化學(xué)反應(yīng)工程陳曉習(xí)題學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程(gngchng)陳曉習(xí)題陳曉習(xí)題第一頁(yè)，共32頁(yè)。習(xí)題習(xí)題(xt)(xt)解析解析習(xí)題：一個(gè)體重習(xí)題：一個(gè)體重(tzhng)為為75kg的人大約每天消耗的人大約每天消耗6000kJ熱量熱量的食物，假設(shè)食物為葡萄糖，其反應(yīng)方程式為：的食物，假設(shè)食物為葡萄糖，其反應(yīng)方程式為：如果人吸入的空氣中含如果人吸入的空氣中含CO2 0.04%，O2 20.96%,呼出氣體中含有呼出氣體中含有CO2 4.1%，O2 16.1%,計(jì)算人每千克體重計(jì)算人每千克體重(tzhng)代謝所消耗代謝所消耗的空氣速率（的空氣速率（mL/min）。）。6126222C H O +6O =6C

2、O +6H O2816HkJ解：解：6000/60.1705/2816/75kJ dmol kg dkJ molkg每千克體重的人每天消耗每千克體重的人每天消耗(xioho)O2的摩爾數(shù)的摩爾數(shù)=每千克體重的人每天每千克體重的人每天生成的生成的CO2摩爾數(shù)。摩爾數(shù)。第1頁(yè)/共31頁(yè)第二頁(yè)，共32頁(yè)。6126222C H O +6O =6CO +6H O反應(yīng)反應(yīng)(fnyng)(fnyng)前前 設(shè)人每公斤每天代謝設(shè)人每公斤每天代謝(dixi)(dixi)所消耗空氣為所消耗空氣為 x mol x mol，呼出，呼出x x molmol。反應(yīng)反應(yīng)(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 產(chǎn)生產(chǎn)生4.038xmol4.03822400/62.81/min24 /60min/molmL molmLh dh人每千克體重代謝所消耗的空氣速率（每千克體重代謝所消耗的空氣速率（mL/min）為）為 ：第2頁(yè)/共31頁(yè)第三頁(yè)，共32頁(yè)。習(xí)題：習(xí)題：210C等溫條件下，進(jìn)行等溫條件下，進(jìn)行(jnxng)亞硝酸乙酯的氣相分解反應(yīng)亞硝酸乙酯的氣相分解反應(yīng)該反應(yīng)為一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率常

4、數(shù)與溫度的關(guān)系為該反應(yīng)為一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系為活化能活化能E的單位為的單位為cal/mol，若反應(yīng)在恒容下進(jìn)行，若反應(yīng)在恒容下進(jìn)行(jnxng)，系統(tǒng)起始狀，系統(tǒng)起始狀態(tài)為態(tài)為1atm的純亞硝酸乙酯，試計(jì)算亞硝酸乙酯分解率為的純亞硝酸乙酯，試計(jì)算亞硝酸乙酯分解率為80%時(shí)，亞硝酸時(shí)，亞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，反應(yīng)下，反應(yīng)(fnyng)速率常數(shù)速率常數(shù)k為：為：14377001.39 10 exp()(1/ )gksR T1437700 4.186

5、81.39 10 exp()8.314 (273.15210)0.001196(1/ )ks第3頁(yè)/共31頁(yè)第四頁(yè)，共32頁(yè)。5A031.01 108.314 (273.15 210)25.14/0.02514/pcRTmol mmol L210C 、1atm的純亞硝酸乙酯的初始(ch sh)濃度為：-6AA=0.001196 0.005028=6.01 10/rkcmol L s消耗率為時(shí)，亞硝酸乙酯的初始消耗率為時(shí)，亞硝酸乙酯的初始(ch sh)濃度為：濃度為：AA0(1)0.02514 (1 0.8)0.005028/ccxmol L-6CA0.5 =3.00 10/rrmol L s第

6、4頁(yè)/共31頁(yè)第五頁(yè)，共32頁(yè)。習(xí)題：對(duì)于不可逆基元反應(yīng)習(xí)題：對(duì)于不可逆基元反應(yīng)其速率方程式可表示為其速率方程式可表示為若以若以A為基準(zhǔn)物，反應(yīng)方程式兩邊同時(shí)除以為基準(zhǔn)物，反應(yīng)方程式兩邊同時(shí)除以A的計(jì)量系數(shù)的計(jì)量系數(shù)a，方程式可寫，方程式可寫為為動(dòng)力學(xué)方程式可按此式寫為：動(dòng)力學(xué)方程式可按此式寫為：請(qǐng)計(jì)算請(qǐng)計(jì)算(j sun)后一種速率方程式是否正確，為什么？后一種速率方程式是否正確，為什么？解：解：ABCDabcdAABabrkc cABCDbcdaaa/AA Bb arkc c/AA BABb aabrkc ckc c1a第5頁(yè)/共31頁(yè)第六頁(yè)，共32頁(yè)。習(xí)題：習(xí)題：NO和和O2氧化為氧化為N

