化學(xué)反應(yīng)工程01習(xí)題ppt課件

1、1授課人：陳授課人：陳 曉曉CCEpE, SWUN第一章第一章 化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)習(xí)題解析習(xí)題解析習(xí)題解析習(xí)題解析習(xí)題習(xí)題1.1：一個(gè)體重為：一個(gè)體重為75kg的人大約每天耗費(fèi)的人大約每天耗費(fèi)6000kJ熱量的熱量的食物，假設(shè)食物為葡萄糖，其反響方程式為：食物，假設(shè)食物為葡萄糖，其反響方程式為：假設(shè)人吸入的空氣中含假設(shè)人吸入的空氣中含CO2 0.04%，O2 20.96%,呼出氣體中呼出氣體中含有含有CO2 4.1%，O2 16.1%,計(jì)算人每千克體重代謝所耗費(fèi)的計(jì)算人每千克體重代謝所耗費(fèi)的空氣速率空氣速率mL/min。6126222C H O +6O =6CO +6H O2816H

2、kJ解：解：6000/60.1705/2816/75kJ dmol kg dkJ molkg每千克體重的人每天耗費(fèi)每千克體重的人每天耗費(fèi)O2的摩爾數(shù)的摩爾數(shù)=每千克體重的人每天生成的每千克體重的人每天生成的CO2摩爾數(shù)。摩爾數(shù)。6126222C H O +6O =6CO +6H O反響前反響前 0.2096x 0.0004x 0.2096x 0.0004x設(shè)人每公斤每天代謝所耗費(fèi)空氣為設(shè)人每公斤每天代謝所耗費(fèi)空氣為 x mol x mol，呼出，呼出x x mol mol。反響前反響前 0.1610 x 0.1610 x 0.0410 x 0.0410 x0.20960.1610 0.041

3、0.00040.1705xxxx0.210.202 xx耗費(fèi)耗費(fèi) 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耗費(fèi)的空氣速率mL/min為 ：習(xí)題習(xí)題1.2：210C等溫條件下，進(jìn)展亞硝酸乙酯的氣相分解反響等溫條件下，進(jìn)展亞硝酸乙酯的氣相分解反響該反響為一級(jí)不可逆反響，反響速率常數(shù)與溫度的關(guān)系為該反響為一級(jí)不可逆反響，反響速率常數(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，假設(shè)反響在恒容下進(jìn)展，系統(tǒng)起始形狀，假設(shè)反響在恒容下進(jìn)展，

4、系統(tǒng)起始形狀為為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)，亞時(shí)，亞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，反響速率常數(shù)下，反響速率常數(shù)k為：為：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的純亞硝酸乙酯的初始濃度為：-6AA=0.001196 0.005028=6.01 10/rkcmol L s耗費(fèi)率為耗費(fèi)率為0.8時(shí)，亞硝酸乙酯的初始濃度為：時(shí)，亞硝酸乙酯的初始濃度為：AA0(1)0.02514 (1 0.8)0.005028/ccxmol L-6CA0.5 =3.00 10/rrmol L s習(xí)題習(xí)題1.3：對(duì)于不可逆基元反響：對(duì)于不可逆基元反響其速率方程式可表示為其速率方程式可表示為假設(shè)以假設(shè)以A為基準(zhǔn)物，反響方程式兩邊同時(shí)除以為基準(zhǔn)物，反響方程式兩邊同時(shí)除以A的計(jì)量系數(shù)的計(jì)量系數(shù)a，方程，方程式可寫為式可寫為動(dòng)力學(xué)方程式可按此式寫為：動(dòng)

