《化学反应工程》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。 3
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。 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。 (1)A+2B?C A+C? D (2)A+2B?C B+C?D C+D→E (3)2A+2B?CA+C?D
2rA??k1cAcB?k2cC?k3cAcC?k4cD解.(1)
2rB??2k1cAcB?2k2cCrC?kcc?k2cC?k3cAcC?k4cDrD?k3cAcC?k4cD21AB
2rA??k1cAcB?k2cC (2)
2rB??2k1cAcB?2k2cC?k3cBcC?k4cDrC?kcc?k2cC?k3cBcC?k4cD?k5cCcD?k6cErD?k3cBcC?k4cD?k5cCcD?k6cE21AB
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《化学反应工程》第二版习题解答
22rA??2k1cAcB?2k2cC?k3cAcC?k4cD(3)
22rB??2k1cAcB?2k2cCrC?kcc?k2cC?k3cAcC?k4cDrD?k3cAcC?k4cD221AB
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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?104m6kmol?2s?1c?pRT22cABp?p??rA?kcc?kcA?B?RT?RT?2?rA?kppApB
kc2.65?104m6kmol?2s?1kP??3(RT)8.314kJ?kmol?1K?1?303K??3?1.655?10?6kmol?m?3s-1kPa-37
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，
kt?1x?AcA01?xA10.81(kcA0)8min???81?0.82转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。10.91
(kcA0)18min???181?0.92假设正确，动力学方程为dc2?A?kcAdt8
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
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?rA?kcAcB由已知条件，cA与cB均为常数
?rA?1?0.02?3?0.06kmol?m?3hr?15m3反应时间即液相在反应器中的停留时间???0.5hr10m3hr?1C的生成量NC?0.06kmol?m?3hr?1?0.5hr?5m3?0.15kmol9
据
总压/MPa
半衰期/s 求此反应的级数。 解
0.0272 265
0.0326 186
0.0381 135
0.0435 104
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
0.0543 67
?dpAn?kppAdtpAt12pA00?p?ndpA?kpdt??p?ndpA??dtpA?n?1pA?kpt?n?1pA01?n1?np1?kptA0?pAn?1??t?t12pA?0.5pA01?0.51?n1?npA0?t12kp?n?1?pA0t12lnpA0lnt122655.5801861?n1?n1?np1pA0?kpt12A0?0.5n?11?0.51?nln??1?n?lnpA0?lnt12kp?n?1???
pA0?1p总20.13600.16300.19050.21750.27151354.9051044.644674.205?1.995?1.814?1.658?1.526?1.3045.226lnt12对lnpA0作图，得直线
5.65.45.25.0ln t1/24.84.64.4
4.24.0-2.13
-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2lnpA0《化学反应工程》第二版习题解答
Y = A + B * X Parameter
A B
Value 1.60217 -1.9946
Error 0.01399 0.00834
斜率?1.9946 10
考虑反应A?1.9946?1?nn?3三级反应
?3P，其动力学方程为?rA??1dnAn??kAVdtV试推导在恒容下以
总压表示的动力学方程。 解
t?0t?tpA??3pA0?p总?V1?3pA0?p总?nA?22RT VdnA??dp总2RT?V??3pA0?p总?Vdp总???12RT??k2RT??VdtVdp总??3pA0?p总?dt11
.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 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
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 AnA0pA0nApAP003?nA0?nA?3?pA0?pA?p总pA03pA0?2pA?dcA1cc?kcAcB积分得：kt?lnAB0dtcA0?cB0cA0cB
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以
1ccclnA对t作图若为直线，则假设正确。
A0?B0cB由cA0-cB0=42.4整理得数据如下：
t
116.8 319.8 490.2 913.8 1188 y?1lncA0.0132 0.0149
0.0169
0.0216
0.0247
c
A0?cB0cB线性回归：
0.0260.0240.0220.020y0.0180.0160.0140.012020040060080010001200tY = A + B * X Parameter
Value Error A 0.01166 1.84643E-4 B
1.08978E-5
2.55927E-7
y?1.0898?10?5t?0.01166
k?1.0898?10?5m3kmol?1s?1?dcAdt?1.0898?10?5c AcB 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)
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