化學(xué)反應(yīng)工程-陳曉-01習(xí)題

1授課人：陳曉CCEpE,SWUN第一章化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)習(xí)題解析習(xí)題解析習(xí)題1.1：一個(gè)體重為75kg的人大約每天消耗6000kJ熱量的食物，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CO20.04%，O220.96%,呼出氣體中含有CO24.1%，O216.1%,,計(jì)算人每千克體重代謝所消耗的空氣速率（mL/min）。解：每千克體重的人每天消耗O2的摩爾數(shù)=每千克體重的人每天生成的CO2摩爾數(shù)。反應(yīng)前0.2096x0.0004x設(shè)人每公斤每天代謝所消耗空氣為xmol，呼出x’mol。反應(yīng)前0.1610x’0.0410x’消耗0.17050.01705產(chǎn)生人每千克體重代謝所消耗的空氣速率（mL/min）為：習(xí)題1.2：210oC等溫條件下，進(jìn)行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)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系為活化能E的單位為cal/mol，若反應(yīng)在恒容下進(jìn)行，系統(tǒng)起始狀態(tài)為1atm的純亞硝酸乙酯，試計(jì)算亞硝酸乙酯分解率為80%時(shí)，亞硝酸乙酯的分解速率及乙醇的生成速率。解：210下，反應(yīng)速率常數(shù)k為：210oC、1atm的純亞硝酸乙酯的初始濃度為：消耗率為0.8時(shí)，亞硝酸乙酯的初始濃度為：習(xí)題1.3：對(duì)于不可逆基元反應(yīng)其速率方程式可表示為若以A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)a，方程式可寫為動(dòng)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是否正確，為什么？解：習(xí)題1.5：NO和O2氧化為NO2的反應(yīng)是一個(gè)三級(jí)反應(yīng)在30oC及1kg/cm2下測(cè)得其反應(yīng)速率常數(shù)為：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)kp值和單位是什么？解：習(xí)題1.4：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：如果進(jìn)氣中含氨15%，進(jìn)氣狀態(tài)為8.2atm，227oC

。試求：（1）進(jìn)氣總濃度和氨濃度。（2）恒壓間歇反應(yīng)器中，分別寫出反應(yīng)轉(zhuǎn)化率對(duì)pi，ci和體積V的函數(shù)。（3）恒容間歇反應(yīng)器中，分別寫出反應(yīng)轉(zhuǎn)化率對(duì)pi，ci和總壓的函數(shù)。解：(1)進(jìn)氣總濃度和氨濃度★★★變?nèi)莘磻?yīng)過(guò)程適用于氣相反應(yīng)如果產(chǎn)物反應(yīng)物的計(jì)量系數(shù)不匹配，恒壓，則變?nèi)?。變?nèi)荩瑒t濃度變化，影響反應(yīng)速率膨脹因子和膨脹率膨脹因子即關(guān)鍵組份A的膨脹因子等于反應(yīng)計(jì)量系數(shù)的代數(shù)和除以A組分計(jì)量系數(shù)的相反數(shù)。反應(yīng)式：計(jì)量方程：定義膨脹因子：膨脹因子是由反應(yīng)式?jīng)Q定的，一旦反應(yīng)式確定，膨脹因子就是一個(gè)定值，與其它因素?zé)o關(guān)。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。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：(2)恒壓間歇反應(yīng)器中，x、

pi、ci和V的函數(shù)反應(yīng)前n總=nNH3，0+nO2，0

反應(yīng)后n總’=n總+1/4nNH3，0x

反應(yīng)量(2)恒壓間歇反應(yīng)器中，x、

pi、ci和V的函數(shù)(3)恒容間歇反應(yīng)器中，x、

pi、ci和p的函數(shù)反應(yīng)前n總=nNH3，0+nO2，0

反應(yīng)后n總’=n總+1/4nNH3，0x

設(shè)NH3的初始量為nNH3，0轉(zhuǎn)化率為x反應(yīng)量(3)恒容間歇反應(yīng)器中，x、

pi、ci和V的函數(shù)習(xí)題1.6：有一反應(yīng)，已知下列速率常數(shù)：求該反應(yīng)的活化能和指前因子。解：由阿累尼烏斯公式得T/oC58.177.9k/(1/h)0.1170.296習(xí)題1.8：用純組分A在一恒容間歇反應(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：試確定該反應(yīng)的速率方程式。注：1kgf/m2=9.8065Pa解：t/min02468101214∞pA/(kgf/m2)10.800.6250.510.420.360.320.280.2設(shè)反應(yīng)為一級(jí)可逆反應(yīng)t/min02468101214∞p/(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ln[(ca0-cae)/(ca-cae)]-t,如下：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)CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5,實(shí)驗(yàn)測(cè)得100℃時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)為:rA=k1CACB-k2CpCsk1=4.76×10-4m3/(min·kmol)k2=1.63×10-4m3/(min·kmol)今有一反應(yīng)器,充滿0.3785m3水溶液,其中含CH3COOH90.8kg,含C2H5OH181.6kg,所用鹽酸濃度相同,假定在反應(yīng)器中的水分不蒸發(fā),物料密度恒定為1043kg/m3,求:(1)反應(yīng)120min后,CH3COOH轉(zhuǎn)化酯的轉(zhuǎn)化率;(2)忽略逆反應(yīng)影響,反應(yīng)120min后,乙醇的轉(zhuǎn)化率;(3)平衡轉(zhuǎn)化率CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5CA0CB0Cp0t=0CA0(1-x)CB0-CA0xCp0+CA0xCA0xt=t解：分析反應(yīng)過(guò)程如下：CA0=4.066mol/m3CB0=10.43mol/m3CP0=17.96mol/m3x=0.356令(2):忽略逆反應(yīng)的影響x=0.418乙醇轉(zhuǎn)化率:(CB0-CA0x)/CB0=0.839(3)平衡轉(zhuǎn)化率xe=0.5465習(xí)題1.10乙炔與氯化氫在HgCl2/活性炭催化劑上合成氯乙烯的反應(yīng)C2H2+HCl=C2H3Cl其動(dòng)力學(xué)方程有以下幾種可能的形式:(1)r=k(pApB-pc/K)/(1+KApA+KBpB+KcPc)2(2)r=kKAKBpApB/(1+KApA)(1+kBpB+kcPc)

(3)r=kKApApB/(1+KApA+kBpB)

(4)r=kKBpApB/(1+kBpB+kcPc)試根據(jù)理想表面假設(shè)說(shuō)明各式對(duì)應(yīng)的機(jī)理假設(shè)及其控制步驟(1)機(jī)理:A+σAσ

B+σBσ

Aσ+BσCσ+σ(r.d.s.)CσC+σ(2)機(jī)理:A+σ1Aσ

B+σ2Bσ2

Aσ1+Bσ2Cσ2+σ1(r.d.s.)Cσ2C+σ2(3)機(jī)理:A+σAσ

B+σBσAσ+BC+σ(r.d.s.)(4)機(jī)理:B+σBσ

A+BσCσ(r.d.s.)CσC+σ

解題要點(diǎn):根據(jù)吸附項(xiàng)的冪可以確定有幾個(gè)活性點(diǎn)參加此控