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1、化学反应工程01习题2授课人：陈授课人：陈 晓晓CCEpE, SWUN第一章第一章 化学反应动力学化学反应动力学习题解析习题解析习题习题1.1：一个体重为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：如果人吸入的空气中含CO2 0.04%，O2 20.96%,呼出气体中含有CO2 4.1%，O2 16.1%,计算人每千克体重代谢所消耗的每千克体重代谢所消耗的空气速率（空气速率（mL/min）。解：解：每千克体重的人每天消耗每千克体重的人每天消耗O2的摩尔数的摩尔数=每千克体重的人每天生成的每千克体重的人每天生成的CO2摩尔数。摩尔数。反应前反应前 0.209
2、6x 0.0004x0.2096x 0.0004x设人每公斤每天代谢所消耗空气为设人每公斤每天代谢所消耗空气为 x molx mol，呼出，呼出x x mol mol。反应前反应前 0.1610x 0.0410x0.1610x 0.0410x消耗消耗 0.1705 0.01705 0.1705 0.01705 产生产生人每千克体重代谢所消耗的空气速率（每千克体重代谢所消耗的空气速率（mL/min）为）为 ：习题习题1.2：210C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，系统起始状态为1atm的
3、纯亚硝酸乙酯，试计算亚硝酸乙酯分解率为80%时，亚硝酸乙酯的分解速率及乙醇的生成速率。速率。解：解：210下，反应速率常数下，反应速率常数k为：为：210C 、1atm的纯亚硝酸乙酯的初始浓度为：的纯亚硝酸乙酯的初始浓度为：消耗率为消耗率为0.8时，亚硝酸乙酯的初始浓度为：时，亚硝酸乙酯的初始浓度为：习题习题1.3：对于不可逆基元反应其速率方程式可表示为若以A为基准物，反应方程式两边同时除以A的计量系数a，方程式可写为动力学方程式可按此式写为：请计算后一种速率方程式是否正确，为什么？解：解：习题习题1.5：NO和O2氧化为NO2的反应是一个三级反应在30 C及1kg/cm2下测得其反应速率常数
4、为：如果将速率方程式表示为分压的函数：如果将速率方程式表示为分压的函数：反应速率常数反应速率常数kp值和单位是什么？值和单位是什么？解：解：习题习题1.4：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：如果进气中含氨 15%，进气状态为8.2atm，227C 。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，分别写出反应转化率对pi，ci和总压的函数。解：解：(1)(1)进气总浓度和氨浓度进气总浓度和氨浓度 变容反应过程p适用于气相反应p如果产物反应物的计量系数不匹配，恒压，则变容。p变容，则浓度变化，影
5、响反应速率p膨胀因子膨胀因子和膨胀率膨胀率膨胀因子 即关键组份A的膨胀因子等于反应计量系数的代数和除以A组分计量系数的相反数。反应式：计量方程：定义膨胀因子： 膨胀因子是由反应式决定的，一旦反应式确定，膨胀因子就是一个定值，与其它因素无关。膨胀率 即A组分的膨胀率等于物系中A组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。 物系体积随转化率的变化不仅仅不仅仅是膨胀因子的函数，而且与其它因素，如惰性物惰性物的存在等有关，因此引入第二个参数膨胀率。膨胀率的概念：(2)(2)恒压间歇反应器中，恒压间歇反应器中，x x、 p pi i、c ci i和和V V的函数的函数反应前反应前 n n总总= =
6、n nNH3NH3，0 0 +n+nO2O2，0 0 反应后反应后 n n总总= n= n总总+1/4+1/4 n nNH3NH3，0 0 x x 反应量反应量(2)(2)恒压间歇反应器中，恒压间歇反应器中，x x、 p pi i、c ci i和和V V的函数的函数(3)(3)恒容间歇反应器中，恒容间歇反应器中，x x、 p pi i、c ci i和和p p的函数的函数反应前反应前 n n总总= = n nNH3NH3，0 0 +n+nO2O2，0 0 反应后反应后 n n总总= n= n总总+1/4+1/4 n nNH3NH3，0 0 x x 设设NH3NH3的初始量为的初始量为n nNH3
7、NH3，0 0转化率为转化率为x x反应量反应量(3)(3)恒容间歇反应器中，恒容间歇反应器中，x x、 p pi i、c ci i和和V V的函数的函数习题习题1.6：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。解：解：由阿累尼乌斯公式得由阿累尼乌斯公式得T/C58.177.9k/(1/h)0.1170.296习题习题1.8：用纯组分A在一恒容间歇反应器中进行可逆反应可逆反应A=5/2P，实验测得反应体系的压力数据为：试确定该反应的速率方程式。注：1kgf/m2=9.8065Pa解：解：t/min02468101214pA/(kgf/m2)10.800.6250.510.420.
8、360.320.280.2设反应为一级可逆反应设反应为一级可逆反应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作图作图ln(cln(ca0a0-c-caeae)/(c)/(ca a-c-caeae)-t,)-t,如下：如下：习题习题1.7 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-k2CpCsk1=4.7610-4 m3
9、/(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, 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CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5CA0 CB0 Cp0 t=0CA0(1-x) CB0-CA0x Cp0+CA0x CA0x t=t解：解：分析反应过程如下：分析反应过程如下：CA
10、0=4.066mol/m3 CB0=10.43mol/m3CP0=17.96mol/m3 x=0.356令(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习题习题1.10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=kKB
11、pApB/(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(1)机理:A+A B+B A+BC+ (r.d.s.) CC+(2)机理:A+1A B+2B2 A1+B2C2+1 (r.d.s.) C2C+2(3)机理:A+A B+BA+BC+ (r.d.s.) (4) 机理: B+B A+B C (r.d.s.)CC+ 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习题2.9有一复杂反应, 如果几个反应的指前因子相差不大,而活化能E1E2, E1E3,E4E3.应如何控制操作温度才能使产物S的收率增大?
