化学反应工程01习题ppt课件

1、1授课人：陈授课人：陈 晓晓CCEpE, SWUN第一章第一章 化学反响动力学化学反响动力学习题解析习题解析习题解析习题解析习题习题1.1：一个体重为：一个体重为75kg的人大约每天耗费的人大约每天耗费6000kJ热量的热量的食物，假设食物为葡萄糖，其反响方程式为：食物，假设食物为葡萄糖，其反响方程式为：假设人吸入的空气中含假设人吸入的空气中含CO2 0.04%，O2 20.96%,呼出气体中呼出气体中含有含有CO2 4.1%，O2 16.1%,计算人每千克体重代谢所耗费的计算人每千克体重代谢所耗费的空气速率空气速率mL/min。6126222C H O +6O =6CO +6H O2816H

2、kJ解：解：6000/60.1705/2816/75kJ dmol kg dkJ molkg每千克体重的人每天耗费每千克体重的人每天耗费O2的摩尔数的摩尔数=每千克体重的人每天生成的每千克体重的人每天生成的CO2摩尔数。摩尔数。6126222C H O +6O =6CO +6H O反响前反响前 0.2096x 0.0004x 0.2096x 0.0004x设人每公斤每天代谢所耗费空气为设人每公斤每天代谢所耗费空气为 x mol x mol，呼出，呼出x x mol mol。反响前反响前 0.1610 x 0.1610 x 0.0410 x 0.0410 x0.20960.1610 0.041

3、0.00040.1705xxxx0.210.202 xx耗费耗费 0.1705 0.01705 0.1705 0.01705 产生产生4.038xmol4.03822400/62.81/min24 /60min/molmL molmLh dh人每千克体重代谢所耗费的空气速率mL/min为 ：习题习题1.2：210C等温条件下，进展亚硝酸乙酯的气相分解反响等温条件下，进展亚硝酸乙酯的气相分解反响该反响为一级不可逆反响，反响速率常数与温度的关系为该反响为一级不可逆反响，反响速率常数与温度的关系为活化能活化能E的单位为的单位为cal/mol，假设反响在恒容下进展，系统起始形状，假设反响在恒容下进展，

4、系统起始形状为为1atm的纯亚硝酸乙酯，试计算亚硝酸乙酯分解率为的纯亚硝酸乙酯，试计算亚硝酸乙酯分解率为80%时，亚时，亚硝酸乙酯的分解速率及乙醇的生成速率。硝酸乙酯的分解速率及乙醇的生成速率。25325C H ONONO+0.5CH CHO+0.5C H OH解：解：210下，反响速率常数下，反响速率常数k为：为：14377001.39 10 exp()(1/ )gksR T1437700 4.18681.39 10 exp()8.314 (273.15210)0.001196(1/ )ks5A031.01 108.314 (273.15 210)25.14/0.02514/pcRTmol

5、mmol L210C 、1atm的纯亚硝酸乙酯的初始浓度为：-6AA=0.001196 0.005028=6.01 10/rkcmol L s耗费率为耗费率为0.8时，亚硝酸乙酯的初始浓度为：时，亚硝酸乙酯的初始浓度为：AA0(1)0.02514 (1 0.8)0.005028/ccxmol L-6CA0.5 =3.00 10/rrmol L s习题习题1.3：对于不可逆基元反响：对于不可逆基元反响其速率方程式可表示为其速率方程式可表示为假设以假设以A为基准物，反响方程式两边同时除以为基准物，反响方程式两边同时除以A的计量系数的计量系数a，方程，方程式可写为式可写为动力学方程式可按此式写为：动

6、力学方程式可按此式写为：请计算后一种速率方程式能否正确，为什么？请计算后一种速率方程式能否正确，为什么？解：解：ABCDabcdAABabrkc cABCDbcdaaa/AA Bb arkc c/AA BABb aabrkc ckc c1a习题习题1.5：NO和和O2氧化为氧化为NO2的反响是一个三级反响的反响是一个三级反响在在30 C及及1kg/cm2下测得其反响速率常数为：下测得其反响速率常数为：假设将速率方程式表示为分压的函数：假设将速率方程式表示为分压的函数：反响速率常数反响速率常数kp值和单位是什么？值和单位是什么？222NO+O2NO解：解：4222.65 10/ ()ckLmol

