《化學(xué)反應(yīng)工程》(朱炳辰)課后習(xí)題答案

1 緒 論1. 1 在銀催 化劑上進(jìn)行 甲醇氧化為 甲醛的反應(yīng)：3 2 22 C H O H O 2 H C H O 2 H H O H H O H H O H H O H H O H H O H O+ +3 2 2 22 C H O H 3 O 2 C O 4 H H O O H H O O H H O O H O+ +進(jìn)入反 應(yīng)器的原料 氣中，甲醇：空氣：水蒸 氣 =2 ： 4 ： 摩 爾 比 ）， 反 應(yīng)后甲醇 的轉(zhuǎn)化率 達(dá) 72% ，甲醛 的收率 為 69. 2% 。試計(jì) 算（ 1 ） （ 1 ） 反應(yīng)的 選擇性；（ 2 ） （ 2 ） 反應(yīng)器 出口氣體的 組成。解 ：（ 1 ）由（ 式得 反應(yīng)的選擇 性為： 0. 629. 9611 96. 11%X 0. 720= = = =（ 2 ）進(jìn)入反應(yīng) 器的原料氣 中，甲醇：空氣：水蒸 氣 =2 ： 4 ： 摩 爾 比 ） ，當(dāng)進(jìn)入 反應(yīng)器的總 原料量 為 100 mo l 時(shí)，則 反應(yīng)器的進(jìn) 料組成為設(shè) 甲醇 的轉(zhuǎn) 化 率 為 X A ， 甲醛 的收 率 為 Y P ， 根據(jù) （ 和（ 式可 得反 應(yīng) 器出口甲 醇、甲醛和 二氧化碳的 摩爾 數(shù) n A 、 n P 和 n c 分別為 ： n A 0 ( 1- X A ) = 7. 672 m = n A 0 Y P = 18. 96 m = n A 0 ( X A - Y P ) = 0. 7672 m 上述 反 應(yīng) 的 化學(xué) 計(jì) 量 式 ，水 （ 、 氧 氣 （ n O ） 和 氮?dú)?（ n N ） 的 摩爾 數(shù) 分 別為： n W 0 + n P + 2n C = 38. 30 m O O O = n O 0O 0O O - 1/ 2n P - 3/ 2n C = 0. 8788 m = n N 0 = 43. 28 m 反應(yīng)器出口 氣體組成為 ：1. 1. 2 工業(yè)上 采用銅鋅鋁 催化劑由一 氧化碳和氫合 成甲醇，其 主副反應(yīng)如 下：2 3C O 2 H C H O H O H O H O H+ 組分 摩爾分 率 y i 0 摩爾 數(shù) n i 0 (m （ 2+4 + =0. 2740 27. 40空氣 4/ （ 2+4 + =0. 5479 54. 79水 （ 2+4 + =0. 1781 17. 81總計(jì) 0 100 爾數(shù) （ 摩爾分 率 % 2 3 18. 96 17. 26H 2 O 38. 3 34. 8772 83O 2 88 993. 28 39. 392 3 2 22 C O 4 H ( C H ) O H H O H H O H H O H O+ +2 4 2C O 3 H C H H H H H H H H O+ +2 4 9 24 C O 8 H C H O H 3 H H O H H H O H H H O H H O+ +2 2 2C O H O C O O O O O O O H+ +由 于 化學(xué) 平 衡 的 限制 ， 反 應(yīng) 過(guò)程 中 一 氧 化碳 不 可 能全 部 轉(zhuǎn) 化 成甲 醇 ， 為 了提 高原 料 的利 用 率 ， 生產(chǎn) 上 采 用 循環(huán) 操 作 ， 即將 反 應(yīng) 后的 氣 體 冷 卻， 可 凝 組 份變 為液 體 即為 粗 甲 醇 ，不 凝 組 份 如氫 氣 及 一 氧化 碳 等 部分 放 空 ， 大部 分 經(jīng) 循 環(huán)壓 縮機(jī)后與 原料氣混合 返回合成塔 中。下圖是生 產(chǎn)流程示意 圖原料氣 h 粗甲醇 ol/空氣 體原料氣 和冷凝分離 后的氣體組 成如下：（ 粗 甲 醇 的 組 成 為 9. 15%,( ) 2 O %,C 3 H 9 %,H 2 O , 均為 重 量百 分 率 。 在操 作 壓 力 及溫 度 下 ， 其余 組 分 均為 不 凝 組 分， 但 在 冷 凝冷 卻過(guò) 程 中可 部 分 溶 解于 粗 甲 醇 中， 對(duì) 1k g 粗 甲 醇而 言 ， 其 溶解 量 為 g,g,H 2 g, g,N 2 g 。 若循 環(huán)氣 與原 料 氣之 比 為 摩 爾 比 ），試計(jì)算 ：（ 1 ） （ 1 ） 一氧化 碳的單程轉(zhuǎn) 換率和全程 轉(zhuǎn)化率；（ 2 ） （ 2 ） 甲醇的 單程收率和 全程收率。解 ：（ 1 ） 設(shè)新鮮原料氣 進(jìn)料流量 為 100 h ， 則根據(jù)已知條件 ， 計(jì)算進(jìn)料原 料氣組成 以質(zhì)量分率 表示如下：組分 原料氣 冷凝分 離后的氣體6. 82 15. 498. 25 69. 78 N 2 10. 29組分 摩爾質(zhì) 量 y i 0 ( ) F i 0 (km ol/h ) 質(zhì)量分 率 x i 0 %8 26. 82 26. 82 72. 05H 2 2 68. 25 68. 25 13. 1 44 46 43N 2 28 4總計(jì) 100 100 100循環(huán)壓 縮合成 冷凝分 離其 中 x i =y i M i / y i M i 。