化学反应工程陈晓习题学习教案

1、会计学1化学反应工程化学反应工程(gngchng)陈晓习题陈晓习题第一页，共32页。习题习题(xt)(xt)解析解析习题：一个体重习题：一个体重(tzhng)为为75kg的人大约每天消耗的人大约每天消耗6000kJ热量热量的食物，假设食物为葡萄糖，其反应方程式为：的食物，假设食物为葡萄糖，其反应方程式为：如果人吸入的空气中含如果人吸入的空气中含CO2 0.04%，O2 20.96%,呼出气体中含有呼出气体中含有CO2 4.1%，O2 16.1%,计算人每千克体重计算人每千克体重(tzhng)代谢所消耗代谢所消耗的空气速率（的空气速率（mL/min）。）。6126222C H O +6O =6C

2、O +6H O2816HkJ解：解：6000/60.1705/2816/75kJ dmol kg dkJ molkg每千克体重的人每天消耗每千克体重的人每天消耗(xioho)O2的摩尔数的摩尔数=每千克体重的人每天每千克体重的人每天生成的生成的CO2摩尔数。摩尔数。第1页/共31页第二页，共32页。6126222C H O +6O =6CO +6H O反应反应(fnyng)(fnyng)前前 设人每公斤每天代谢设人每公斤每天代谢(dixi)(dixi)所消耗空气为所消耗空气为 x mol x mol，呼出，呼出x x molmol。反应反应(fnyng)(fnyng)前前 0.1610 x 0

3、.1610 x 0.0410 x0.0410 x0.20960.1610 0.041 0.00040.1705xxxx0.210.202 xx消耗消耗 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消耗的空气速率（每千克体重代谢所消耗的空气速率（mL/min）为）为 ：第2页/共31页第三页，共32页。习题：习题：210C等温条件下，进行等温条件下，进行(jnxng)亚硝酸乙酯的气相分解反应亚硝酸乙酯的气相分解反应该反应为一级不可逆反应，反应速率常

4、数与温度的关系为该反应为一级不可逆反应，反应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，若反应在恒容下进行，若反应在恒容下进行(jnxng)，系统起始状，系统起始状态为态为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，亚硝酸时，亚硝酸乙酯的分解速率及乙醇的生成速率。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，反应下，反应(fnyng)速率常数速率常数k为：为：14377001.39 10 exp()(1/ )gksR T1437700 4.186

5、81.39 10 exp()8.314 (273.15210)0.001196(1/ )ks第3页/共31页第四页，共32页。5A031.01 108.314 (273.15 210)25.14/0.02514/pcRTmol mmol L210C 、1atm的纯亚硝酸乙酯的初始(ch sh)浓度为：-6AA=0.001196 0.005028=6.01 10/rkcmol L s消耗率为时，亚硝酸乙酯的初始消耗率为时，亚硝酸乙酯的初始(ch sh)浓度为：浓度为：AA0(1)0.02514 (1 0.8)0.005028/ccxmol L-6CA0.5 =3.00 10/rrmol L s第

6、4页/共31页第五页，共32页。习题：对于不可逆基元反应习题：对于不可逆基元反应其速率方程式可表示为其速率方程式可表示为若以若以A为基准物，反应方程式两边同时除以为基准物，反应方程式两边同时除以A的计量系数的计量系数a，方程式可写，方程式可写为为动力学方程式可按此式写为：动力学方程式可按此式写为：请计算请计算(j sun)后一种速率方程式是否正确，为什么？后一种速率方程式是否正确，为什么？解：解：ABCDabcdAABabrkc cABCDbcdaaa/AA Bb arkc c/AA BABb aabrkc ckc c1a第5页/共31页第六页，共32页。习题：习题：NO和和O2氧化为氧化为N

