1、目 录 第一章习题 . 1 第二章习题 . 15 第三章习题 . 32 第四章习题 . 39 第五章习题 . 52 第六章习题 . 57 第七章习题 . 65 第八章习题 . 72 化学反应工程第二版习题解答 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
2、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 tcr dd AA ，有什么条件 ? 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
3、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+2B C A+C D (2)A+2B C B+C D C+DE (3)2A+2B C 化学反应工程第二版习题解答 2 A+C D 解 (1) D4CA3DD4CA3C22BA1CC22BA1BD4CA3C22BA1A22ckcckrckcckckcckrckcckrckcckckcckr(2) E6DC5D4CB3DE6DC5D4CB3C22BA1CD4CB3C22BA1BC22BA1A22ckcckckcckrckcckckcck
4、ckcckrckcckckcckrckcckr(3) D4CA3DD4CA3C22B2A1CC22B2A1BD4CA3C22B2A1A2222ckcckrckcckckcckrckcckrckcckckcckr6 气相基元反应 A+2B 2P 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 (rA)=kPpApB2，求 kP=?（假定气体为理想气体） 解 3-1-3631112643cP2BApA2BAc2BAcA1264ck P asmk m o l10655.1K303Kk m o lkJ314.8sk m o lm1065.2)
5、(sk m o lm1065.2K30330273RTkkppkrRTpRTpkcckrRTpckT化学反应工程第二版习题解答 3 7 有一反应在间歇反应器中进行，经过 8min 后，反应物转化掉 80，经过18min 后，转化掉 90，求表达此反应的动力学方程式。 解 2AAm in18A0m in8A0AAA0dd219.019.0181)(218.018.081)(11kctckckcxxckt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： rA=kcAcB。由于反应物 B 在水中的浓
6、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， cB0=3kmolm-3， cA 饱和 =0.02 kmolm-3，水溶液流量为 10m3hr-1。 解 0 . 1 5 k m o l5m0 . 5 h rhrm0 . 0 6 k m o l0 . 5 h rhr1 0 m5mhrmk m o l06.0302.0131313313ABABAACNCrccckcr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 O
7、2HN2N O2H 222 ，在恒容下用等摩尔 H2， NO 进行实验，测得以下数据 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。 化学反应工程第二版习题解答 4 解 2 0 5.46 4 4.49 0 5.42 2 6.55 8 0.5ln3 0 4.15 2 6.16 5 8.18 1 4.19 9 5.1ln671 0 41 3 51 8 62 6 52 7 1 5.02 1 7 5.01 9 0 5.01 6 3 0.01 3 6 0.021lnln115.01ln15.015
8、.0115.0111dddddd21A021A0A0210Ap12110Ap121p1A0110AA0A21p1A10Ap1A0ApAApAAA0A0A21tptppptpnnktpnktkppnpptttkppntknptpptkpppktpnnnnnnnnppnpptnnn 总作图，得直线对 A021 lnln pt Y = A + B * X Parameter Value Error A 1.60217 0.01399 B -1.9946 0.00834 三级反应斜率 319 9 4 6.19 9 4 6.1 nn -2 .1 -2 .0 -1 .9 -1 .8 -1 .7 -1 .6
9、 -1 .5 -1 .4 -1 .3 -1 .24 .04 .24 .44 .64 .85 .05 .25 .45 .6lnt1/2ln pA0化学反应工程第二版习题解答 5 10 考虑反应 3PA ，其动力学方程为 VnktnVr AAA dd1 试推导在恒容下以总压表示的动力学方程。 解 总总总总总总总总pptpVRTVppktpRTVVpRTVnRTVppnppppppppnnnttppntpA0A0AA0AA0AAA0AA0AAA0AA0A0A03dd23dd21d2d233212333000PA11 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
