化学反应工程郭锴第二版习题解答.docx

1、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

2、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。de3 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。A+2B ? C A+C? D A+2B ? C B+

3、C? D C+DE(3)2A+2B ? CA+C? DAkieA Cb kzCck3eA eCk4CDB2kieA eB 2k2eC解.(1)ckieAeB k2eCk3eAeCk4DDk3eAeC k4eDAKCa Cb kzCc2kieA Cb 2k2CCk3CBCck4CD2rC k1CAeB k2eC k3eBeC k4eD k5CCCD k6CErD k3eBeC k4eD k5eceD k6eEkc=2.65 x 104mikmol-2s-1。现kcCAcB kcR2PbRTA2 22k|CACB 2k?Cc k3CACc k4Crc2 22kjCA Cb 2k?Cck1CACB

4、k2CC k3CACC k4CDDk3CACc k4CD气相基元反应A+2B2P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 (-rA)=kppApB2,求kp=?(假定气体为理想气体)T 273 30 303Kkc 2.65 104m6kmol 2s1 c卫RTkp Pa pBkp2.65104m6kmol3(RT) 8.314kJ kmol 1K 1303K1.655 10 6kmol m 3s-1kPa-3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 1Ca0 1XaXa10.81(kCA0)8mi

5、n8 10.8210.91(kCA0)18min181 0.92假设正确，动力学方程为反应物转化掉dCAdt8 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 5m时C的生成量。已知k=1nikmol-1hr-1，CB=3kmol rrf，CA饱和 =0.02 kmol m3，水溶液流量为 10nihr-1。解rA kcAcB 由已知条件，cA与cB均为常数

6、rA 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 Nc 0.06kmol m 3hr 1 0.5hr5m310m3hr 10.5hr35m 0.15kmoldp.dtP ndPA kpdt9 反应2H 2 2NO N2 2H2O，在恒容下用等摩尔H2，NC进行实验，测得以下数据总压/MPa0.02720.03260.03810.04350.0543半衰期/s26518613510467求此反应的级数n 1PaPakptPao1P1 n P1 nkptn 1n 1pA 0 pAt t12PaO.5Pao1 14 Pa n 10 0.51 nP

7、A0 kpt121 0.51nP1 ntV2 ln1 0.51 n1 n lnPA0 ln t12Pao 1 P总kp n“ PA01kp n 1Pao0.13600.16300.19050.21750.2715t226518613510467In Pao1.9951.8141.6581.5261.304lnt.25.5805.2264.9054.6444.205t120dtP ndPAInt12对In pA0作图，得直线ParameterValueErrorA1.602170.01399B-1.99460.00834斜率 1.99461.99461 nn 3Y = A + B * X三级反应

8、dnA k 试推导在恒容下以V dt V10考虑反应A 3P，其动力学方程为 rA 总压表示的动力学方程。解APP总t 0nA00PA00PA0t tnA3 nA0nAPa3 Pa0Pa3Pa0 2 Pa1 a3 Pa0 P 总 VPa3 Pa0P总nA22RTdnAVdp总2RTVdp总3 pA0p总V12RTk-2RTV dt Vdp总3Pao p 总dt11 .A和B在水溶液中进行反应，在25C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/s116.8319.8490.2913.81188oocA/kmol m-399.090.683.070.665.342.4cB/kmo

9、l m56.648.240.628.222.90解由Ca- Cb=42.4可知反应应按下列方式 A+M产物进行设为二级反应dCAdtkcAcB积分得：ktlnCA SoCA0 CB0 CA0 CBt116.8319.8490.2913.81188y 1 ln CaCa0 Cb0 Cb0.01320.01490.01690.02160.0247cA对t作图若为直线，则假设正确。CB由Cao-Cbo=42.4整理得数据如下:In线性回归:Y = A + B * XParameterValueErrorA0.011661.84643E-4B1.08978E-52.55927E-7y 1.0898 1

10、0 5t 0.01166k 1.0898 10 5m3kmol 1s 1dCAdt1.0898 10 5cacb12 丁烷在700C，总压为0.3MPa的条件下热分解反应:GH。 2GH4+H2(A) (R) (S)起始时丁烷为116kg ,当转化率为50%寸dPAdt 0.24MPa s1，求此时dpR dns dyAdtdt解dpR2dpA2 0.24 1dtdtdpsdpAns型dtdtRT1162kmol“A0Xa58nA1kmol，nR2kmol， nsVnt RT4 RTP总300dnsV tdPs4 dps 40.48MPadns0.5时IkmoldtRT dt 300 dtRT

11、dpsnt 4kmol24 0.032kmol s 1300dyAdt1 dpA 1p总 dt 0.30.24 0.8s 113 某二级液相不可逆反应在初始浓度为 5kmol m时，反应到某一浓度需要 285s，初始_3 . _3浓度为1kmol - m时，反应到同一浓度需要 283s，那么，从初始浓度为 5kmol - m反 应到1kmol - m3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：CH3COOH

12、C4H9OH H2S4 CH3COOC4H9 H2OA B R S反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97 ，反应在100C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 m3,反应器装填系数为 0.75。解A B RSMi 60 74 1161 100 1R产量 2400/24 100kg hr 1 0.862kmol hr1116转化率50%，则A的投料量0862 1.724kmol hr10.5折算成质量流量1.724 60 103.4kg hr 1A:B 1:4.97则B投料量 1.724 4.97 74 634.1kg hr 1总投料量 103.4 634.1 737.5kg hr 1737 5换算成体 积流量 0.9834m3hr175054 6总生产时间24.6 30 54.6min折合 沖 0.91hr60反应器有效体积0.9834 0.91 0.8949m30 8949 3反应器总体积1.2m30.7515 反应(CH3CO)20+HO2CHCOOH在间歇反应器中 15 C下进行。已知一次加入反应物料50kg，其中(CfCObO的浓度为216mol m3，物料密度为1050kg m3。反应为拟一级7 _1 _1反应，