6、力學(xué)方程式可按此式寫為：請(qǐng)計(jì)算后一種速率方程式能否正確，為什么？請(qǐng)計(jì)算后一種速率方程式能否正確，為什么？解：解：ABCDabcdAABabrkc cABCDbcdaaa/AA Bb arkc c/AA BABb aabrkc ckc c1a習(xí)題習(xí)題1.5：NO和和O2氧化為氧化為NO2的反響是一個(gè)三級(jí)反響的反響是一個(gè)三級(jí)反響在在30 C及及1kg/cm2下測(cè)得其反響速率常數(shù)為：下測(cè)得其反響速率常數(shù)為：假設(shè)將速率方程式表示為分壓的函數(shù)：假設(shè)將速率方程式表示為分壓的函數(shù)：反響速率常數(shù)反響速率常數(shù)kp值和單位是什么？值和單位是什么？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習(xí)題習(xí)題1.4：工業(yè)上以氮氧化物消費(fèi)硝酸，氮氧化物由氨和空氣：工業(yè)上以氮氧化物消費(fèi)硝酸，氮氧化物由氨和空氣氣相氧化得到：氣相氧化得到：假設(shè)進(jìn)氣中含氨假設(shè)進(jìn)氣中含氨 15%，進(jìn)氣形狀為，進(jìn)氣形狀為8.2atm，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恒壓間歇反響器中，分別寫出反響轉(zhuǎn)化率對(duì)恒壓間歇反響

8、器中，分別寫出反響轉(zhuǎn)化率對(duì)pi，ci和體和體積積V的函數(shù)。的函數(shù)。3恒容間歇反響器中，分別寫出反響轉(zhuǎn)化率對(duì)恒容間歇反響器中，分別寫出反響轉(zhuǎn)化率對(duì)pi，ci和總和總壓的函數(shù)。壓的函數(shù)。3224NH +5O =4NO+6H O解：解：1 1進(jìn)氣總濃度和氨濃度進(jìn)氣總濃度和氨濃度501.01 100.1972/8.3148.2227(273.15)pcmol LRT3NH ,000.150.02958/ccmol L 變?nèi)莘错戇^(guò)程p適用于氣相反響p假設(shè)產(chǎn)物反響物的計(jì)量系數(shù)不匹配，恒壓，那么變?nèi)?。p變?nèi)?，那么濃度變化，影響反響速率p膨脹因子和膨脹率膨脹因子 即關(guān)鍵組份A的膨脹因子等于反響計(jì)量系數(shù)的代數(shù)和

9、除以A組分計(jì)量系數(shù)的相反數(shù)。SRBAsrba0SRBAISRBAIAIA反響式：計(jì)量方程：定義膨脹因子： 膨脹因子是由反響式?jīng)Q議的，一旦反響式確定，膨脹因子就是一個(gè)定值，與其它要素?zé)o關(guān)。02312C3BA2A膨脹率 即A組分的膨脹率等于物系中A組分完全轉(zhuǎn)化所引起的體積變化除以物系的初始體積。001AAAAxxxVVV 物系體積隨轉(zhuǎn)化率的變化不僅僅是膨脹因子的函數(shù)，而且與其它要素，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：001AAAAxxxVVV)1 (01AAAxxVV)1 (0AAxVV00ttnnVVAA0AI0IIxnnnItI0A0AAI0A0A00A()IttA

10、AAnnnnxnnxnnx AAAAAtAttxyxnnnnVV0000011AAAyVVV0002 2恒壓間歇反響器中，恒壓間歇反響器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函數(shù)的函數(shù)3NH ,0 Anx3NH ,0 AAA=+0.25+0.25 0.15(1 0.0375)nnnxnn xnx總總總總總3224NH +5O =4NO+6H O反響前反響前 n n總總= nNH3= nNH3，0 +nO20 +nO2，0 0 反響后反響后 n n總總= n= n總總+1/4 nNH3+1/4 nNH3，0 x 0 x 反響量反響量3NH ,0 A54nx3NH ,0 Anx3NH ,0

11、 A64nx0pVnRT0=VVnn0A=1+0.0375VVx（）2 2恒壓間歇反響器中，恒壓間歇反響器中，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（）（）3 3恒容間歇反響器中，恒容間歇反響器中，x x、 pi pi、cici和和p p的函數(shù)的函數(shù)3NH ,0 Anx3224NH +5