7、O2的反应是一个三级反应的反应是一个三级反应在在30 C及及1kg/cm2下测得其反应速率常数下测得其反应速率常数(chngsh)为：为：如果将速率方程式表示为分压的函数：如果将速率方程式表示为分压的函数：反应速率常数反应速率常数(chngsh)kp值和单位是什么？值和单位是什么？222NO+O2NO解：解：4222.65 10/()ckLmols22ANOOprk pp22ANOOcrk ccpcRT22O22NOANOO3()()ccppkrkppRTRTRT4223336232.65 10/()(8.314 303) ()1.66 10/cpJmkLmolskRTL mol Jsol0e

8、xp()EkkRT第6页/共31页第七页，共32页。习题：工业上以氮氧化物生产硝酸，氮氧化物由氨和空气气相氧习题：工业上以氮氧化物生产硝酸，氮氧化物由氨和空气气相氧化得到：化得到：如果进气中含氨如果进气中含氨 15%，进气状态为，进气状态为，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）恒压间歇反应）恒压间歇反应(fnyng)器中，分别写出反应器中，分别写出反应(fnyng)转化转化率对率对pi，ci和体积和体积V的函数。的函数。（3）恒容间歇反应）恒容间歇反应(fnyng)器中，分别写出反应器中，分别写出反应(fnyng)转化转化率对率对pi，ci和总压的函

9、数。和总压的函数。3224NH +5O =4NO+6H O解：解：(1)(1)进气进气(jn q)(jn q)总浓度和总浓度和氨浓度氨浓度501.01 100.1972/8.3148.2227(273.15)pcmol LRT3NH ,000.150.02958/ccmol L第7页/共31页第八页，共32页。第8页/共31页第九页，共32页。SRBAsrba0SRBAISRBAIAIA反应式：计量(jling)方程：定义膨胀因子：第9页/共31页第十页，共32页。02312C3BA2A第10页/共31页第十一页，共32页。001AAAAxxxVVV 物系体积随转化率的变化不仅仅是膨胀因子的函

10、数(hnsh)，而且与其它因素，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(ginin)：第11页/共31页第十二页，共32页。001AAAAxxxVVV)1 (01AAAxxVV)1 (0AAxVV00ttnnVVAA0AI0IIxnnnItI0A0AAI0A0A00A()IttAAAnnnnxnnxnnx AAAAAtAttxyxnnnnVV0000011AAAyVVV000第12页/共31页第十三页，共32页。(2)(2)恒压间歇恒压间歇(jin xi)(jin xi)反应器中，反应器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函数的函数3NH ,0 Anx3NH ,

11、0 AAA=+0.25+0.25 0.15(1 0.0375)nnnxnn xnx总总总总总3224NH +5O =4NO+6H O反应反应(fnyng)(fnyng)前前 n n总总= nNH3= nNH3，0 +nO20 +nO2，0 0 反应反应(fnyng)(fnyng)后后 n n总总= n= n总总+1/4 nNH3+1/4 nNH3，0 x 0 x 反应量反应量3NH ,0 A54nx3NH ,0 Anx3NH ,0 A64nx0pVnRT0=VVnn0A=1+0.0375VVx（）第13页/共31页第十四页，共32页。(2)(2)恒压间歇恒压间歇(jin xi)(jin xi)

12、反应器中，反应器中，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（）（）第14页/共31页第十五页，共32页。(3)(3)恒容间歇恒容间歇(jin xi)(jin xi)反应器中，反应器中，x x、 pi pi、cici和和p p的函数的函数3NH ,0 Anx3224NH +5O =4NO+

13、6H O反应反应(fnyng)(fnyng)前前 n n总总= nNH3= nNH3，0 +nO20 +nO2，0 0 反应反应(fnyng)(fnyng)后后 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n nNH3NH3，0 0转化率为转化率为x x反应量反应量3NH ,0 A54nx3NH ,0 Anx3NH ,0 A64nx0pVnRT00=ppnn0A=1+0.0375ppx（）A=(1 0.0375)nnx总总第15页/共31页第十六页，共32页。(3)(3)恒容间歇恒容间歇(jin xi)(jin xi)反应

14、器中，反应器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函数的函数0(1)iiccx0(1)iiipcRTcx RT0A=1+0.0375ppx（）第16页/共31页第十七页，共32页。习题：有一反应，已知下列速率常数习题：有一反应，已知下列速率常数(chngsh)：求该反应的活化能和指前因子。求该反应的活化能和指前因子。解：解：由阿累尼乌斯公式由阿累尼乌斯公式(gngsh)(gngsh)得得0exp()EkkRTT/C58.177.9k/(1/h)0.1170.2960lnlnEkkRT0ln0.117ln(273.13 58.1)EkR0ln0.296ln(273 77.9)EkR45.