10、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 42.4 cB/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 BAAdd ckctc 积分得：BA0B0AB0A0 ln1 cc cccckt 以BAB0A0 ln1 cccc 对 t 作图若为直线，则假设正确。 由 cA0-cB0=42.4 整理得数据如下： t 116.8 319.8 490.2 913.8 1188 化学反应工程第二
11、版习题解答 6 BAB0A0 ln1 ccccy 0.0132 0.0149 0.0169 0.0216 0.0247 线性回归： Y = A + B * X Parameter Value Error A 0.01166 1.84643E-4 B 1.08978E-5 2.55927E-7 0 1 1 6 6.0100898.1 5 ty BA5A1135100 8 9 8.1ddsk m o lm100 8 9 8.1cctck 12 丁烷在 700，总压为 0.3MPa 的条件下热分解反应： C4H10 2C2H4+H2 (A) (R) (S) 起始时丁烷为 116kg，当转化率为 50
12、%时 1A sM P a24.0dd tp ，求此时tytntp dddddd ASR ， 。 解 0 200 400 600 800 1000 12000 .0 1 20 .0 1 40 .0 1 60 .0 1 80 .0 2 00 .0 2 20 .0 2 40 .0 2 6yt化学反应工程第二版习题解答 7 1AR sM P a48.024.02dd2dd tptp 1SSSttSRAAA0SSSSASsk m o l032.03004.24dd3004dddd3004k m o l4k m o l1k m o l2k m o l15.0k m o l258116ddddddtptpR
13、TVtnRTpRTnVnnnnxnpRTVnRTVpntptp总，时1AA s8.024.03.0 1dd1dd tppty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 A O
14、HHC O O CCHOHHCC O O HCH 2943SOH943 42 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 化学反应工程第二版习题解答 8 3313111111i1 . 2 m0 . 7 50 . 8 9 4 9总 体 积反 应0 . 8 9 4 9 m0 . 9 10 . 9 8 3 4有效体 积反 应0 . 9 1 h r605 4 .
15、 6折合5 4 . 6 m i n302 4 . 6总 生 产时间hr0 . 9 8 3 4 m7507 3 7 . 5换 算成体 积 流量hr7 3 7 . 5 k g6 3 4 . 11 0 3 . 4总 投料量hr6 3 4 . 1 k g744 . 9 7724.1B4 . 9 7:1B:Ahr1 0 3 . 4 k g601 . 7 2 4折算成 质hr1 . 7 2 4 k m o l0 . 50 . 8 6 2的投料量A， 则50%转 化率hr0 . 8 6 2 k m o l116100hr1 0 0 k g2 4 0 0 / 2 4R116 74 60 M SRBA器器投料量
16、则量流量产量15 反应 (CH3CO)2O+H2O 2CH3COOH 在间歇反应器中 15 下进行。已知一次加入反应物料 50kg，其中 (CH3CO)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=5.708 107 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 m i n6.308.01 1ln0 5 2 5 2.0 11 1ln1m i n0 5 2 5 2.0)2 8 83 1 4.8 4 9 8 2 0e x p (107 0 8.5A17 xktk16 在 1
17、00下，纯 A 在恒容间歇反应器中发生下列气相反应 : 2A R+S A 组分分压与时间关系见下表 : t/sec 0 20 40 60 80 100 120 140 160 pA /MPa 0.1 0.096 0.080 0.056 0.032 0.018 0.008 0.004 0.002 化学反应工程第二版习题解答 9 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 36AA00 . 1 0 7 7 m1000 . 21100 . 13 7 3 . 1 58 . 3 1 43 6 0
18、 01001 0 0 s40140所需要的反 应0 . 0 0 4 M P a95%0 . 0 8 M P a ，由数据表可知，v Vpp 时间为转化率时间相同。间与间歇反应器的反应平推流反应器的停留时17 间歇操作的液相反应 A R，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-1 0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042 解 AA0A)(d)(dmk m o l3.0mk m o l3.1AA0 AAA0-3Af-3A0ccxr rcrxctcc 图解积分 -3A mkmolc 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 1Ar 10 3.33 2.0 1.67 2.0 4.0 10 16.7 20.0 22.2 23.8
