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1、习题2.1,一个75kg的人大约每天消耗6000kJ热量的食物,假设食物为葡萄糖,其反应方程式为: C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O -H=2816kJ如果人吸入的空气中含CO20.04%、O2 20.96%，呼出的气体中CO2含量上升到4.1%、O2含量降低到16.1%，请问人每千克体重代谢所消耗的空气的速率。,习题2.1,C6H12O6+6O2+inert=6CO2+ 6H2O+inert,mol 20.96 79 0.04 79 t=0,mol 20.96(1-x) 79 0.04+20.96x 20.96x 79 t=t,反应前后O2与CO2摩尔数之和应不变,则反应后总摩尔数
2、为: 21/20.2100=103.96 (mol),O2浓度: 20.96(1-x)/103.96=16.1% 则转化率为: x=0.201,反应需O2: 6000/2816/0.2016=63.6 (mol) 空气消耗速率: 63.6/0.2096/75=4.05 mol/kg,习题 2.1,如果该题目改为:人对反应的水份不产生影响.且不给出CO2的出口浓度,则:,重要知识点:,关键组分的转化率, ,习题2.2,在210等温条件下,进行亚硝酸乙酯的气相分解反应,该反应为一级不可逆反应,反应速率常数与温度的关系为:,活化能E的单位为cal/mol,若反应在恒容下进行
3、,系统起始状态为1at的纯亚硝酸乙酯,试计算亚硝酸乙酯分解率为80%时,亚硝酸分解速率及乙醇的生成速率.,习题2.2,t (1-x) x 0.5x 0.5x,反应总压力: P=1+x=1.8 (at),知识点: 反应速率: Arrhenius law:,习题2.3,对于不可逆基元反应：aA+bBcC+dD 其速率方程式可表示为：rA=kCAaCBb 如果以A为基准物，反应方程式两边除以A有计量系数a，方程式可写为 A+(b/a)B(c/a)C+(d/a)D 则其动力学方程按此方程式可写为rA=kCACBb/a 请问后一种速率方程式是否正确，为什么？,习题 2.3,通常对基元反应而言,可以说:单
4、分子反应、双分子反应、三分子反应,什么是基元反应？,反应物分子在碰撞中一步直接转化为生成物分子的反应.,Guldberg and WaageJ. Prckt. Chem. 19, 71(1879)指出：化学反应的速率与反应物的有效质量成正比,只有基元反应在反应物浓度不太大的情况下才符合质量作用定律,习题2.4,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 4NH3+5O24NO+6H2O 如果进气中含氨15%,进气状态为8.2at,227.试求: (1)进气总浓度和氨浓度; (2)恒压间歇反应器中,分别写出反应转化率对pi,Ci,和体积V的函数; (3)恒容间歇反应器中,分别写出反
5、应转化率对pi,Ci,和总压P的函数;,习题2.4,进气总浓度:,氨浓度: CA=15%C=29.59 (mol/m3),4NH3 + 5O2 + inert 4NO + 6H2O + inert nA0 nB0 ni0 nP0 nS0 ni0 t=0 nA nB ni0 nP nS ni0 t=t nA=nA0(1-x) nB=nB0-(b/a)nA0x nP=nP0+(p/a)nA0x ns=ns0+(s/a)nA0x 膨胀因子: 当每消耗(或生成) 1mol反应物A(或产物P)时,整 个物系总摩尔数的变化值.,习题2.4,nt=n0+AnA0x,恒容反应: P=P0(1+0.0375x)
6、,恒压反应: P=P0,膨胀率:当反应物A全部反应后,系统体积的变化率:,以膨胀率表征变容程度时,不但要考虑反应的计量关系,还要考虑系统内是否含有惰性气体,而以膨胀因子表达时,与惰性物料是否存在无关.,习题2.5,NO和O2氧化为NO2的反应是一个三级反应,2NO+O2=2NO2,在30及1kg/cm2下测得其反应速率常数为kc=2.65104 L2/(mol2s).如果将速率方程表示为分压的函数:rA=kppNO2pO2,请问反应速率常数的kp值和单位是什么?,习题2.5,反应速率常数的kp值:,知识点:化学反应速率常数,习题2.6,有一反应,已知下列速率常数:,求该反应的活化能和指前因子,
7、习题2.6,知识点:活化能、指前因子、Arrhenius方程,K0=1641236.4 (1/h),习题2.7,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100时的反应速率常数为: rA=k1CACB-k2CpCs k1=4.7610-4 m3/(minkmol) k2=1.6310-4 m3/(minkmol) 今有一反应器,充满0.3785m3水溶液,其中含CH3COOH90.8kg, 含C2H5OH181.6kg,所用盐酸浓度相同,假定在反应器中的水分不蒸发,物料密度恒定为1043kg/m3,求: (1) 反应120min后
