精细化学品计算题.doc

精细化学品合成原理与工艺习题
六、计算题：
1、100mol苯胺在用浓硫酸进行溶剂烘培磺化时，反应物中含89mol对氨基苯磺酸，2mol苯胺，
另外还有一定数量的焦油物等副产物。试求苯胺的转化率、生成对氨基苯磺酸的选择性和理论收率。
解：苯胺的转化率 ，
生成对氨基苯磺酸的选择性和理论效率：
或
2、在苯的一氯化制氯苯时，为了减少二氯苯的生成量，每100mol苯用40mol氯气，反应产物中含38mol氯苯，
1mol二氯苯，还有61mol未反应的苯，经分离后可回收60mol苯，
损失1mol苯，试求苯的单程转化率、总转化率、生成氯苯的选择性及生成氯苯的总收率。
解：苯的单程转化率 ，
苯的总转化率
生成氯苯的选择性，　　
　生成氯苯的总收率
或
3、在实际生产中，300kg对硝基甲苯（分子量为137）用20％的发烟硫酸800kg在100～125℃进行
一磺化制2－甲基－5－硝基苯磺酸，试计算其废酸的π值和ω（H2SO4）／[ω（H2SO4）+ω（H2O）]。
解：对硝基甲苯的量＝300／137＝2.19kmol 800kg20％发烟硫酸含H2SO4＝800×104.5％＝836kg
一磺化消耗H2SO4＝2.19×98＝214.62kg
即 ω（H2SO4）／[ω（H2SO4）＋ω（H2O）]＝99.44％
4、欲配置1000kg质量分数为100％的H2SO4，要用多少千克质量分数为98％的硫酸和多少千克质量分数为20％的发烟硫酸？
解：20％发烟硫酸换算成H2SO4的百分含量为： ω（H2SO4）＝100％＋0.225 ω（SO3）＝100％＋0.225×0.2＝104.5％
设用98％的硫酸Xkg，则发烟硫酸为（1000-X）kg 98％X+104.5×（1000－X）＝1000×100％
解得 X＝692.3kg 1000－X＝307.7kg 即要用692.3kg98％的硫酸和307.7kg质量分数为20％的发烟硫酸。
5、用600kg质量分数为98％的硫酸和500kg的质量分数为20％的发烟硫酸，
试计算所配硫酸的质量百分比浓度？（以c（H2SO4）表示）
解：20％发烟硫酸换算成H2SO4的百分含量为： ω（H2SO4）＝100％＋0.225 ω（SO3）＝100％＋0.225×0.2＝104.5％
所配硫酸的质量分数为 ω（H2SO4）＝

6、设1kmol萘在一硝化时用质量分数为98％硝酸和98％硫酸，要求混酸的脱水值为1.35，
硝酸比φ为1.05，试计算要用98％硝酸和98％硫酸各多少千克?（在硝化锅中预先加有适量上一批的废酸，
计算中可不考虑，即假设本批生成的废酸的组成与上批循环非酸的组成相同）。
解：100％的硝酸用量＝1.05kmol＝1.05×63＝66.15kg 98％的硝酸用量＝66.15／0.98＝67.5kg
所用硝酸中含水量＝67.50－66.15＝1.35kg　　　　　　　　　　理论消耗HNO3＝1.00kmol＝63.00kg
剩余HNO3＝66.15－63.00＝3.15kg　　　　　　　　　　　　　　反应生成水＝1.00kmol＝18.00kg
设所用98％的硫酸的质量为xkg；所用98％硫酸中含水为0.02xkg,则D.V.S.＝
解得x＝27.41kg　　　　即所用98％硫酸的质量为27.41kg

