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1、第一章习题第一章习题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
2、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，有什么条件?tcrddA A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+2BC A+C D (2)A+2BC B+CD C+DE(3)2A+2BCA+CD解.(1)
3、 D4CA3DD4CA3C22 BA1CC22 BA1BD4CA3C22 BA1A 22ckcckrckcckckcckrckcckrckcckckcckr(2) E6DC5D4CB3DE6DC5D4CB3C22 BA1CD4CB3C22 BA1BC22 BA1A 22ckcckckcckrckcckckcckckcckrckcckckcckrckcckr化学反应工程第二版习题解答1(3) D4CA3DD4CA3C22 B2 A1CC22 B2 A1BD4CA3C22 B2 A1A 2222ckcckrckcckckcckrckcckrckcckckcckr6气相基元反应 A+2B2P 在 3
4、0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）3-1 -3631112643c P2 BApA2 BA c2 BAcA1264 ckPasmkmol10655. 1K303KkmolkJ314. 8skmolm1065. 2)(skmolm1065. 2K30330273RTkkppkrRTp RTpkcckrRTpckT7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。2 AAmin18A0min
5、8A0AAA0dd21 9 . 01 9 . 0181)(21 8 . 01 8 . 081)(11kctckckcxx ckt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 10
6、m3hr-1。解化学反应工程第二版习题解答20.15kmol5m0.5hrhrm0.06kmol0.5hrhr10m5mhrmkmol06. 0302. 0131313313 ABABAACNCrccckcr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O2HN2NO2H222数据总压/MPa0.02720.03260.03810.04350.0543 半衰期/s26518613510467求此反应的级数。解205. 4644. 4905. 4226. 5580. 5ln304. 1526. 1658. 1814. 19
7、95. 1ln671041351862652715. 02175. 01905. 01630. 01360. 021lnln115 . 01ln15 . 015 . 0115 . 011 1dddddd21A021A0A0210A p1211 0A p121p1 A011 0AA0A21p1 A1 0Ap1 A0ApAApAAA0A0A21tptppptpnnktpnktkppnpptttkppntknptpptkpppktpn nnnnnnnppnpptnnn 总作图，得直线对A021lnlnpt-2.1-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.24.04.24.
8、44.64.85.05.25.45.6ln t1/2lnpA0化学反应工程第二版习题解答3Y = A + B * XParameterValueError A1.602170.01399 B-1.99460.00834 三级反应斜率319946. 19946. 1nn10考虑反应，其动力学方程为试推导在恒容下3PA Vnktn VrAA Add1以总压表示的动力学方程。解总总总总总总 总总pptpVRTVppktpRTVVpRTVnRTVppnppppppppnnnttppntpA0A0AA0 AA0AAA0AA0AAA0AA0A0A03dd23dd21d2d233212333000PA11.
9、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/s116.8319.8490.2913.81188 cA/kmolm-399.090.683.070.665.342.4 cB/kmolm-356.648.240.628.222.90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：BAA ddckctcBA0B0AB0A0ln1 cccc cckt化学反应工程第二版习题解答4以对 t 作图若为直线，则假设正确。BAB0A0ln1 cc cc由 cA0-cB0=42.4 整理得数据如下：t116.8319.849
10、0.2913.81188BAB0A0ln1 cc ccy0.01320.01490.01690.02160.0247线性回归：Y = A + B * XParameterValueError A0.011661.84643E-4 B1.08978E-52.55927E-701166. 0100898. 15tyBA5A1135100898. 1ddskmolm100898. 1cctck12丁烷在 700，总压为 0.3MPa 的条件下热分解反应：C4H102C2H4+H2(A) (R) (S)0200400600800100012000.0120.0140.0160.0180.0200.02
11、20.0240.026yt化学反应工程第二版习题解答5起始时丁烷为 116kg，当转化率为 50%时，求此时1AsMPa24. 0ddtp。ty tn tp dd dd ddASR，解1ARsMPa48. 024. 02dd2ddtp tp1SSSttSRAAA0SSS SASskmol032. 03004 . 24dd 3004 dd dd3004kmol4kmol1kmol2kmol15 . 0kmol258116dddd ddtp tp RTV tnRT pRTnVnnnnxnpRTVnRTVpntp tp总，时1AAs8 . 024. 03 . 0 1 dd1 ddtp pty总13某
12、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 OHHCOOCCHOHHCCOOHCH2943SOH 94342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
13、 50需要时化学反应工程第二版习题解答6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3313111111i1.2m0.750.8949产产产产 产0.8949m0.910.9834产产产 产产 产0.91hr6054.6产产54.6min3024.6产产产产产hr0.9834m750737.5产产产产产产产hr737.5kg634.1103.4产产产产hr634.1kg744.97724. 1B4.97:1B:Ahr103.4kg601.724产产产 产hr1
14、.724kmol0.50.862产产产产A产 产50%产产产hr0.862kmol116100hr100kg2400/24R116 74 60 M SRBA器器投料量则量流量产量15反应(CH3CO)2O+H2O2CH3COOH 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=5.708107 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 . 01 1ln05252. 01 11ln
15、1min05252. 0)288314. 849820exp(10708. 5A17xktk16在 100下，纯 A 在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:2AR+S化学反应工程第二版习题解答7A 组分分压与时间关系见下表:t/sec020406080100120140160 pA /MPa0.10.0960.0800.0560.0320.0180.0080.0040.002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3 6AA00.1077m1000.21100.1373.158.3143600100100s40140产