15、316/EkJ mol601.64 10k 第17页/共31页第十八页，共32页。习题：用纯组分习题：用纯组分A在一恒容间歇在一恒容间歇(jin xi)反应器中进行可逆反应反应器中进行可逆反应A=5/2P，实验测得反应体系的压力数据为：，实验测得反应体系的压力数据为：试确定该反应的速率方程式。注：试确定该反应的速率方程式。注：解：解：t/min02468101214pA/(kgf/m2)10.800.6250.510.420.360.320.280.2设反应设反应(fnyng)(fnyng)为一级可逆为一级可逆反应反应(fnyng)(fnyng)AAA0A()rkck cckKkAAA0A1(

16、)dck cccdtKAA0ekcckkA0AeAAe1ln()(1)ccktccK第18页/共31页第十九页，共32页。t/min02468101214p/(kgf/m2) 10.800.6250.510.420.360.320.280.2ln(ca0-cae)/(ca-cae)00.290.630.951.291.611.92.3作图作图ln(ca0-cae)/(ca-cae)-t,ln(ca0-cae)/(ca-cae)-t,如下如下(rxi)(rxi)：A0AeAe4cckKkc1(1)0.163kK0.13k 0.033k AAA0A0.130.033()rccc第19页/共31页第

17、二十页，共32页。习题习题1.7 乙醇同乙酸在盐酸水溶液中的可逆酯化反应乙醇同乙酸在盐酸水溶液中的可逆酯化反应CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5,实验测得实验测得100时时的反应速率常数为的反应速率常数为:rA=k1CACB-k2CpCsk1=4.7610-4 m3/(minkmol)k2=1.6310-4 m3/(minkmol)今有一反应器今有一反应器,充满水溶液充满水溶液,其中含其中含CH3COOH90.8kg, 含含C2H5OH181.6kg,所用盐酸浓度相同所用盐酸浓度相同,假定假定(jidng)在反应器中在反应器中的水分不蒸发的水分不蒸发,物料密度恒定为物料

18、密度恒定为1043kg/m3,求求:(1) 反应反应120min后后, CH3COOH转化酯的转化率转化酯的转化率;(2) 忽略逆反应影响忽略逆反应影响,反应反应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第20页/共31页第二十一页，共32页。100020002212010020100(1)()()()( ()AAABApAAAAAABPABdCrk Cx CC xk CC x C xdtdCrkk Cxk CCk Cxk C Cdt 2021)(ACkkA1010200()ABPABk Ck Ck CC 100ABCk C C222222424AAAAdCrAxB

19、xCdtdCBBCBBCrA xxdtAAAAAA 解：解：分析反应过程分析反应过程(guchng)(guchng)如下如下：第21页/共31页第二十二页，共32页。22220222222424lnln242424ABBCBBCxCAAAAAAtBBBCBBCACxAAAAAA令224BCDAA2BEA00lnln2ln2AACEDxEDtADxEDEDCEDxEDtADEDxED第22页/共31页第二十三页，共32页。1000(1)()AAABAdCrk Cx CCxdt 0010001ln(1)BABABCC xk tCCx Cx=0.418 乙醇(y chn)转化率: (CB0-CA0 x)/CB0(3) 平衡转化率10002000(1)()()0AABApAArk Cx CC xk CC x C xxe第23页/共31页第二十四页，共32页。试根据理想表面试根据理想表面(biomin)假设说假设说明各式对应的机理假设及其控制明各式对应的机理假设及其控制步骤步骤第24页/共31页第二十五页，共32页。2(/)(1)A