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摘要：NH4Cl和NaNO2在一定条件下反应产生大量的热和气体，利于蜡的熔化和剥离，只有掌握它的反应动力学特征，了解它的最佳反应条件及其影响因素，才能更好的利用其热量。本文通过测量不同条件下两者反应生成气体和温度的变化量，计算出各种相关的动力学参数，得到该反应的动力学方程。
关键词：亚硝酸钠 氯化铵 热化学 化学反应 动力学
Research on chemical reaction Dynamics
Li Dongju1 He Chengzu1，2
（1Xinjiang Keli New Technology Development Company Ltd. ， Karamay， Xinjiang 834000， China；2 College of Materials and Chemistry & Chemical Engineering， Chengdu University of Technology ， Chengdu ， Sichuan 610059 ， China）
Abstract： There are lots of heat and gas when NH4Cl and NaNO2 react under certain conditions. The heat and gas are beneficial to eliminate wax. We can take advantage of the thermal if we know the reaction dynamics condition and influencing factors. In this paper，we could get reaction kinetics equation through measuring the amount of gas and temperature changes of solution in different conditions and calculating the dynamics of all relevant parameters.
Key Words： Sodium Nitrite；Ammonium Chloride；Thermochemistry ；Chemical Reaction； Dynamics
NH4Cl和NaNO2是廉价而得的普通化学试剂，在一定条件下反应产生大量的热和气体。近年来作为发热剂用于油井，又利于蜡的熔化和剥离，是优良的油井清蜡解堵刘之一。然而，只有掌握它的反应动力学特征，了解它的最佳反应条件及其影响因素，才能更好的利用其热量[1]。
1、反应方程式
1摩尔NaNO2溶液和1摩尔NH4Cl溶液反应放出332.58千焦耳热量，释放出22.4升氮气（0.1MPa，250C），化学反应式如（1）式：
（1）
因此，将1升浓度为1mol/L（69g/L）的NaNO2溶液和1升浓度为1mol/L（53.5g/L）的NH4Cl溶液进行反应，已知水的比热容量为4.2kJ/Kg，0C，设放出的热量完全被溶液本身（即2升）水吸收，则水温将升高 。
NaNO2和NH4Cl的反应速度式为
（2）
式中：
A——指数前因子， ；
CH——酸的浓度，mol/L；
m——酸的反应级数；
CNO-2——NaNO2的浓度，mol/L；
n1——NaNO2的反应级数；
CNH+4——NH4Cl的浓度，mol/L；
n2——NH4Cl的反应级数；
ΔE——活化能，kJ/mol；
R——气体常数，8.314J/k；
T——绝对温度，k。
若NaNO2和NH4Cl的摩尔浓度均为C，则（1）式成为
（3）
式中n=n1+n2。
对（3）式积分，移项，取对数
（4）
（5a）
（5b）
式中：
t——反應物浓度降至c=c0/v时的时间，S；
C0——反应物NaNO2和NH4Cl的初始浓度，mol/L；
ν——初始浓度与剩余浓度的比值。
2、实验部分
2.1实验仪器及药品
实验仪器：磁力搅拌器、保温槽、气体流量计、温度计
实验药品：NaNO2（分析纯）、氯化铵（分析纯）、磷酸
2.2实验方法
在一定温度时将等摩尔浓度的NaNO2和NH4Cl溶液反应，根据释放出氮气的体积量度反应进程，例如200ml 1mol/L NaNO2和1mol/L NH4Cl溶液反应释放出4.48L氮气，故当释放出0.5L和1L氮气时，初始浓度与当时浓度的比值ν分别为4.48/3.98=1.126和4.48/3.48 =1.287。测量ν一定时反应时间随温度、酸浓度和反应物初始浓度的变化关系，计算出各种相关的动力学参数。
3、实验结果
3.1 求△E
在NaNO2和NH4Cl的初始浓度C0=1mol/L，酸浓度CH=0.0461mol/L时，测量不同温度时，ν分别为1.126和1.278的时间t。Lnt对1/T作图得一直线，如图1所示，斜率均为8797。根据（5a）式，Lnt对1/T作图得一直线，见图1，由直线斜率和截距可分别求出活化能△E和指数前因子A的数值。
图1 Lnt—1/T关系曲线 （ ◆ν=1.126，■ν=1.287）
Fig. 1 the curve relation of Lnt—1/T （◆ν=1.126，■ν=1.287） 由式（5a）及图1中直线斜率和截距可得，
活化能 （6a）
（7a）
3.2 求m
在温度T=310C，NaNO2和NH4Cl初始浓度C0=1mol/ L时，测量不同酸浓度CH，ν分别为1.126和1.278时的时间t。Lgt对-LgCH作图得一直线，如图2所示，由直线斜率和截距可分别求出酸的反应级数m和指数前因子A的数值。
