反应生成氢气，而氢后面的 基本不和酸反应，就算反应也不生成氢气。
2020/12/12
5
➢冶金热力学和动力学
• 根据反应环境分类
1）干态置换 在加热或高温 条条件下固固或固气之间 发生的置换反应
2）湿态置换 顾名思义是指 在水溶液环境中进行的置 换反应
3）熔融置换 在熔融条件下 发生的置换反应
• 根据元素性质分类
1）金属单质置换金属单质 （如铝热反应）
2）金属单质置换非金属单 质
3）非金属单质置换金属单 质
2AgCl↓＋Zn=2Ag+ZnCl2
2020/12/12
10
➢试验过程
• 配置AgCl悬浮液200ml，用10%稀硫酸调节
其pH=2-3，以磁力加热搅拌器控温40℃， 维持搅拌速度350r/min。在此过程中加入 锌粉，其原则是少加勤加，控制置换终点 pH=5-6。
2020/12/12
11
➢锌粉置换提银反应模型
以锌粉置换提银为例讨论置换 反应动力学
2010.11.23
2020/12/12
1
➢置换反应定义
• 置换反应是单质与化合物反应生成另外的
单质和化合物的化学反应，任何置换反应 都属于复分解反应，包括金属与金属盐的 反应，金属与酸的反应等。 可表示为：
A+BC=B+AC
2020/12/12
2
➢置换反应的分类
2020/12/12
15
除了上述影响因素外，置换反应中反应 速度还可能受到物质的组成、化学性质、 晶体结构、内部缺陷、杂质含量等内部因 素的影响，受到反应体系气氛、压力、添 加剂等外部因素的影响，总之，反应是所 有条件共同影响的结果。
2020/12/12
16
➢反应动力学模型
• 有固态产物层形成的
C+FeO=Fe+CO
2Na+2H2O=2NaOH+H2 2）单质与非氧化物发生置
换反应
例如: 2Mg+TiCl4=Ti+2MgCl2 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2
2020/12/12
4
尽管在不同的标准下，置换反应有不同 的分类方法，但是我们应该知道置换反应 总是根据金属活泼性顺序表发生的，即通 过加入电位序较高的物质将电位序较底的 物质置换析出。
8
➢锌粉置换提银实验
• 试剂 粗铜中提取得
到纯净絮状AgCl、锌 粉、10%硫酸。
• 实验器材 磁力加热
搅拌器、500ml烧杯、 玻璃棒等。
2020/12/12
实验装置
9
➢实验原理
• 由于Zn的金属活性远高于Ag的活性，而H的
活性又高于Ag，因此向AgCl悬浮液中加入 锌粉会将Ag置换析出而不放出氢气。 发生的反应为：
学方程。
2020/12/12
7
➢研究冶金动力学的意义
• 冶金过程动力学是强化冶炼过程、缩短冶
炼时间、 节约能源、提高生产率 降低成本、 提高冶金产品质量 、促进冶金工业自动化 和信息化 、探究和开发冶金新技术和新流 程的重要科学方法和手段。因此，在学习 过程中需要进行细致、深入的研究。
2020/12/12
• 冶金过程通常是有多相存在和有流体流动下的物
理化学过程。对于这样一个物理化学过程，通常 是从热力学（thermodynamics）和动力学 （dynamics）两个方面进行研究的。热力学是研 究体系变化过程的可能性（possibility），方向 （direction）和限度（extend），它只考虑体系 变化过程的起始状态和最终状态。而动力学则是
未反应核
反应模型
产物层
a 外扩散
边界层
b 内扩散
c 界面化学反应
2020/12/12
生成固态产物的反应模型
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• 界面化学反应模型 当界面化学反应速率
远小于反应物通过产物曾的扩散速率时， 反应的速率便受界面化学反应的控制。
• 扩散控制模型 当反应物（生成物）扩散
速度或固体生成物脱离速度远小于界面化 学反应速率时，反应的速率即为扩散过程 所控制。人们根据不同的条件提出了相应 的数学模型：平板扩散模型、球行颗粒的 杨德模型、晋斯利－布鲁斯坦方程等。
研究体系变化过程的速率和机理，探究变化的历 程和反应机构。
2020/12/12
6
➢冶金动力学研究的内容
• 冶金反应的速率，其中包括最简单的基元
反应的真实速率或复杂反应的综合速率。
• 冶金反应的机理，从微观角度在分子或原
子水平上研究反应过程的具体行径（反应 质点的组合细节、转变步骤）。
• 确定反应速率的限制性环节进而导出动力
2020/12/12
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பைடு நூலகம்
• 锌粉粒度的影响 实际锌粉并非单一粒级的固体
颗粒，而是不同粒度固体颗粒的混合物。由于不 同粒度的固体颗粒具有不同的比表面积，且固体 颗粒的粒度越小，其比表面积越大，因此降低锌 粉粒度，可以使总的反应速率加快。
