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1、化学反响工程第二版课后答案 - 教育文库 第一章习题 1 化学反响式与化学计量方程有何异同?化学反响式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系? 答：化学反响式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反响物的计量系数与化学反响式中数值一样，符号相反，对于产物二者一样。 2 何谓基元反响?基元反响的动力学方程中活化能与反响级数的含义是什么?何谓非基元反响?非基元反响的动力学方程中活化能与反响级数含义是什么? 答：假如反响物严格按照化学反响式一步直接转化生成产物，该反响是基元反响。基元反响符合质量作用定律。基元反响的活化能指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。基元反响的反响级数是该
2、反响的反响分子数。一切不符合质量作用定律的反响都是非基元反响。非基元反响的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反响速率对温度的敏感程度。非基元反响的反响级数是经历数值，决定了反响速率对反响物浓度的敏感程度。 3 假设将反响速率写成?rA-dcAdt，有什么条件? 答：化学反响的进展不引起物系体积的变化，即恒容。 4 为什么均相液相反响过程的动力学方程实验测定采用间歇反响器? 答：在间歇反响器中可以直接得到反响时间和反响程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反响器大小和投料量无关。 5 现有如下基元反响过程，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)
3、A+2B?C B+C?D C+DE (3)2A+2B?C A+C?D 解 2rA-k1cAcB?k2cC?k3cAcC?k4cD(1) 2rB-2k1cAcB?2k2cC2rC?k1cAcB?k2cC?k3cAcC?k4cD rD?k3cAcC?k4cD2rA-k1cAcB?k2cC(2) 2rB-2k1cAcB?2k2cC?k3cBcC?k4cD2rC?k1cAcB?k2cC?k3cBcC?k4cD?k5cCcD?k6cE rD?k3cBcC?k4cD?k5cCcD?k6cE22rA-2k1cAcB?2k2cC?k3cAcC?k4cD(3) 22rB-2k1cAcB?2k2cC22rC?k1
4、cAcB?k2cC?k3cAcC?k4cD rD?k3cAcC?k4cD6气相基元反响A+2B2P在30和常压下的反响速率常数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 T?273?30?303Kkc?2.65?104m6kmol?2s?1c?pRT2B ?rA?kccAc?kcpA?pB-?RT?RT?22?rA?kppApBkP?kc2.65?104m6kmol?2s?1?3(RT)8.314kJ?kmol?1K?1?303K-3?1.655?10?6kmol?m?3s-1kPa-3 6 有一反响在
5、间歇反响器中进展，经过8min后，反响物转化掉80，经过18min后，转化掉90，求表达此反响的动力学方程式。 解 kt?1xA?cA01?xA?10.81 -81?0.8210.91(kc-?A0)18min181?0.92假设正确，动力学方程为(kcA0)8min?dcAdt2?kcA 1 7 反响A(g) +B(l)C(l)气相反响物A被B的水溶液吸收，吸收后A与B生成C。反响动力学方程为：?rA=kcAcB。由于反响物B在水中的浓度远大于A，在反响过程中可视为不变，而反响物A溶解于水的速率极快，以致于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反响器中液相体积为5m3时C的生成量。k=1m3
6、kmol-1hr-1，cB0=3kmolm-3，cA饱和=0.02 kmolm-3，水溶液流量为10m3hr-1。 解 ?rA?kcAcB由条件，cA与cB均为常数 ?r1?0.02?3?0.06kmol?m?3hr?1A?反响时间即液相在反响器中的停留时间-5m310m3hr?1?0.5hrC的生成量NC?0.06kmol?m?3hr?1?0.5hr?5m3?0.15kmol 8 反响2H2?2NO?N2?2H2O，在恒容下用等摩尔H2，NO进展实验，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
