化学反应工程第一章习题答案

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t

c r

d d A

A -

=-，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+D →E

(3)2A+2B ↔C

A+C ↔D 解

(1)

D

4C A 3D D 4C A 3C 22

B

A 1C C

22B A 1B D 4C A 3C 22

B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=

(2)

E

6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22

B

A 1C D

4C B 3C 22

B A 1B C

22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=

(3)

D

4C A 3D D 4C A 3C 22B

2A 1C C

22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=

6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×

104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程，即(−r A )=k P p A p B 2

，求k P =?（假定气体为理想气体） 解

()

3

-1-363

111

2643c P 2

B

A p A 2

B A c 2

B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K

303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------⋅⨯=⨯⋅⨯=

==-⎪

⎭

⎫ ⎝⎛==-=

⨯==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT

p c k T

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 2

A A min 18A0min 8A0A

A A0d d 2

19.019.0181)(21

8.018.081)(11kc t

c kc kc x x c kt =-

=-⋅==

-⋅=-⋅=

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 =kc A c B 。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5m 3

时

C 的生成量。已知k =1m 3kmol -1hr -1，c B0=3kmol ·m -3，c A 饱和=0.02 kmol ·m -3

，

水溶液流量为10m 3hr -1

。 解

0.15kmol

5m 0.5hr hr m 0.06kmol 0.5hr

hr 10m 5m hr m kmol 06.0302.013131

33

1

3A B A B A A =⨯⨯⋅===⋅=⨯⨯=-=------C N C r c c c kc r 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，τ

9

反应O 2H N 2NO 2H 222+→+，在恒容下用等摩尔H 2，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。