化学反应工课后答案.doc

1、第一章习题1 化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么?答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指 1 摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应

2、都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。3 若将反应速率写成 ，有什么条件?tcrdA答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。(1)A+2BCA+C D(2)A+2BCB+CDC+DE(3)2A+2BCA+CD解(1) D4CA3D

3、D4CA32B1432A1ckrckckr(2) E6DC54CB3D E6DC54B32A121 ckckr ck(3) D4CA3DD4CA32B14322A1ckrckckr6 气相基元反应 A+2B2P 在 30和常压下的反应速率常数 kc=2.65104m6kmol-2s-1。现以气相分压来表示速率方程，即(r A)=kPpApB2，求 kP=?（假定气体为理想气体）解 3-16 312643cP2BAp2Bcc1264c kPasmol105. K0lJ.8so5)(skmol105.2K37RTkrTpRTpk7 有一反应在间歇反应器中进行，经过 8min 后，反应物转化掉 80

4、，经过 18min 后，转化掉 90，求表达此反应的动力学方程式。解 2Amin180iA0d19.)(.1kctkcxt为假 设 正 确 ， 动 力 学 方 程8 反应 A(g) +B(l)C(l)气相反应物 A 被 B 的水溶液吸收，吸收后 A 与 B 生成 C。反应动力学方程为：r A=kcAcB。由于反应物 B 在水中的浓度远大于 A，在反应过程中可视为不变，而反应物 A 溶解于水的速率极快，以至于 A 在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为 5m3 时 C 的生成量。已知 k=1m3kmol-1hr-1，c B0=3kmolm-3，c A 饱和 =0.02 kmolm

5、-3，水溶液流量为 10m3hr-1。解0.15kmol.5hrm0.6kol hrrl.32.131313ABAB CNrcck的 生 成 量 器 中 的 停 留 时 间反 应 时 间 即 液 相 在 反 应 均 为 常 数与由 已 知 条 件 ， 9 反应 ，在恒容下用等摩尔 H2，NO 进行实验，测得以下数据O2H2总压/MPa 0.0272 0.0326 0.0381 0.0435 0.0543半衰期/s 265 186 135 104 67求此反应的级数。解 205.46.905.426.580.ln 31819173.3. 21lnl5.01ln5.01.1dd2A A0210Ap

6、210Ap p112 pA0p1A0pApA0021t ptktnk kt tktkntkkt nnntnn 总作 图 ， 得 直 线对1pY = A + B * XParameter Value ErrorA 1.60217 0.01399B -1.9946 0.00834-2.1-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.24.0.24.64.85.0.25.4.6ln t1/2 lnpA0三 级 反 应斜 率 31946.1n10 考虑反应 ，其动力学方程为 试推导在恒容下以总压3PAVnktrAAd1表示的动力学方程。解 总总 总总 总 总总 总pt VRTp

7、ktRTVpnVnpntpA0A0AA00A003d2321d312311 A 和 B 在水溶液中进行反应，在 25下测得下列数据，试确定该反应反应级数和反应速度常数。时间/s 116.8 319.8 490.2 913.8 1188 cA/kmolm-3 99.0 90.6 83.0 70.6 65.3 42.4cB/kmolm-3 56.6 48.2 40.6 28.2 22.9 0解由 cA-cB=42.4 可知反应应按下列方式 A+B产物进行设为二级反应积分得：dktBA0A0ln1cckt以 对 t 作图若为直线，则假设正确。BA0Aln1c由 cA0-cB0=42.4 整理得数据如

8、下：t 116.8 319.8 490.2 913.8 1188BA0Aln1cy0.0132 0.0149 0.0169 0.0216 0.0247线性回归：Y = A + B * XParameter Value ErrorA 0.01166 1.84643E-4B 1.08978E-5 2.55927E-7016.089.15tyBA5A3.dskmolctck12 丁烷在 700，总压为 0.3MPa 的条件下热分解反应：C4H102C 2H4+H2(A) (R) (S)起始时丁烷为 116kg，当转化率为 50%时 ，求此时1AsMPa24.0dtp。tyntpdASR，解 1AR

9、sPa48.02.2dtt 1SSSt tSRAA0 SSSS skmol032.4d304d ll1kmol2kol15.0586dtptTVtnpnxn pRTVTpntpt总 ， 时02040608010120.120.140.160.180.20.20.240.26y t1AAs8.024.31dtpty总13 某二级液相不可逆反应在初始浓度为 5kmolm-3 时，反应到某一浓度需要 285s，初始浓度为 1kmolm-3 时，反应到同一浓度需要 283s，那么，从初始浓度为 5kmolm-3 反应到 1kmolm-3 需要多长时间？解t=285-283=2s反应前后体积不变的不可逆

10、反应，已经反应掉的部分不会对反应产生任何影响。反应过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。14 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为： S R B AOHCOHC2943S94342 反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在 100下进行。A 转化率达 50需要时间为 24.6min，辅助生产时间为 30min，每天生产 2400kg 醋酸丁酯（忽略分离损失） ，计算反应器体积。混合物密度为 750kgm-3，反应器装填系数为 0.75。解33131111i 1.2m0.75894产0.894. .hr65产.in6r753.kg410.产hr

