【建筑工程管理】化学反应工程郭锴第二版习题解答

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，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↔CA+C↔D

解.(1)

(2)

(3)

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=2.65×104m6kmol-2s-1。现以气相分压来表示速率方程，即(−r A)=k P p A p B2，求k P=?（假定气体为理想气体）

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。

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5m3时C的生成量。已知k=1m3kmol-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 9

反应，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。

解

Y = A + B * X Parameter

Value Error A 1.60217 0.01399 B -1.9946

0.00834

10 考虑反应，其动力学方程为试推导在恒容下以总压表示的动力学方程。 解

11 .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 ∞ c A /kmol ·m -3 99.0 90.6 83.0 70.6 65.3 42.4 c B /kmol ·m -3

56.6

48.2

40.6

28.2

22.9

l n t 1/2

ln p A0

解

由c A-c B=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：

以对t作图若为直线，则假设正确。

由c A0-c B0=42.4整理得数据如下：

t 116.8 319.8 490.2 913.8 1188

0.0132 0.0149 0.0169 0.0216 0.0247

线性回归：

A 0.01166 1.84643E-4

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%时，求此时。

解

13某二级液相不可逆反应在初始浓度为5k mol·m-3时，反应到某一浓度需要285s，初始浓度为1k mol·m-3时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初始浓度为5k mol·m-3反应到1k mol·m-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：

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750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。

解

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216mol·m-3，物料密度为1050kg·m-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708×107 exp(−E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。

求x A=0.8时，在等温操作下的反应时间。

解

16在100℃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

p A /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100mol·hr-1，达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。

解

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-3-3

A

(−r A)/kmol·m-3min-

0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042

1

解

图解积分