图2 Lgt—（-LgCH）关系曲线 （◆ν=1.126，■ν=1.287）
Fig. 2 the curve relation of Lgt—（-LgCH） （◆ν=1.126，■ν=1.287）
由图2可知，两条直线斜率分别为1.24和1.04，平均值为1.14，故
m=斜率=（1.24+1.04）/2 =1.14 （6b）
（7b）
3.3 求n
在温度T=310C，酸浓度CH=0.0461mol/L时，测量不同NaNO2和NH4Cl的初始浓度（两者初始浓度相等）时，ν为1.098、1.155、1.126时的时间t。Lgt对LgC0作图得一直线，如图3所示。由直线斜率和截距可分别求出NaNO2和NH4Cl的反应级数之和n和指数前因子A的数值。
图3 Lgt- LgC0曲线
Fig. 3 the curve relation of Lgt- LgC0
由图3可知，
n=1-斜率=1-（-0.96）=1.96 （6c）
（7c）
3.4 求A
将图1-3中各直线截距、反应级数m、n和活化能△E代入（7a） 、（7b和） （7c）得到五个指数前因子A的数值，分别为2.2×1010、2.2×1010、1.2×1010、5.0×1010和2.0×1010。平均值為2.3×1010。
3.5 动力学方程
由以上数据，最后得到动力学方程为
（8）
3.6半衰期计算公式
将ν=2代入（5b）式，得到半衰期的计算公式
（9）
如CH=0.0462mol/L，C0=1 mol/L，上式则成为
（10）
4、结论
通过实验结果可知，最终得到的动力学方程为：
（11）
由该式可以看出，反应物和催化剂浓度决定反应速度，为工业上原料利用提供了设计依据，更能充分利用其反应产生热量。
吴安明等[2]的化学反应速度式为
（11a）
（速度常数量纲为）
Nguyen[3]的化学反应速度式为
（11b）
（速度常数量纲应为 ，作者为
，疑有误）
参考文献：
[1]堪智等.NH4N03与NaNO2发热反应速率的研究[J].化学工程师，1995，（4）.
[2]吴安明，陈茂涛，顾树人，王卫军. NaNO2和NH4Cl反应动力学及其在油田的应用研究[J].
石油钻采工艺，1995，17（5）：60-64.
[3] Nguyen D A. Michael A. Iwaniw H. Fogler H S. Kinetics and mechantsm of reaction
between ammonium and nitrite ions：experimental and studies. Chem.Eng.Sci.2003
附件
表1 计算指数前因子A的中间数据
Table 1 intermediate data for computing pre-exponential factor A
表2 指数前因子A计算数值
Table 2 Numeric of pre-exponential factor A
关键词：亚硝酸钠 氯化铵 热化学 化学反应 动力学
Research on chemical reaction Dynamics
Li Dongju1 He Chengzu1，2
（1Xinjiang Keli New Technology Development Company Ltd. ， Karamay， Xinjiang 834000， China；2 College of Materials and Chemistry & Chemical Engineering， Chengdu University of Technology ， Chengdu ， Sichuan 610059 ， China）
Abstract： There are lots of heat and gas when NH4Cl and NaNO2 react under certain conditions. The heat and gas are beneficial to eliminate wax. We can take advantage of the thermal if we know the reaction dynamics condition and influencing factors. In this paper，we could get reaction kinetics equation through measuring the amount of gas and temperature changes of solution in different conditions and calculating the dynamics of all relevant parameters.
Key Words： Sodium Nitrite；Ammonium Chloride；Thermochemistry ；Chemical Reaction； Dynamics
NH4Cl和NaNO2是廉价而得的普通化学试剂，在一定条件下反应产生大量的热和气体。近年来作为发热剂用于油井，又利于蜡的熔化和剥离，是优良的油井清蜡解堵刘之一。然而，只有掌握它的反应动力学特征，了解它的最佳反应条件及其影响因素，才能更好的利用其热量[1]。
1、反应方程式
1摩尔NaNO2溶液和1摩尔NH4Cl溶液反应放出332.58千焦耳热量，释放出22.4升氮气（0.1MPa，250C），化学反应式如（1）式：
（1）
