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。

de

3 若将反应速率写成「A A，有什么条件？

dt

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，请写岀各组分生成速率与浓度之间关系。

⑴A+2B ? C A+C? D ⑵A+2B ? C B+C? D C+D>E

(3)2A+2B ? > CA+C? D

「

A

k i e A C B k z C c k3e A e C k4C D

「B 2k i e A e B 2k2e C

解.(1)

「c k i e A e B k2e C k3e A e C k4^D

「

D

k3e A e C k4e D

「A KC A C B k z C c

2k i e A C B 2k2C C k3C B C c k4C D

⑵

2

r C k1C A e B k2e C k3e B e C k4e D k5C C C D k6C E

r D k3e B e C k4e D k5e c e D k6e E

气相基元反应A+2B^2P 在30C 和常压下的反应速率常数

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)

T 273 30 303K

k c 2.65 104m 6kmol 2s 1 c 卫

RT

k p P A P B 1.655 10 6kmol m 3s -1kPa -3

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 时C 的生成量。已知

k =1n i kmol -1hr -1，C B°=3kmol • rrf ，

C A 饱和 =0.02 kmol • m 3，水溶液流量为 10nihr -1。

解

「A

2 2 2k |C A C B

2k ?C c k 3C A C c k 4C ° r c

2 2 2k j C A C B

2k ?C c

k 1C A C B k 2C C k 3C A C C k 4C D

「

D

k 3C A

C c

k 4

C D

k c =2.65 x 104m i kmol -2s -1。现

k c

C A c

B k c

R^

2

P B

RT

k p

2.65 104m 6kmol

3

(RT) 8.314kJ kmol 1K 1 303K

有一反应在间歇反应器中进行，经过

8min 后,

80%，经过 18min 后,

转化掉90%，求表达此反应的动力学方程式。

kt 1

C A 0 1

X A

X A

1 0.8

1

(kC A0)8min

8 1 0.8 2

1 0.9 1 (kC A0)18min

—

—

18 1 0.9 2

假设正确， 动力学方程 为

dC A

dt

反应物转化掉

r A kc A c B 由已知条件，c A 与c B 均为常数

2H 2 2NO N 2 2H 2O

2总压/MPa 0.0272 0.0326 0.0381 0.0435 0.0543

半衰期/s

265

186

135 104 67

n 1

P A

P A

k p t

P

AO

1 P 1 n P 1 n

k p t

n 1 n 1

p

A 0

p

A

t t 12

P A O.5P AO 1 1

4 P A n 1 0

0.51 n

P A0 k p t 12

1 0.51

n

P 1 n

t V 2 ln

1 0.51 n 1 n ln

P A0 ln t 12

P AO 1 P 总

k p n “ P

A0

1

k p n 1

P AO

0.1360 0.1630 0.1905 0.2175 0.2715

t ^'2 265 186 135 104 67

In P AO 1.995 1.814 1.658 1.526 1.304

lnt .2

5.580

5.226

4.905

4.644

4.205

t

12

dt

r A 1 0.02 3 0.06kmol m 3hr 1

反应时间即液相在反应 器中的停留时间 C 的生成量 N c 0.06kmol m 3hr 1 0.5hr

5m 3 10m 3hr 1

0.5hr

3

5m 0.15kmol

dp. dt P n dP A k p dt P n dP A

Int 12对In p A0作图，得直线