第二章测试答案

第二章测试答案

1.一火箭发动机在氧化剂(液态氧)中按化学计量组成所需燃烧一混合燃料(液态氢)，燃烧室为圆柱状，长75cm ，直径60cm 。燃烧过程产生108kg/s 的废气，如果燃烧过程是完全燃烧，计算氢和氧的反应速率。

解：O H O H 2222

1→+

反应生成的废气即水的摩尔流率为:108/18=6kmol/s 火箭发动机的体积为: )(2121.075.06.04

3

2

m V =⨯⨯=

π

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⋅⨯=⨯⨯=

-

=-s m mol

dt

dn V

r H

H 3

43

10829.210

62121.0112

2 ⎥

⎦

⎤⎢⎣⎡⋅⨯=⨯⨯=-

=-s m mol

dt

dn V

r O O 343

10415.110

32121

.01122 2．某厂合成聚氯乙烯所用的氯乙烯单体，由乙炔和HCl 以活性炭为载体的氯化汞催化剂上合成得到，其反应式为Cl H C HCl H C 3222→+，该厂所用的原料混合气中

摩尔比）(1.1:1:22=H C l H C 。若反应器出口气体中氯乙烯含量为0.85(摩尔分率)，试分

别计算乙炔和氯化氢的转化率。

解:为便于计算,假设进入反应器的C 2H 2为1mol,反应掉的量为z mol

反应器进口 反应器出口

C 2H 2 1 1-Z HCl 1.1 1.1-Z C 2H 3Cl 0 Z 总摩尔数 2.1 2.1-Z 按题意:反应器出口气体中氯乙烯含量为0.85，则()mol

z z

z 965.085.01.2=⇒=-

即反应掉的乙烯量为0.965mol C 2H 2的转化率x C2H2=0.965/1=0.965 HCl 的转化率x HCl =0.965/1.1=0.877 3．液相复杂反应

S

P A P B A →+→+ 。原料初始浓度为c A0=2.0mol/L ，c B0=4.0mol/L ， c P0= c S0=0。

在间歇反应器中进行反应，测得c A =0.3mol/L ，c B =2.4mol/L ，问组分P 、S 浓度各为多少? P 的选择性及以B 为基准，产物P 的收率为多少? 解: 第一个反应消耗的A=4.0-2.4=1.6(mol/L) 第二个反应消耗的A=(2-0.3)-1.6=0.1(mol/L) P 的浓度为:1.6-0.1=1.5 (mol/L)

S 的浓度为:0.1mol/L

9375.06

.11.50==-=

Φ

B

B P

P

n n n

151

.01.5==

=

P

P P n n S

4．某工厂在间歇反应器中进行两次试验，初始浓度相同并达到相同的转化率。第一次试验在20℃下进行8天，第二次试验在120℃下进行2小时。试估计反应的活化能。 解:从反应速率方程积分式可以看出:

)

,(t 00i i x c f k = 因两次试验的初始浓度相同x 相同,因此:

2

211t t k k =

()()⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=

===----21/0/02

11

21

211ln

ln

ln

ln

1

2T T R E e

k e k t t k k r r RT E RT E A A 2h

t 393120273192h 824t 293202732211==+==⨯==+=时，时，K T K T

()]/[4369739312931

314.81

2/192ln 111ln 2121mol J T T R t t E =⎪

⎭

⎫ ⎝⎛-=

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-=

5．串联反应(基元反应)

,

0,0,,0002121=====−→−−→−S P A A k

k

c c c c t k k S R A 时在

求: R 达到最大浓度所需时间及R 的最大浓度。 解：()kt

A A A A

A e c c c k dt dc

r -=⇒=⎪⎭

⎫

⎝⎛-=-01 kt

A p

p

p kt

A p A p

p e

kc

kc

dt

dc kc e kc c k c k dt

dc r --=+⇒

-=-==

21;kt

A P te

kc

c -=⇒0

kx

A kx

A e

x kc

C y e

kc

ky dx

dy --+==+)(0

的通解为 0C 00=⇒==P c t 时，当

生成的全部目的产物P 的物质的量 反应掉的全部关键组分的物质的量

Φ=

生成目的产物P 的全部物质的量（mol ） 生成产物S 的全部物质的量（mol ） S ＝

s

p s

p x x c c =

=