12、O =4NO+6H O反響前反響前 n n總總= nNH3= nNH3，0 +nO20 +nO2，0 0 反響后反響后 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nNH3nNH3，0 0轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化率為x x反響量反響量3NH ,0 A54nx3NH ,0 Anx3NH ,0 A64nx0pVnRT00=ppnn0A=1+0.0375ppx（）A=(1 0.0375)nnx總總3 3恒容間歇反響器中，恒容間歇反響器中，x x、 pi pi、cici和和V V的函數(shù)的函數(shù)0(1)iiccx0(1)iiipcRTcx RT0

13、A=1+0.0375ppx（）習(xí)題習(xí)題1.6：有一反響，以下速率常數(shù)：有一反響，以下速率常數(shù)：求該反響的活化能和指前因子。求該反響的活化能和指前因子。解：解：由阿累尼烏斯公式得由阿累尼烏斯公式得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 習(xí)題習(xí)題1.8：用純組分：用純組分A在一恒容間歇反響器中進(jìn)展可逆反響在一恒容間歇反響器中進(jìn)展可逆反響A=5/2P，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反響體系的壓力數(shù)據(jù)為：，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反響體系的

14、壓力數(shù)據(jù)為：試確定該反響的速率方程式。注：試確定該反響的速率方程式。注：1kgf/m2=9.8065Pa解：解：t/min02468101214pA/kgf/m210.800.6250.510.420.360.320.280.2設(shè)反響為一級(jí)可逆反響設(shè)反響為一級(jí)可逆反響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、作圖作圖lnlnca0-caeca0-cae/ /ca-caeca-cae-t,-t,如下：如下：A0AeAe4cckKkc1(1)0.163kK0.13k 0.033k AAA0A0.130.033()rccc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響乙醇同乙酸在鹽酸水溶液中的可逆酯化反響CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5,實(shí)驗(yàn)測(cè)得實(shí)驗(yàn)測(cè)得100時(shí)的反響速率常數(shù)為時(shí)的反響速率常數(shù)為:rA=k1CACB-k2CpCsk1=4.7610-4 m3/minkmolk2=1.6310-4 m3/minkmol今有一反響器今有一反響器,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,所用鹽酸濃度一所用鹽酸濃度一樣樣,假定在反響器中的水分不蒸發(fā)假定在反響器中的水分不蒸發(fā),物料密度恒定為物料密度恒定為1043kg/m3,求求:1 反響反響120min后后, CH3COOH轉(zhuǎn)化酯的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化酯的轉(zhuǎn)化率;2 忽略逆反響影響忽略逆反響影響,反響反響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 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：分析反響過(guò)程如下：分析反響過(guò)程如下： CA0=4.066mol/m3 CB0=10.43mol/m3 CP0=17.96mol/m3 x=0.35622220222222424lnln242424ABBCBBCxCAAAAAAtBBBCBBCA

18、CxAAAAAA令224BCDAA2BEA00lnln2ln2AACEDxEDtADxEDEDCEDxEDtADEDxED 2:忽略逆反響的影響1000(1)()AAABAdCrk Cx CCxdt 0010001ln(1)BABABCCxk tCCx C x=0.418 乙醇轉(zhuǎn)化率: CB0-CA0 x/CB0=0.839 3 平衡轉(zhuǎn)化率10002000(1)()()0AABApAArk Cx CC xk CC x C x xe=0.5465習(xí)題習(xí)題1.101.10乙炔與氯化氫在乙炔與氯化氫在HgCl2/HgCl2/活性炭催活性炭催化劑上合成氯乙烯的反響化劑上合成氯乙烯的反響 C2H2+HCl=C2H3ClC2H2+HCl=C2H3Cl其動(dòng)力學(xué)方程有以下幾種其動(dòng)力學(xué)方程有以下幾種能夠的方式能夠的方式: :1 1 r=k r=kpApB-pc/KpApB-pc/K/ /1+KApA+KBpB+KcPc1+KApA+KBpB+KcPc2 22 2 r=kKAKBpApB/ r=