8、, CH3COOH转化酯的转化率; (2) 忽略逆反应影响,反应120min后,乙醇的转化率; (3)平衡转化率,习题2.7,CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5 CA0 CB0 Cp0 t=0 CA0(1-x) CB0-CA0x Cp0+CA0x CA0x t=t,习题2.7,CA0=4.066mol/m3 CB0=10.43mol/m3 CP0=17.96mol/m3 x=0.356,令,习题2.7,(2):忽略逆反应的影响,x=0.418 乙醇转化率: (CB0-CA0x)/CB0=0.839 (3) 平衡转化率,xe=0.5465,等温恒容不可逆反应的动力学方程,
9、等温恒容可逆反应的动力学方程,习题2.10,乙炔与氯化氢在HgCl2/活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应 C2H2+HCl=C2H3Cl其动力学方程有以下几种可能的形式: (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) 试根据理想表面假设说明各式对应的机理假设及其控制步骤,习题2.10,(1) 机理:A+A B+B A+BC+ (控制步骤) CC+,kaApAv-kdAA=0 A=K
10、ApAV B=KBpBV C=KCpCV,A+B+C+V=1 v=1/(1+KApA+KBpB+KCpC),r=k+AB-k-CV r=k(pApB-pc/K)/(1+KApA+KBpB+KcPc)2 k=k+KAKB K=k+KAKB/(k-KC),习题2.10,(2) 机理:A+1A B+2B2 A1+B2C2+2 (控制步骤) C2C+2,(2) 机理:A+1A B+2B2 A1+B2C2+2 (控制步骤) C2C+2,kaApAv1-kdAA=0 A=KApAV1 A+V1=1 V1 =1/(1+KApA),B=KBpBV2 C=KCpCV 2 B+C+V2=1 v2=1/(1+KBp
11、B+KCpC),r=k+AB r=kpApB/(1+KApA)(1+KBpB+KcPc) k=k+KAKB,习题2.10,(3) 机理:A+A B+B A+BC+ (控制步骤),kaApAv-kdAA=0 A=KApAV B=KBpBV B+A+V=1 v=1/(1+KBpB+KApA),r=k+ApB r=k+KApApB/(1+KBpB+KAPA),习题2.10,(4) 机理: B+B CC+ A+B C (控制步骤),kaBpBv-kdBB=0 B=KBpBV C=KCpCV C+B+V=1 v=1/(1+KBpB+KCpC),r=k+pAB r=k+KBpApB/(1+KBpB+KCP
12、C),习题2.10,解题要点:,根据吸附项的幂可以确定有几个活性点参加此控制反应,根据吸附项中是否出现开根号,可以判断是否有物质解离,根据推动力项中是否出现减号,可以判断是否是可逆反应,根据推动力项中反应物出现的幂数可以确定参加反应的物质的数量,习题2.11,水蒸汽和一氧化碳变换反应 CO+H2O=CO2+H2 在以Fe3O4为主剂的催化剂上进行的Redox反应.该反应的机理为: 氧化过程: H2O+=O+H2 还原过程: CO+O=CO2+ 在不同的温区,反应的控制步骤可能发生变化.试分别推导: (1) 过程为氧化步骤控制时的动力学方程 (2) 过程为还原步骤控制时的动力学方程,习题2.11
13、,(1)氧化步骤控制,还原反应采用拟稳态:,k2+pCOO-k2-pCO2V=0 V=KpCO/(pCO2+KpCO) K=k2+/k2-O=pCO2/(pCO2+KpCO),r=k1+pH2OV-k1-pH2 O=(k1+KpH2OpCO-k1-pH2pCO2)/ (pCO2+KpCO),习题2.11,(2)还原步骤控制,氧化反应采用拟稳态:,k1+pH2OV-k1-pH2O=0 V=pH2/(K1pH2O+pH2) K1=k1+/k1-O=K1pH2O/(K1pH2O+pH2),r=k2+pCOO-k2-pCO2 v=(k2+K1pCOpH2O-k2-pCO2pH2)/ (K1pH2O+pH2),习题2.12,在氧化钽催化剂上进行乙醇氧化反应： C2H5OH (A) + 0.5O2 (B) CH3CHO (L) + H2O (M) 乙醇和氧分别在两类活性中心1和2上离解吸附，反应机理为： C2H5OH + 21 = C2H5O1 + H1 O2 + 22 = 2O2 C2H5O1 + O2 - C2H4O + OH2 + 1 OH2 + H1 = H2O2 + 1 H2O2 = H2O + 2 试推导该反应的动力学方程式。,习题2.8,