7、s22ANOOprk pp22ANOOcrk ccpcRT22O22NOANOO3()()ccppkrkppRTRTRT4223336232.65 10/()(8.314 303) ()1.66 10/cpJ mkLmolskRTL mol Jsol0exp()EkkRT习题习题1.4：工业上以氮氧化物消费硝酸，氮氧化物由氨和空气：工业上以氮氧化物消费硝酸，氮氧化物由氨和空气气相氧化得到：气相氧化得到：假设进气中含氨假设进气中含氨 15%，进气形状为，进气形状为8.2atm，227C 。试求：。试求：1进气总浓度和氨浓度。进气总浓度和氨浓度。2恒压间歇反响器中，分别写出反响转化率对恒压间歇反响

8、器中，分别写出反响转化率对pi，ci和体和体积积V的函数。的函数。3恒容间歇反响器中，分别写出反响转化率对恒容间歇反响器中，分别写出反响转化率对pi，ci和总和总压的函数。压的函数。3224NH +5O =4NO+6H O解：解：1 1进气总浓度和氨浓度进气总浓度和氨浓度501.01 100.1972/8.3148.2227(273.15)pcmol LRT3NH ,000.150.02958/ccmol L 变容反响过程p适用于气相反响p假设产物反响物的计量系数不匹配，恒压，那么变容。p变容，那么浓度变化，影响反响速率p膨胀因子和膨胀率膨胀因子 即关键组份A的膨胀因子等于反响计量系数的代数和

9、除以A组分计量系数的相反数。SRBAsrba0SRBAISRBAIAIA反响式：计量方程：定义膨胀因子： 膨胀因子是由反响式决议的，一旦反响式确定，膨胀因子就是一个定值，与其它要素无关。02312C3BA2A膨胀率 即A组分的膨胀率等于物系中A组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。001AAAAxxxVVV 物系体积随转化率的变化不仅仅是膨胀因子的函数，而且与其它要素，如惰性物的存在等有关，因此引入第二个参数膨胀率。膨胀率的概念：001AAAAxxxVVV)1 (01AAAxxVV)1 (0AAxVV00ttnnVVAA0AI0IIxnnnItI0A0AAI0A0A00A()IttA

10、AAnnnnxnnxnnx AAAAAtAttxyxnnnnVV0000011AAAyVVV0002 2恒压间歇反响器中，恒压间歇反响器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函数的函数3NH ,0 Anx3NH ,0 AAA=+0.25+0.25 0.15(1 0.0375)nnnxnn xnx总总总总总3224NH +5O =4NO+6H O反响前反响前 n n总总= nNH3= nNH3，0 +nO20 +nO2，0 0 反响后反响后 n n总总= n= n总总+1/4 nNH3+1/4 nNH3，0 x 0 x 反响量反响量3NH ,0 A54nx3NH ,0 Anx3NH ,0

11、 A64nx0pVnRT0=VVnn0A=1+0.0375VVx（）2 2恒压间歇反响器中，恒压间歇反响器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函数的函数0A=1+0.0375VVx（）0pVnRT33NH ,0ANH ,0A0AAAA(1)(1)1+0.03751+0.03750.03(1)1+0.0375iinxcxncVVxxxx（）（）（）3NH ,0AAAA(1)124.71(1)1+0.03751+0.0375iicxxpcRTRTxx（）（）3 3恒容间歇反响器中，恒容间歇反响器中，x x、 pi pi、cici和和p p的函数的函数3NH ,0 Anx3224NH +5

12、O =4NO+6H O反响前反响前 n n总总= nNH3= nNH3，0 +nO20 +nO2，0 0 反响后反响后 n n总总= n= n总总+1/4 nNH3+1/4 nNH3，0 x 0 x 设设NH3NH3的初始量为的初始量为nNH3nNH3，0 0转化率为转化率为x x反响量反响量3NH ,0 A54nx3NH ,0 Anx3NH ,0 A64nx0pVnRT00=ppnn0A=1+0.0375ppx（）A=(1 0.0375)nnx总总3 3恒容间歇反响器中，恒容间歇反响器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函数的函数0(1)iiccx0(1)iiipcRTcx RT0

