化学反应工程第二版习题解答
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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
11A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
∞
cA/kmol·m-3
99.0
90.6
83.0
70.6
65.3
42.4
cB/kmol·m-3
线性回归：
Y = A + B * X
Parameter
Value
Error
A
0.01166
1.84643E-4
B
1.08978E-5
2.55927E-7
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
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cA0=1.3kmol·m-3降到0.3 kmol·m-3需多少时间?
cA/kmol·m-3
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1.0
1.3
2.0
(−rA)/kmol·m-3min-1
0.1
0.3
ห้องสมุดไป่ตู้0.5
0.6
0.5
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
pA/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。
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。
56.6
48.2
40.6
28.2
22.9
0
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：
以 对t作图若为直线，则假设正确。
由cA0-cB0=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
解
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
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=3kmol·m-3，cA饱和=0.02 kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。
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?
(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)
(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kc=2.65×104m6kmol-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
9反应 ，在恒容下用等摩尔H2，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
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。
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=5.708×107exp(−E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。
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。
解
13某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmol·m-3时，反应到某一浓度需要285s，初始浓度为1kmol·m-3时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初始浓度为5kmol·m-3反应到1kmol·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。
0.25
0.10
0.06
0.05
0.045
0.042
解
图解积分
0.1
0.2
0.3
解
11A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
∞
cA/kmol·m-3
99.0
90.6
83.0
70.6
65.3
42.4
cB/kmol·m-3
线性回归：
Y = A + B * X
Parameter
Value
Error
A
0.01166
1.84643E-4
B
1.08978E-5
2.55927E-7
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
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cA0=1.3kmol·m-3降到0.3 kmol·m-3需多少时间?
cA/kmol·m-3
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1.0
1.3
2.0
(−rA)/kmol·m-3min-1
0.1
0.3
ห้องสมุดไป่ตู้0.5
0.6
0.5
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
pA/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。
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。
56.6
48.2
40.6
28.2
22.9
0
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：
以 对t作图若为直线，则假设正确。
由cA0-cB0=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
解
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
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=3kmol·m-3，cA饱和=0.02 kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。
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?
(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)
(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kc=2.65×104m6kmol-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
9反应 ，在恒容下用等摩尔H2，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
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。
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=5.708×107exp(−E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。
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。
解
13某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmol·m-3时，反应到某一浓度需要285s，初始浓度为1kmol·m-3时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初始浓度为5kmol·m-3反应到1kmol·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。
0.25
0.10
0.06
0.05
0.045
0.042
解
图解积分
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