7、67 求此反响的级数。 解 ?dpAndt?knppA?p?dpA?kpdt-pAp?ndpt12pA?A0?0dt p?n?1pAA?n?1?kpt1n?1?p1?n1?nA0?pA-kptpA0t?t112pA?0.5pA0n?1?p1?n1?nA0?0.5p1?nA0-kpt121?0.51?n1?1?0.51?nk?n?1?pnA0?t12lnk-1?n?lnpA0?lnt12p1A0?pp?n?1?2p总pA00.13600.16300.19050.21750.2715t1226518613510467lnpA0?1.995?1.814?1.658?1.526?1.304lnt125
8、.5805.2264.9054.6444.205lnt12对lnpA0作图，得直线 Y = A + B * X Parameter Value Error A 1.60217 0.01399 5.65.45.25.02/1t 4.8nl4.6 4.44.24.0-2.1-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2lnpA02 B -1.9946 0.00834 斜率?1.99469 ?1.9946?1?nn?3三级反响 考虑反响A其动力学方程为?rA-?3P，1dnAn-kA试推导在恒容下以总压表示VdtV的动力学方程。 解 APp总t?0n0pA00pt?tnA0
9、3?nA0 pA3?pA0?nA?AA0?pA?3pA0?2pp1A?2?3p?n?A3pA0?p总?VA0?p总A?2RTdnVA-2RTdp总?V-3p?1-?2RTdp总?A0?p总?V?Vdt?k2RTVdp总dt-3pA0?p总? 10 A和B在水溶液中进展反响，在25下测得以下数据，试确定该反响反响级数和反响速度常数。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 42.4 cB/kmolm-3 56.6 48.2 40.6 28.2 22.9 0 解 由cA-cB=42.4可知反响应按以下
10、方式A+B产物进展 设为二级反响 ?dcA?kc1ccAcB积分得：kt?lnAB0以1c对t作图假设为直线，那么假设正确。 tclnAdA0?cB0cA0cBcA0?cB0cB 由cA0-cB0=42.4整理得数据如下： t 116.8 319.8 490.2 913.8 1188 y?1c0.0132 0.0149 0.0169 0.0216 0.0247 cclnA A0?B0cB线性回归： Y = A + B * X 0.0260.0240.0220.020y0.018 0.0160.0140.012023210060080010001200t3 Parameter A B Value
11、 0.01166 1.08978E-5 Error 1.84643E-4 2.55927E-7 y?1.0898?10?5t?0.01166k?1.0898?10?5m3kmol?1s?1 ?dcA?1.0898?10?5cAcBdt11 丁烷在700，总压为0.3MPa的条件下热分解反响： C4H102C2H4+H2 (A) (R) (S) 起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时?dpA?0.24MPa?s?1，求此时dtdpRdnSdyA。 ，?dtdtdt解 dpSdppVV-AnS?SdnS?dpSdtdtRTRTdpR?dp? 116?2-A-2?0.24?0.48MPa?s?1
12、nA0-2kmolxA?0.5时dt?dt?58nA?1kmol，nR?2kmol，nS?1kmol，nt?4kmolV?ntRT4?RT?p总300dnSVdpS4dpS4?2.4-0.032kmol?s?1dtRTdt300dt300?dyA1dpA1-0.24?0.8s?1 dtp总dt0.3某二级液相不可逆反响在初始浓度为5kmolm-3时，反响到某一浓度需要285s，初始浓度为1kmolm-3时，反响到同一浓度需要283s，那么，从初始浓度为5kmolm-3反响到1kmolm-3需要多长时间？ 12 解 t=285-283=2s 反响前后体积不变的不可逆反响，已经反响掉的局部不会对反响产生任何影响。反响过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。 13 在间歇搅拌槽式反响器中，用醋酸与丁醇消费醋酸丁酯，反响式为： 2SO4CH3COOH?C4H9OH?H-?CH3COOC4H9?H2O ?A? ?B? ?R? ?S?反响物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反响在100下进展。A转化率达50需要时间为24.6min，辅助消费时间为30min，每天消费2400kg醋酸丁酯忽略别离损失，计算反响器体积。混合物密度为4 第 页 共 页