11、64.kg792B9:1Ahr0.6.7mol58产5%r.62krkg240/R6 7 MS器器 投 料 量则量 流 量产 量15 反应(CH 3CO)2O+H2O2CH 3COOH 在间歇反应器中 15下进行。已知一次加入反应物料 50kg，其中(CH 3CO)2O 的浓度为 216molm-3，物料密度为 1050kgm-3。反应为拟一级反应，速率常数为 k=5.708107 exp(E/RT) min-1，E =49.82kJmol-1。求 xA=0.8 时，在等温操作下的反应时间。解min6.308.1ln052.1ln52.)34.9exp(78.5A 17kt16 在 100下，

12、纯 A 在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:2AR+SA 组分分压与时间关系见下表 :t/sec 0 20 40 60 80 100 120 140 160pA /MPa 0.1 0.096 0.080 0.056 0.032 0.018 0.008 0.004 0.002试求在 100，0.1MPa 下，进口物流中包含 20%惰性物，A 组份流量为 100molhr-1，达到 95%转化率所需的平推流反应器的体积。解 36 AA00.17m.21.37584s14 产.04MPa9%.MPa产产vVpp 时 间 为转 化 率 时 间 相 同 。间 与 间 歇 反 应 器 的 反 应平 推 流

13、 反 应 器 的 停 留 时17 间歇操作的液相反应 AR，反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度由cA0=1.3kmolm-3 降到 0.3 kmolm-3 需多少时间?cA/kmolm-3 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0(rA)/kmolm-3min-10.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042解 A0A)(d)( mkol3.mkol3.0 -3f-3cxr rrct图解积分 -3Akol0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.

14、01r10 3.33 2.0 1.67 2.0 4.0 10 16.7 20.0 22.2 23.8min7.123.6702.)20(3. )06(.)041(6rt18 一气相分解反应在常压间歇反应器中进行，在 400K 和 500K 温度下，其反应速率均可表达为r A=23pA2 molm-3s-1，式中 pA 的单位为 kPa。求该反应的活化能。解 150A422A13 molJ74250143.8exp163K40smkol EErRcrpRTc下 ：同 理 ： 下 ：将 分 压 换 算 成 浓 度 ：19 有如下化学反应CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4(I) (A) (B)

15、 (P) (I)在反应前各组分的摩尔数分别为 nI0=1mol；n A0=2mol；n B0=3mol；n P0=0，求化学膨胀率（用两种方法） 。解方法一 313121AA0A0 yy方法二 1301AxV20 在 555K 及 0.3MPa 下，在平推流管式反应器中进行气相反应 AP，已知进料中含 A 30%（摩尔分数） ，其余为惰性物料，加料流量为 6.3mols-1，动力学方程式为rA=0.27cA molm-3s-1 为了达到 95转化率，试求：(1) 所需空速为多少?(2) 反应器容积大小?解1R0VNO30R111V95.0A95.0A133 s3.0075.1.296.m7.s

16、 s0.95.ln2.02dds6.486 pTSSxrxc标 准 空 速 为 ：21 液相一级不可逆分解反应 AB+C 于常温下在一个 2m3 全混流反应器（CSTR ，MFR ，连续搅拌槽式反应器）中等温进行。进口反应物浓度为 1 kmolm-3，体积流量为 1m3hr-1，出口转化率为 80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？解 9264.0173. mkol73.hr2.0120A 3A5. 1Af0 cxceekrcVkt 料 即 为 间 歇 反 应 器全 混 流 反 应 器 切

17、 断 进 出首 先 求 反 应 速 率 常 数22 第 17 题中的反应，(1)当 cA0=1.2kmolm-3，进料速率 1kmolAhr-1，转化率为 75；(2) cA0=1.3kmolm-3，进料速率 2kmolAhr-1，出口为 0.3kmolm-3；(3) cA0=2.4kmolm-3，出口仍然为 0.3kmolm-3，进料速率为 1kmolAhr-1。计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少?解 33R2 31R 13AAA0f0m029.65.41.5. minkol5.0.7. VrccFVrV由 数 据 表 ， 对 应23 反应 A+BR+S，已知 VR=0.001m3

18、，物料进料速率 V0=0.510-3m3min-1，c A0=cB0=5molm3，动力学方程式为r A=kcAcB，其中 k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3) 若全混流反应器体积 VR=0.001m3，可达到的转化率为多少?已知 k=1m3kmol-1hr-1，c B0=3kmolm-3，c A 饱和 =0.02kmolm-3，水溶液流量为 10m3hr-1。解平推流 5.0.1011)()(d0ARAf Af020RAf Vkcxxx(1) 全混流 330R 2BA0Am1245. 405.Vckrc(2)3820.115.A2AA33R 220ABA00xxxkcr24 在全混流反应器中进行如下等温液相反应：2ABC rc=k1cA2AB2D rD=2k2cAcBA 的初始浓度为 2.5kmolm-3，A 和 C 的出口浓度分别为 0.45 和 0.75kmolm-3。假设进口物流中不含 B、C、D，反应时间为 1250sec，求：1. 出口物流中 B 和 D 的浓度；2. k1 和 k2 。解