7、O2的反應(yīng)是一個(gè)三級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)是一個(gè)三級(jí)反應(yīng)在在30 C及及1kg/cm2下測(cè)得其反應(yīng)速率常數(shù)下測(cè)得其反應(yīng)速率常數(shù)(chngsh)為：為：如果將速率方程式表示為分壓的函數(shù)：如果將速率方程式表示為分壓的函數(shù)：反應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù)(chngsh)kp值和單位是什么？值和單位是什么？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頁(yè)/共31頁(yè)第七頁(yè)，共32頁(yè)。習(xí)題：工業(yè)上以氮氧化物生產(chǎn)硝酸，氮氧化物由氨和空氣氣相氧習(xí)題：工業(yè)上以氮氧化物生產(chǎn)硝酸，氮氧化物由氨和空氣氣相氧化得到：化得到：如果進(jìn)氣中含氨如果進(jìn)氣中含氨 15%，進(jìn)氣狀態(tài)為，進(jìn)氣狀態(tài)為，227C 。試求：。試求：（1）進(jìn)氣總濃度和氨濃度。）進(jìn)氣總濃度和氨濃度。（2）恒壓間歇反應(yīng)）恒壓間歇反應(yīng)(fnyng)器中，分別寫出反應(yīng)器中，分別寫出反應(yīng)(fnyng)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化率對(duì)率對(duì)pi，ci和體積和體積V的函數(shù)。的函數(shù)。（3）恒容間歇反應(yīng)）恒容間歇反應(yīng)(fnyng)器中，分別寫出反應(yīng)器中，分別寫出反應(yīng)(fnyng)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化率對(duì)率對(duì)pi，ci和總壓的函

9、數(shù)。和總壓的函數(shù)。3224NH +5O =4NO+6H O解：解：(1)(1)進(jìn)氣進(jìn)氣(jn q)(jn q)總濃度和總濃度和氨濃度氨濃度501.01 100.1972/8.3148.2227(273.15)pcmol LRT3NH ,000.150.02958/ccmol L第7頁(yè)/共31頁(yè)第八頁(yè)，共32頁(yè)。第8頁(yè)/共31頁(yè)第九頁(yè)，共32頁(yè)。SRBAsrba0SRBAISRBAIAIA反應(yīng)式：計(jì)量(jling)方程：定義膨脹因子：第9頁(yè)/共31頁(yè)第十頁(yè)，共32頁(yè)。02312C3BA2A第10頁(yè)/共31頁(yè)第十一頁(yè)，共32頁(yè)。001AAAAxxxVVV 物系體積隨轉(zhuǎn)化率的變化不僅僅是膨脹因子的函

10、數(shù)(hnsh)，而且與其它因素，如惰性物的存在等有關(guān)，因此引入第二個(gè)參數(shù)膨脹率。膨脹率的概念(ginin)：第11頁(yè)/共31頁(yè)第十二頁(yè)，共32頁(yè)。001AAAAxxxVVV)1 (01AAAxxVV)1 (0AAxVV00ttnnVVAA0AI0IIxnnnItI0A0AAI0A0A00A()IttAAAnnnnxnnxnnx AAAAAtAttxyxnnnnVV0000011AAAyVVV000第12頁(yè)/共31頁(yè)第十三頁(yè)，共32頁(yè)。(2)(2)恒壓間歇恒壓間歇(jin xi)(jin xi)反應(yīng)器中，反應(yīng)器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函數(shù)的函數(shù)3NH ,0 Anx3NH ,

11、0 AAA=+0.25+0.25 0.15(1 0.0375)nnnxnn xnx總總總總總3224NH +5O =4NO+6H O反應(yīng)反應(yīng)(fnyng)(fnyng)前前 n n總總= nNH3= nNH3，0 +nO20 +nO2，0 0 反應(yīng)反應(yīng)(fnyng)(fnyng)后后 n n總總= n= n總總+1/4 nNH3+1/4 nNH3，0 x 0 x 反應(yīng)量反應(yīng)量3NH ,0 A54nx3NH ,0 Anx3NH ,0 A64nx0pVnRT0=VVnn0A=1+0.0375VVx（）第13頁(yè)/共31頁(yè)第十四頁(yè)，共32頁(yè)。(2)(2)恒壓間歇恒壓間歇(jin xi)(jin xi)

12、反應(yīng)器中，反應(yīng)器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函數(shù)的函數(shù)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頁(yè)/共31頁(yè)第十五頁(yè)，共32頁(yè)。(3)(3)恒容間歇恒容間歇(jin xi)(jin xi)反應(yīng)器中，反應(yīng)器中，x x、 pi pi、cici和和p p的函數(shù)的函數(shù)3NH ,0 Anx3224NH +5O =4NO+