7、设1kmol萘在一硝化时用质量分数为98％硝酸和98％硫酸，要求混酸的脱水值为1.2，
硝酸比φ为1.05，试计算要用98％硝酸和98％硫酸各多少千克?（在硝化锅中预先加有适量上一批的废酸，
计算中可不考虑，即假设本批生成的废酸的组成与上批循环废酸的组成相同）
解：100％的硝酸用量＝1.05kmol＝1.05×63＝66.15kg　 98％的硝酸用量＝66.15／0.98＝67.5kg
所用硝酸中含水量＝67.50－66.15＝1.35kg　　　　　 理论消耗HNO3＝1.00kmol＝63.00kg
剩余HNO3＝66.15－63.00＝3.15kg　　　　　　　　　反应生成水＝1.00kmol＝18.00kg
设所用98％的硫酸的质量为xkg；所用98％硫酸中含水为0.02xkg,则 D.V.S.＝，　
解得x＝26.51kg　　即所用98％硫酸的质量为26.51kg
8、设1kmol萘在一硝化时用质量分数为98％硝酸和98％硫酸，要求混酸的脱水值为1.35，
硝酸比φ为1.05，试计算要用98％硫酸多少千克?（在硝化锅中预先加有适量上一批的废酸，计算中可不考虑，
即假设本批生成的废酸的组成与上批循环非酸的组成相同）
解：100％的硝酸用量＝1.05kmol＝1.05×63＝66.15kg 98%的硝酸用量＝66.15/0.98＝67.5kg
所用硝酸中含水量＝67.50－66.15＝1.35kg 理论消耗HNO3＝1.00kmol＝63.00kg
剩余HNO3＝66.15－63.00＝3.15kg 反应生成水＝1.00kmol＝18.00kg
设所用98％的硫酸的质量为xkg；所用98％硫酸中含水为0.02xkg,
则D.V.S.＝
解得x＝27.41kg 即所用98％硫酸的质量为27.41kg
9、设1kmol萘在一硝化时用质量分数为98％硝酸和98％硫酸，要求混酸的脱水值为1.35，
硝酸比φ为1.05，试计算所配混酸的质量组成。（在硝化锅中预先加有适量上一批的废酸，
计算中可不考虑，即假设本批生成的废酸的组成与上批循环非酸的组成相同）
解：100％的硝酸用量＝1.05kmol＝1.05×63＝66.15kg 98%的硝酸用量＝66.15/0.98＝67.5kg
所用硝酸中含水量＝67.50－66.15＝1.35kg 理论消耗HNO3＝1.00kmol＝63.00kg
剩余HNO3＝66.15－63.00＝3.15kg 反应生成水＝1.00kmol＝18.00kg
设所用98％的硫酸的质量为xkg；所用98％硫酸中含水为0.02xkg,
则 D.V.S.＝
解得x＝27.41kg；所用98％硫酸的质量为27.41kg；混酸中含H2SO4＝27.41×0.98＝26.86kg；
所用98％硫酸中含水＝27.41－26.86＝0.55kg；故混酸中含水＝1.35＋0.55＝1.90kg
混酸质量＝67.5＋27.41＝94.91kg；混酸组成（质量分数）：H2SO4 28.30％；HNO3 69.70％ ；H2O 2.0％
10、60℃时甲醇的饱和蒸汽压是83.4kPa，乙醇的饱和蒸汽压是47.0kPa，二者可形成理想液态混合物，
若混合物的组成质量百分比各50％，求60℃时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。
解：由题意可设甲醇为A物质，乙醇为B物质，MA＝32，MB＝46

根据Raoult定律，易得 ；

；
；
11、苯在并流沸腾一氯化时，氯化液的质量分数组成是苯72％，氯苯28％，沸腾温度80℃，
在80℃时苯、氯苯的蒸汽压分别为101.3kPa、19.3kPa,按Raoult定律计算此混合物的平衡蒸气组成之比。（苯/氯苯）
解：由题意可设苯为A物质，氯苯为B物质，MA＝78，MB＝112.5

根据Raoult定律，易得 ；

；

；
或
12、60℃时甲醇和乙醇可形成理想液态混合物，甲醇、乙醇的饱和蒸汽压分别为83.4kPa、 47.0kPa，
若混合物的组成质量百分比各50％，求60℃时此混合物的平衡蒸气组成之比。（平衡蒸气组成以摩尔分数表示）
解：由题意可设甲醇为A物质，乙醇为B物质，MA＝32，MB＝46　　　