因此，将1升浓度为1mol/L（69g/L）的NaNO2溶液和1升浓度为1mol/L（53.5g/L）的NH4Cl溶液进行反应，已知水的比热容量为4.2kJ/Kg，0C，设放出的热量完全被溶液本身（即2升）水吸收，则水温将升高 。
NaNO2和NH4Cl的反应速度式为
（2）
式中：
A——指数前因子， ；
CH——酸的浓度，mol/L；
m——酸的反应级数；
CNO-2——NaNO2的浓度，mol/L；
n1——NaNO2的反应级数；
CNH+4——NH4Cl的浓度，mol/L；
n2——NH4Cl的反应级数；
ΔE——活化能，kJ/mol；
R——气体常数，8.314J/k；
T——绝对温度，k。
若NaNO2和NH4Cl的摩尔浓度均为C，则（1）式成为
（3）
式中n=n1+n2。
对（3）式积分，移项，取对数
（4）
（5a）
（5b）
式中：
t——反應物浓度降至c=c0/v时的时间，S；
C0——反应物NaNO2和NH4Cl的初始浓度，mol/L；
ν——初始浓度与剩余浓度的比值。
2、实验部分
2.1实验仪器及药品
实验仪器：磁力搅拌器、保温槽、气体流量计、温度计
实验药品：NaNO2（分析纯）、氯化铵（分析纯）、磷酸
2.2实验方法
在一定温度时将等摩尔浓度的NaNO2和NH4Cl溶液反应，根据释放出氮气的体积量度反应进程，例如200ml 1mol/L NaNO2和1mol/L NH4Cl溶液反应释放出4.48L氮气，故当释放出0.5L和1L氮气时，初始浓度与当时浓度的比值ν分别为4.48/3.98=1.126和4.48/3.48 =1.287。测量ν一定时反应时间随温度、酸浓度和反应物初始浓度的变化关系，计算出各种相关的动力学参数。
3、实验结果
3.1 求△E
在NaNO2和NH4Cl的初始浓度C0=1mol/L，酸浓度CH=0.0461mol/L时，测量不同温度时，ν分别为1.126和1.278的时间t。Lnt对1/T作图得一直线，如图1所示，斜率均为8797。根据（5a）式，Lnt对1/T作图得一直线，见图1，由直线斜率和截距可分别求出活化能△E和指数前因子A的数值。
图1 Lnt—1/T关系曲线 （ ◆ν=1.126，■ν=1.287）
Fig. 1 the curve relation of Lnt—1/T （◆ν=1.126，■ν=1.287） 由式（5a）及图1中直线斜率和截距可得，
活化能 （6a）
（7a）
3.2 求m
在温度T=310C，NaNO2和NH4Cl初始浓度C0=1mol/ L时，测量不同酸浓度CH，ν分别为1.126和1.278时的时间t。Lgt对-LgCH作图得一直线，如图2所示，由直线斜率和截距可分别求出酸的反应级数m和指数前因子A的数值。
图2 Lgt—（-LgCH）关系曲线 （◆ν=1.126，■ν=1.287）
Fig. 2 the curve relation of Lgt—（-LgCH） （◆ν=1.126，■ν=1.287）
由图2可知，两条直线斜率分别为1.24和1.04，平均值为1.14，故
m=斜率=（1.24+1.04）/2 =1.14 （6b）
（7b）
3.3 求n
在温度T=310C，酸浓度CH=0.0461mol/L时，测量不同NaNO2和NH4Cl的初始浓度（两者初始浓度相等）时，ν为1.098、1.155、1.126时的时间t。Lgt对LgC0作图得一直线，如图3所示。由直线斜率和截距可分别求出NaNO2和NH4Cl的反应级数之和n和指数前因子A的数值。
图3 Lgt- LgC0曲线
Fig. 3 the curve relation of Lgt- LgC0
由图3可知，
n=1-斜率=1-（-0.96）=1.96 （6c）
（7c）
3.4 求A
将图1-3中各直线截距、反应级数m、n和活化能△E代入（7a） 、（7b和） （7c）得到五个指数前因子A的数值，分别为2.2×1010、2.2×1010、1.2×1010、5.0×1010和2.0×1010。平均值為2.3×1010。
3.5 动力学方程
由以上数据，最后得到动力学方程为
（8）
3.6半衰期计算公式
将ν=2代入（5b）式，得到半衰期的计算公式
（9）
如CH=0.0462mol/L，C0=1 mol/L，上式则成为
（10）
4、结论
通过实验结果可知，最终得到的动力学方程为：
（11）
由该式可以看出，反应物和催化剂浓度决定反应速度，为工业上原料利用提供了设计依据，更能充分利用其反应产生热量。
吴安明等[2]的化学反应速度式为
（11a）
（速度常数量纲为）
Nguyen[3]的化学反应速度式为
（11b）
（速度常数量纲应为 ，作者为
，疑有误）
参考文献：
[1]堪智等.NH4N03与NaNO2发热反应速率的研究[J].化学工程师，1995，（4）.
[2]吴安明，陈茂涛，顾树人，王卫军. NaNO2和NH4Cl反应动力学及其在油田的应用研究[J].
石油钻采工艺，1995，17（5）：60-64.
[3] Nguyen D A. Michael A. Iwaniw H. Fogler H S. Kinetics and mechantsm of reaction
between ammonium and nitrite ions：experimental and studies. Chem.Eng.Sci.2003
附件
表1 计算指数前因子A的中间数据
Table 1 intermediate data for computing pre-exponential factor A
表2 指数前因子A计算数值
Table 2 Numeric of pre-exponential factor A