• AgCl的致密程度 致密程度在反应中表现在扩散
速度和接触面积上，疏松物料在反应过程中有利 于其它反应物在其中的扩散，能够扩大反应的接 触面积，从而提高反应速率。由于本实验使用 AgCl为新鲜沉淀，质地疏松，表面活性较大，因 此置换反应进行速度较快。
4）非金属单质置换非金属 单质
2020/12/12
3
• 根据元素周期表中的位置
不同，置换反应又可以分 为：
1）同主族元素单质间的置 换
2）不同主族元素单质间的 置换
3）主族元素单质置换副族 元素的单质
4）副族元素的单质置换主 族元素单质
5）副族元素的单质置换副族 元素的单质
• 根据物质类别分类
1）单质与氧化物发生置换 反应 例如：
• 温度的影响 微观上来讲温度代表了物体
分子热运动的剧烈程度。在冶金过程中， 提高温度能够使反应体系内部均匀化程度 提高，从而达到强化冶金过程的目的。
• 搅拌强度 由于Ag+与Zn标准电极电位差为
1.56V。而当标准电极电位差大于0.36V时 反应即属于扩散控制。因此加强搅拌有利 与界面反应生成物的脱离，提高锌粉与Ag 接触概率，提高反应速度。
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➢试验分析
• 此置换试验为固-固相之间的反应，与固-液
置换反应既有相同之处，也有不同之处。 其相同之处在与反应的推动力都是离子化 学位的局部变化；其不同之处在于固态反 应不可能达到原子或分子水平的均匀混合， 因此反应需要动力学方面的强化才能够发 生。
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金属活性顺序表
其中10号氢是过渡元素，它前面的可以置 换出氢,它后面的则不可以。也就是说,氢前 面的可以和酸反应生成氢气，而氢后面的 基本不和酸反应，就算反应也不生成氢气。
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➢冶金热力学和动力学
• 根据反应环境分类
1）干态置换 在加热或高温 条条件下固固或固气之间 发生的置换反应
2）湿态置换 顾名思义是指 在水溶液环境中进行的置 换反应
3）熔融置换 在熔融条件下 发生的置换反应
• 根据元素性质分类
1）金属单质置换金属单质 （如铝热反应）
2）金属单质置换非金属单 质
3）非金属单质置换金属单 质
2AgCl↓＋Zn=2Ag+ZnCl2
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➢试验过程
• 配置AgCl悬浮液200ml，用10%稀硫酸调节
其pH=2-3，以磁力加热搅拌器控温40℃， 维持搅拌速度350r/min。在此过程中加入 锌粉，其原则是少加勤加，控制置换终点 pH=5-6。
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➢锌粉置换提银反应模型
以锌粉置换提银为例讨论置换 反应动力学
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➢置换反应定义
• 置换反应是单质与化合物反应生成另外的
单质和化合物的化学反应，任何置换反应 都属于复分解反应，包括金属与金属盐的 反应，金属与酸的反应等。 可表示为：
A+BC=B+AC
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➢置换反应的分类
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除了上述影响因素外，置换反应中反应 速度还可能受到物质的组成、化学性质、 晶体结构、内部缺陷、杂质含量等内部因 素的影响，受到反应体系气氛、压力、添 加剂等外部因素的影响，总之，反应是所 有条件共同影响的结果。
2020/12/12
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➢反应动力学模型
• 有固态产物层形成的
C+FeO=Fe+CO
2Na+2H2O=2NaOH+H2 2）单质与非氧化物发生置
换反应
例如: 2Mg+TiCl4=Ti+2MgCl2 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2
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尽管在不同的标准下，置换反应有不同 的分类方法，但是我们应该知道置换反应 总是根据金属活泼性顺序表发生的，即通 过加入电位序较高的物质将电位序较底的 物质置换析出。
8
➢锌粉置换提银实验