根据Raoult定律，易得 ；

；　

或
13、在80℃时苯、氯苯的蒸汽压分别为101.3kPa、19.3kPa，苯在并流沸腾一氯化时，
氯化液的质量分数组成是苯80％，氯苯20％（沸腾温度80℃），按Raoult定律计算此混合物的平衡蒸气组成。　　　　
解：由题意可设苯为A物质，氯苯为B物质，MA＝78，MB＝112.5　　　　

根据Raoult定律，易得 ；

；

14、用浓硫酸对苯胺进行溶剂烘培磺化时，设苯胺的量为1000mol，反应物中含910mol对氨基苯磺酸，
25mol苯胺，另外还有一定数量的焦油物等副产物。试求苯胺的转化率、生成对氨基苯磺酸的选择性和理论收率。
解：苯胺的转化率 ；
生成对氨基苯磺酸的选择性和理论效率：
或
15、在苯的一氯化制氯苯时，为了减少二氯苯的生成量，每100mol苯用40mol氯气，反应产物中含38mol氯苯，
1mol二氯苯，还有61mol未反应的苯，经分离后可回收60mol苯，损失1mol苯，
试求苯的单程转化率、总转化率及生成氯苯的选择性。
解：苯的单程转化率 ；
苯的总转化率
生成氯苯的选择性
16、200mol苯胺在用浓硫酸进行溶剂烘培磺化时，反应物中含178mol对氨基苯磺酸，2mol苯胺，
另外还有一定数量的焦油物等副产物。试求苯胺的转化率、生成对氨基苯磺酸的选择性和理论收率。
解：苯胺的转化率 ；
生成对氨基苯磺酸的选择性和理论效率：
或
17、在苯的一氯化制氯苯时，如果每200mol苯用80mol氯气，反应产物中含76mol氯苯，2mol二氯苯，
还有122mol未反应的苯，经分离后可回收120mol苯，损失2mol苯，试求苯的单程转化率、
总转化率、生成氯苯的选择性及生成氯苯的总收率。　　　
解：苯的单程转化率 ；
苯的总转化率
生成氯苯的选择性；
生成氯苯的总收率
或
18、在实际生产中，600kg对硝基甲苯（分子量为137）用20％的发烟硫酸1600kg在100～125℃进行
一磺化制2-甲基-5-硝基苯磺酸，试计算其废酸的π值和ω（H2SO4）／[ω（H2SO4）+ω（H2O）]。
解：对硝基甲苯的量＝600／137＝4.38kmol　　1600kg20%发烟硫酸含H2SO4＝1600×104.5％＝1672kg
一磺化消耗H2SO4＝4.38×98＝429.24kg　　　
　即 ω（H2SO4）／[ω（H2SO4）＋ω（H2O）]＝99.44％
19、欲配置2000kg质量分数为100％的H2SO4，要用多少千克质量分数为98％
的硫酸和多少千克质量分数为20％的发烟硫酸？
解：20％发烟硫酸换算成H2SO4的百分含量为： ω（H2SO4）＝100％＋0.225 ω（SO3）＝100％＋0.225×0.2＝104.5％
设用98％的硫酸Xkg，则发烟硫酸为（1000—X）kg　　　　98％X+104.5×（2000－X）＝2000×100％
解得 X＝1384.6kg 　　　　　2000－X＝615.4kg即要用1384.6kg98％的硫酸和615.4kg质量分数为20％的发烟硫酸。
20、用1200kg质量分数为98％的硫酸和800kg的质量分数为20％的发烟硫酸，
试计算所配硫酸的质量百分比浓度？（以ω（H2SO4）表示）
解：20％发烟硫酸换算成H2SO4的百分含量为： ω（H2SO4）＇＝100％＋0.225 ω(SO3)＝100％＋0.225×0.2＝104.5％
所配硫酸的质量分数为 ω（H2SO4）＝
9