13、A=1+0.0375ppx（）习题习题1.6：有一反响，以下速率常数：有一反响，以下速率常数：求该反响的活化能和指前因子。求该反响的活化能和指前因子。解：解：由阿累尼乌斯公式得由阿累尼乌斯公式得0exp()EkkRTT/C58.177.9k/1/h0.1170.2960lnlnEkkRT0ln0.117ln(273.13 58.1)EkR0ln0.296ln(273 77.9)EkR45.316/EkJ mol601.64 10k 习题习题1.8：用纯组分：用纯组分A在一恒容间歇反响器中进展可逆反响在一恒容间歇反响器中进展可逆反响A=5/2P，实验测得反响体系的压力数据为：，实验测得反响体系的

14、压力数据为：试确定该反响的速率方程式。注：试确定该反响的速率方程式。注：1kgf/m2=9.8065Pa解：解：t/min02468101214pA/kgf/m210.800.6250.510.420.360.320.280.2设反响为一级可逆反响设反响为一级可逆反响AAA0A()rkck cckKkAAA0A1()dck cccdtKAA0ekcckkA0AeAAe1ln()(1)ccktccKt/min02468101214p/kgf/m210.800.6250.510.420.360.320.280.2lnca0-cae/ca-cae00.290.630.951.291.611.92.3

15、作图作图lnlnca0-caeca0-cae/ /ca-caeca-cae-t,-t,如下：如下：A0AeAe4cckKkc1(1)0.163kK0.13k 0.033k AAA0A0.130.033()rccc习题习题1.7 乙醇同乙酸在盐酸水溶液中的可逆酯化反响乙醇同乙酸在盐酸水溶液中的可逆酯化反响CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5,实验测得实验测得100时的反响速率常数为时的反响速率常数为:rA=k1CACB-k2CpCsk1=4.7610-4 m3/minkmolk2=1.6310-4 m3/minkmol今有一反响器今有一反响器,充溢充溢0.3785m3水溶液

16、水溶液,其中含其中含CH3COOH90.8kg, 含含C2H5OH181.6kg,所用盐酸浓度一所用盐酸浓度一样样,假定在反响器中的水分不蒸发假定在反响器中的水分不蒸发,物料密度恒定为物料密度恒定为1043kg/m3,求求:1 反响反响120min后后, CH3COOH转化酯的转化率转化酯的转化率;2 忽略逆反响影响忽略逆反响影响,反响反响120min后后,乙醇的转化率乙醇的转化率;3平衡转化率平衡转化率 CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5 CA0 CB0 Cp0 t=0 CA01-x CB0-CA0 x Cp0+CA0 x CA0 x t=t1000200022120

17、10020100(1)()()()( ()AAABApAAAAAABPABdCrk Cx CCxk CCx CxdtdCrkk Cxk CCk Cxk C Cdt 2021)(ACkkA1010200()ABPABk Ck Ck CC 100ABCk C C222222424AAAAdCrAxBxCdtdCBBCBBCrA xxdtAAAAAA 解：解：分析反响过程如下：分析反响过程如下： CA0=4.066mol/m3 CB0=10.43mol/m3 CP0=17.96mol/m3 x=0.35622220222222424lnln242424ABBCBBCxCAAAAAAtBBBCBBCA

18、CxAAAAAA令224BCDAA2BEA00lnln2ln2AACEDxEDtADxEDEDCEDxEDtADEDxED 2:忽略逆反响的影响1000(1)()AAABAdCrk Cx CCxdt 0010001ln(1)BABABCCxk tCCx C x=0.418 乙醇转化率: CB0-CA0 x/CB0=0.839 3 平衡转化率10002000(1)()()0AABApAArk Cx CC xk CC x C x xe=0.5465习题习题1.101.10乙炔与氯化氢在乙炔与氯化氢在HgCl2/HgCl2/活性炭催活性炭催化剂上合成氯乙烯的反响化剂上合成氯乙烯的反响 C2H2+HCl=C2H3ClC2H2+HCl=C2H3Cl其动力学方程有以下几种其动力学方程有以下几种能够的方式能够的方式: :1 1 r=k r=kpApB-pc/KpApB-pc/K/ /1+KApA+KBpB+KcPc1+KApA+KBpB+KcPc2 22 2 r=kKAKBpApB/ r=