• 试剂 粗铜中提取得
到纯净絮状AgCl、锌 粉、10%硫酸。
• 实验器材 磁力加热
搅拌器、500ml烧杯、 玻璃棒等。
2020/12/12
实验装置
9
➢实验原理
• 由于Zn的金属活性远高于Ag的活性，而H的
活性又高于Ag，因此向AgCl悬浮液中加入 锌粉会将Ag置换析出而不放出氢气。 发生的反应为：
学方程。
2020/12/12
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➢研究冶金动力学的意义
• 冶金过程动力学是强化冶炼过程、缩短冶
炼时间、 节约能源、提高生产率 降低成本、 提高冶金产品质量 、促进冶金工业自动化 和信息化 、探究和开发冶金新技术和新流 程的重要科学方法和手段。因此，在学习 过程中需要进行细致、深入的研究。
2020/12/12
• 冶金过程通常是有多相存在和有流体流动下的物
理化学过程。对于这样一个物理化学过程，通常 是从热力学（thermodynamics）和动力学 （dynamics）两个方面进行研究的。热力学是研 究体系变化过程的可能性（possibility），方向 （direction）和限度（extend），它只考虑体系 变化过程的起始状态和最终状态。而动力学则是
未反应核
反应模型
产物层
a 外扩散
边界层
b 内扩散
c 界面化学反应
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生成固态产物的反应模型
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• 界面化学反应模型 当界面化学反应速率
远小于反应物通过产物曾的扩散速率时， 反应的速率便受界面化学反应的控制。
• 扩散控制模型 当反应物（生成物）扩散
速度或固体生成物脱离速度远小于界面化 学反应速率时，反应的速率即为扩散过程 所控制。人们根据不同的条件提出了相应 的数学模型：平板扩散模型、球行颗粒的 杨德模型、晋斯利－布鲁斯坦方程等。
研究体系变化过程的速率和机理，探究变化的历 程和反应机构。
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➢冶金动力学研究的内容
• 冶金反应的速率，其中包括最简单的基元
反应的真实速率或复杂反应的综合速率。
• 冶金反应的机理，从微观角度在分子或原
子水平上研究反应过程的具体行径（反应 质点的组合细节、转变步骤）。
• 确定反应速率的限制性环节进而导出动力
2020/12/12
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பைடு நூலகம்
• 锌粉粒度的影响 实际锌粉并非单一粒级的固体
颗粒，而是不同粒度固体颗粒的混合物。由于不 同粒度的固体颗粒具有不同的比表面积，且固体 颗粒的粒度越小，其比表面积越大，因此降低锌 粉粒度，可以使总的反应速率加快。
• AgCl的致密程度 致密程度在反应中表现在扩散
速度和接触面积上，疏松物料在反应过程中有利 于其它反应物在其中的扩散，能够扩大反应的接 触面积，从而提高反应速率。由于本实验使用 AgCl为新鲜沉淀，质地疏松，表面活性较大，因 此置换反应进行速度较快。
4）非金属单质置换非金属 单质
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• 根据元素周期表中的位置
不同，置换反应又可以分 为：
1）同主族元素单质间的置 换
2）不同主族元素单质间的 置换
3）主族元素单质置换副族 元素的单质
4）副族元素的单质置换主 族元素单质
5）副族元素的单质置换副族 元素的单质
• 根据物质类别分类
1）单质与氧化物发生置换 反应 例如：
• 温度的影响 微观上来讲温度代表了物体
分子热运动的剧烈程度。在冶金过程中， 提高温度能够使反应体系内部均匀化程度 提高，从而达到强化冶金过程的目的。
• 搅拌强度 由于Ag+与Zn标准电极电位差为
1.56V。而当标准电极电位差大于0.36V时 反应即属于扩散控制。因此加强搅拌有利 与界面反应生成物的脱离，提高锌粉与Ag 接触概率，提高反应速度。
2020/12/12
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➢试验分析
• 此置换试验为固-固相之间的反应，与固-液
置换反应既有相同之处，也有不同之处。 其相同之处在与反应的推动力都是离子化 学位的局部变化；其不同之处在于固态反 应不可能达到原子或分子水平的均匀混合， 因此反应需要动力学方面的强化才能够发 生。
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