化学反应工程课后习题答案
第一章习题
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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。 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 4 5
若将反应速率写成?rA??dcAdt，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。
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。 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?C A+C?D 解
rA??k1cAcB?k2cC?k3cAcC?k4cD22(1)
rB??2k1cAcB?2k2cCrC?k1cAc?k2cC?k3cAcC?k4cDrD?k3cAcC?k4cDrA??k1cAcB?k2cC22B
(2)
rB??2k1cAcB?2k2cC?k3cBcC?k4cDrC?k1cAc?k2cC?k3cBcC?k4cD?k5cCcD?k6cErD?k3cBcC?k4cD?k5cCcD?k6cErA??2k1cAcB?2k2cC?k3cAcC?k4cD222B2
(3)
rB??2k1cAcB?2k2cCrC?kcc?k2cC?k3cAcC?k4cDrD?k3cAcC?k4cD21A2B22
6 解
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）
T?273?30?303Kkc?2.65?10mkmolc?pRT22B46?2s?1p?p??rA?kccAc?kcA?B?RT?RT??rA?kppApBkP?kc(RT)32
??62.65?10mkmol46?2s?1?8.314kJ?kmol?3-1?1K?1?303K?3?1.655?10kmol?mskPa-37 解
kt?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。
1xA10.80.912?12cA01?xA81?0.81????(kcA0)8min?(kcA0)18min?
181?0.9假设正确，动力学方程?dcAdt?kcA2为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。
解
?rA?kcAcB由已知条件，cA与cB均为常数?3?rA?1?0.02?3?0.06kmol?m反应时间即液相在反应hr?13?1器中的停留时间?3??5m33
?0.5hr10mhrC的生成量NC?0.06kmol?mhr?1?0.5hr?5m?0.15kmol9
反应2H2?2NO?N2?2H2O，在恒容下用等摩尔H2，NO进行实验，测得以下数据
0.0272 265
0.0326 186
0.0381 135
0.0435 104
0.0543 67
总压/MPa 半衰期/s
求此反应的级数。解
??dpAdt?kppApdpA?pA?nn?pdpA?kpdt?n?pApA0?t120dt1n?1pA?n?1?n?1t?t121?0.5?kptpA0?p1?nA0?pA11?n??kptpA?0.5pA01?nn?1ln1?0.5?p1?nA0?0.51?npA01?n??ktp12pA0?12p总
1?nkp?n?1?pA0t12lnpA0lnt12p1?nA0?t12kp?n?1?0.1905135?1.6584.905??1?n?lnpA0?lnt120.2175104?1.5264.6440.271567?1.3044.2050.1360265?1.9955.5800.1630186?1.8145.226lnt12对lnpA0作图，得直线
5.65.45.25.0ln t1/24.84.64.44.24.0-2.1-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2lnpA0Y = A + B * X Parameter
A B
斜率?1.9946Value 1.60217 -1.9946
Error 0.01399 0.00834
n?3三级反应?1.9946?1?n dt?knAV10 考虑反应A?3P，其动力学方程为?rA??解
t?0t?t12AnA0pA0nApAP003?nA0?nA?3?pA0?pA??p总?dp总nA?p总pA03pA0?2pA1V?dnA试推导在恒容下以总压表示的动力学方程。
pA??3pA0V2RT?3pA0?p总?V2RT
dnA??V???3pA0?p总?Vdp总???1?2RT?2RT??kVdtVdp总dt??3pA0?p总?
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 cA/kmol·m-3 cB/kmol·m-3
116.8 99.0
56.6
319.8 90.6 48.2
490.2 83.0 40.6
913.8 70.6 28.2
1188 65.3 22.9
∞ 42.4 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 ?dcAdt?kcAcB积分得：kt?1cA0?cB0lncAcB0cA0cB
以
1cA0?cB0lncAcB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
y?1cA0?cB0lncAcB116.8
319.8 490.2 913.8 1188
0.0132 0.0149 0.0169 0.0216 0.0247
线性回归：
0.0260.0240.0220.020y0.0180.0160.0140.012020040060080010001200tY = A + B * X Parameter
A B
Value 0.01166 1.08978E-5
?5Error 1.84643E-4 2.55927E-7
y?1.0898?10k?1.0898?10?dcAdtt?0.01166
mkmol?53?1?1?5s?1.0898?10cAcB
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?解
dpAdt?0.24MPa?s?1，求此时
dpRdnSdyA。 ，，?dtdtdt
