化學反應工程01習題ppt課件

1、1授課人：陳授課人：陳 曉曉CCEpE, SWUN第一章第一章 化學反響動力學化學反響動力學習題解析習題解析習題解析習題解析習題習題1.1：一個體重為：一個體重為75kg的人大約每天耗費的人大約每天耗費6000kJ熱量的熱量的食物，假設食物為葡萄糖，其反響方程式為：食物，假設食物為葡萄糖，其反響方程式為：假設人吸入的空氣中含假設人吸入的空氣中含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%,計算人每千克體重代謝所耗費的計算人每千克體重代謝所耗費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每千克體重的人每天耗費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設人每公斤每天代謝所耗費空氣為設人每公斤每天代謝所耗費空氣為 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耗費耗費 0.1705 0.01705 0.1705 0.01705 產生產生4.038xmol4.03822400/62.81/min24 /60min/molmL molmLh dh人每千克體重代謝所耗費的空氣速率mL/min為 ：習題習題1.2：210C等溫條件下，進展亞硝酸乙酯的氣相分解反響等溫條件下，進展亞硝酸乙酯的氣相分解反響該反響為一級不可逆反響，反響速率常數(shù)與溫度的關系為該反響為一級不可逆反響，反響速率常數(shù)與溫度的關系為活化能活化能E的單位為的單位為cal/mol，假設反響在恒容下進展，系統(tǒng)起始形狀，假設反響在恒容下進展，

4、系統(tǒng)起始形狀為為1atm的純亞硝酸乙酯，試計算亞硝酸乙酯分解率為的純亞硝酸乙酯，試計算亞硝酸乙酯分解率為80%時，亞時，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耗費率為耗費率為0.8時，亞硝酸乙酯的初始濃度為：時，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習題習題1.3：對于不可逆基元反響：對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以假設以A為基準物，反響方程式兩邊同時除以為基準物，反響方程式兩邊同時除以A的計量系數(shù)的計量系數(shù)a，方程，方程式可寫為式可寫為動力學方程式可按此式寫為：動

6、力學方程式可按此式寫為：請計算后一種速率方程式能否正確，為什么？請計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習題習題1.5：NO和和O2氧化為氧化為NO2的反響是一個三級反響的反響是一個三級反響在在30 C及及1kg/cm2下測得其反響速率常數(shù)為：下測得其反響速率常數(shù)為：假設將速率方程式表示為分壓的函數(shù)：假設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習題習題1.4：工業(yè)上以氮氧化物消費硝酸，氮氧化物由氨和空氣：工業(yè)上以氮氧化物消費硝酸，氮氧化物由氨和空氣氣相氧化得到：氣相氧化得到：假設進氣中含氨假設進氣中含氨 15%，進氣形狀為，進氣形狀為8.2atm，227C 。試求：。試求：1進氣總濃度和氨濃度。進氣總濃度和氨濃度。2恒壓間歇反響器中，分別寫出反響轉化率對恒壓間歇反響

8、器中，分別寫出反響轉化率對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，分別寫出反響轉化率對恒容間歇反響器中，分別寫出反響轉化率對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進氣總濃度和氨濃度進氣總濃度和氨濃度501.01 100.1972/8.3148.2227(273.15)pcmol LRT3NH ,000.150.02958/ccmol L 變容反響過程p適用于氣相反響p假設產物反響物的計量系數(shù)不匹配，恒壓，那么變容。p變容，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 即關鍵組份A的膨脹因子等于反響計量系數(shù)的代數(shù)和

9、除以A組分計量系數(shù)的相反數(shù)。SRBAsrba0SRBAISRBAIAIA反響式：計量方程：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，膨脹因子就是一個定值，與其它要素無關。02312C3BA2A膨脹率 即A組分的膨脹率等于物系中A組分完全轉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，因此引入第二個參數(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 設設NH3NH3的初始量為的初始量為nNH3nNH3，0 0轉化率為轉化率為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（）習題習題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 習題習題1.8：用純組分：用純組分A在一恒容間歇反響器中進展可逆反響在一恒容間歇反響器中進展可逆反響A=5/2P，實驗測得反響體系的壓力數(shù)據(jù)為：，實驗測得反響體系的

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設反響為一級可逆反響設反響為一級可逆反響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習題習題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,實驗測得實驗測得100時的反響速率常數(shù)為時的反響速率常數(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轉化酯的轉化率轉化酯的轉化率;2 忽略逆反響影響忽略逆反響影響,反響反響120min后后,乙醇的轉化率乙醇的轉化率;3平衡轉化率平衡轉化率 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：分析反響過程如下：分析反響過程如下： 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 乙醇轉化率: CB0-CA0 x/CB0=0.839 3 平衡轉化率10002000(1)()()0AABApAArk Cx CC xk CC x C x xe=0.5465習題習題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其動力學方程有以下幾種其動力學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=