13、6H O反應(yīng)反應(yīng)(fnyng)(fnyng)前前 n n總總= nNH3= nNH3，0 +nO20 +nO2，0 0 反應(yīng)反應(yīng)(fnyng)(fnyng)后后 n n總總= n= n總總+1/4 nNH3+1/4 nNH3，0 x 0 x 設(shè)設(shè)NH3NH3的初始量為的初始量為n nNH3NH3，0 0轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化率為x x反應(yīng)量反應(yīng)量3NH ,0 A54nx3NH ,0 Anx3NH ,0 A64nx0pVnRT00=ppnn0A=1+0.0375ppx（）A=(1 0.0375)nnx總總第15頁(yè)/共31頁(yè)第十六頁(yè)，共32頁(yè)。(3)(3)恒容間歇恒容間歇(jin xi)(jin xi)反應(yīng)

14、器中，反應(yīng)器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函數(shù)的函數(shù)0(1)iiccx0(1)iiipcRTcx RT0A=1+0.0375ppx（）第16頁(yè)/共31頁(yè)第十七頁(yè)，共32頁(yè)。習(xí)題：有一反應(yīng)，已知下列速率常數(shù)習(xí)題：有一反應(yīng)，已知下列速率常數(shù)(chngsh)：求該反應(yīng)的活化能和指前因子。求該反應(yīng)的活化能和指前因子。解：解：由阿累尼烏斯公式由阿累尼烏斯公式(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頁(yè)/共31頁(yè)第十八頁(yè)，共32頁(yè)。習(xí)題：用純組分習(xí)題：用純組分A在一恒容間歇在一恒容間歇(jin xi)反應(yīng)器中進(jìn)行可逆反應(yīng)反應(yīng)器中進(jìn)行可逆反應(yīng)A=5/2P，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)體系的壓力數(shù)據(jù)為：，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)體系的壓力數(shù)據(jù)為：試確定該反應(yīng)的速率方程式。注：試確定該反應(yīng)的速率方程式。注：解：解：t/min02468101214pA/(kgf/m2)10.800.6250.510.420.360.320.280.2設(shè)反應(yīng)設(shè)反應(yīng)(fnyng)(fnyng)為一級(jí)可逆為一級(jí)可逆反應(yīng)反應(yīng)(fnyng)(fnyng)AAA0A()rkck cckKkAAA0A1(

16、)dck cccdtKAA0ekcckkA0AeAAe1ln()(1)ccktccK第18頁(yè)/共31頁(yè)第十九頁(yè)，共32頁(yè)。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作圖作圖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頁(yè)/共31頁(yè)第

17、二十頁(yè)，共32頁(yè)。習(xí)題習(xí)題1.7 乙醇同乙酸在鹽酸水溶液中的可逆酯化反應(yīng)乙醇同乙酸在鹽酸水溶液中的可逆酯化反應(yīng)CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5,實(shí)驗(yàn)測(cè)得實(shí)驗(yàn)測(cè)得100時(shí)時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)為的反應(yīng)速率常數(shù)為:rA=k1CACB-k2CpCsk1=4.7610-4 m3/(minkmol)k2=1.6310-4 m3/(minkmol)今有一反應(yīng)器今有一反應(yīng)器,充滿水溶液充滿水溶液,其中含其中含CH3COOH90.8kg, 含含C2H5OH181.6kg,所用鹽酸濃度相同所用鹽酸濃度相同,假定假定(jidng)在反應(yīng)器中在反應(yīng)器中的水分不蒸發(fā)的水分不蒸發(fā),物料密度恒定為物料

18、密度恒定為1043kg/m3,求求:(1) 反應(yīng)反應(yīng)120min后后, CH3COOH轉(zhuǎn)化酯的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化酯的轉(zhuǎn)化率;(2) 忽略逆反應(yīng)影響忽略逆反應(yīng)影響,反應(yīng)反應(yīng)120min后后,乙醇的轉(zhuǎn)化率乙醇的轉(zhuǎn)化率;(3)平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率第20頁(yè)/共31頁(yè)第二十一頁(yè)，共32頁(yè)。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：分析反應(yīng)過(guò)程分析反應(yīng)過(guò)程(guchng)(guchng)如下如下：第21頁(yè)/共31頁(yè)第二十二頁(yè)，共32頁(yè)。22220222222424lnln242424ABBCBBCxCAAAAAAtBBBCBBCACxAAAAAA令224BCDAA2BEA00lnln2ln2AACEDxEDtADxEDEDCEDxEDtADEDxED第22頁(yè)/共31頁(yè)第二十三頁(yè)，共32頁(yè)。1000(1)()AAABAdCrk Cx CCxdt 0010001ln(1)BABABCC xk tCCx Cx=0.418 乙醇(y chn)轉(zhuǎn)化率: (CB0-CA0 x)/CB0(3) 平衡轉(zhuǎn)化率10002000(1)()()0AABApAArk Cx CC xk CC x C xxe第23頁(yè)/共31頁(yè)第二十四頁(yè)，共32頁(yè)。試根據(jù)理想表面試根據(jù)理想表面(biomin)假設(shè)說(shuō)假設(shè)說(shuō)明各式對(duì)應(yīng)的機(jī)理假設(shè)及其控制明各式對(duì)應(yīng)的機(jī)理假設(shè)及其控制步驟步驟第24頁(yè)/共31頁(yè)第二十五頁(yè)，共32頁(yè)。2(/)(1)A