進(jìn)料 的平均摩爾質(zhì) 量 M m = y i M i =10 經(jīng)冷凝 分離后的氣 體組成（亦 即放空氣體的 組成）如下 ：其中冷 凝分離后氣 體平均分子 量為 M m = y y i M i = 9. 554又設(shè)放 空氣體流量 為 ol/h ， 粗甲醇的流量 為 h 。 對(duì)整個(gè)系統(tǒng) 的 衡 算得： B/28 100 0+29A=2 A)對(duì)整個(gè) 系統(tǒng)就所有 物料作衡算 得： 100 10. 42=B+ (B)聯(lián)立（ A ） 、 （ B ）兩個(gè) 方程，解之 得A=2 h B=7 物 中 C O 摩爾流 量為 =49A+ (28 1000 )將求得 的 A 、 B 值代入 得 =1 km ol/ O 的全程 轉(zhuǎn)化率為C O , 0 C O C O O O O C O , 0O O 2 6 . 8 2 4 . 4 3 5X 8 3 . 4 8 %F 2 6 . 8 2 = = =由已知 循環(huán)氣與新 鮮氣之摩爾 比，可得反應(yīng) 器出口處 的 C O 摩爾流 量為F C O , 0O O O = 100 0. 2682+ 7. 20. 2682+ 7. 2 100100 0. 1549= 138. 40. 1549= 138. 4 k m C O 的單程 轉(zhuǎn)化率為C O , 0 C O C O O O O C O , 0O O 2 6 . 8 2 4 . 4 3 5X 1 6 . 1 8 %F 1 3 8 . 4 = = =產(chǎn)物粗 甲醇所溶解 的 H 2 、 和 N 2 總 量 D 為( 9. 82 9. 38 1. 76 2. 14 5. 38 ) . 02848B k m + + += =粗甲醇 中甲醇的量 為 () X 甲 /M m =(7 B) 15/3 2= km ol/甲醇的全程 收率為Y 總 =21 甲醇的 單程收率為 21 組分 摩爾質(zhì) 量 摩爾分 率 y 8 15. 49 69. 78 44 6 N 2 28 10. 29總計(jì) 1002 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)2. 1 在一體 積 為 4 L 的恒容 反應(yīng)器中進(jìn) 行 A 的水解 反應(yīng)，反應(yīng)前 A 的含量 為12. 23% （重量 ）， 混合物的密度 為 1g/ 反應(yīng) 物 A 的分子 量 為 88 。在等溫 常 壓下不斷 取樣分析， 測(cè)的組 分 A 的濃度 隨時(shí)間變化的 數(shù)據(jù)如下：試求反 應(yīng)時(shí)間 為 3.5 h 的 A 的水解 速率。解： 利用反應(yīng)時(shí)間 與組 分 A 的濃度 變化數(shù)據(jù)， 作 出 C A t 的關(guān)系曲 線， 用 鏡面法求 得 t=3 .5 h 時(shí)該點(diǎn) 的切線，即為 水解速率。切線的 斜率為 0. 76 0. 125 / 1 = = m ol l hm m 式可 知反應(yīng)物的 水解速率為 0. 125 / .= =r m ol l hm m mA 2 在一管 式反應(yīng)器中 常 壓 300 等溫下進(jìn) 行甲烷化反 應(yīng)：2 4 23+ +C O H C H H 積 為 10m l ， 原料氣 中 C O 的含量 為 3% ， 其余 為 H 2 氣體，改變進(jìn)口 原料氣流 量 Q 0 進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)，測(cè)得出 口 C O 的轉(zhuǎn)化 率為：試求當(dāng) 進(jìn)口原料氣 體流量 為 50m l/mi n 時(shí) C O 的轉(zhuǎn)化 速率。解：是 一個(gè)流動(dòng)反 應(yīng)器，其反 應(yīng)速率式可用 （ 式來(lái) 表示0 0 00 0( 1 ) ( 1 )= = = = A A A A X Q C C 率可表示 為：0 0 0 0( / )= =A dX C d V A V R /Q 0 作圖， 過(guò) V R /Q 0 =0. 20mi n 的點(diǎn)作 切線， 即得該條件下 的 /d( V R /Q 0 )值 。0. 65 0. 04 1. 790. 34 = =故 C O 的轉(zhuǎn)化 速率為反應(yīng)時(shí) 間（ h ） (m ) 5 Q 0 (m l/ 83. 3 67. 6 50. 0 38. 5 29. 4 22. 2X(% ) 20 30 40 50 60 70V R /Q 0 8 20. 0 30. 0 40. 0 50. 0 60. 0 70. 0400 30. 1013 0. 03 6. 38 10 /8. 314 10 573 = = = C m ol lm m 4 30 0 6. 38 10 1. 79 1. 14 10 / . m i n( / ) = = = m ol lm m 3 已知 在 g 催化劑 上水煤氣變換 反應(yīng)的正反 應(yīng)動(dòng)力學(xué)方 程為：20 . 8 5 0 . 4 /= w C O C Or k y y km ol kg y C O 和 y C O 2 為 一氧 化碳 及 二氧 化碳 的 瞬間 摩爾 分率 ， P a 壓 力 及 700 K 時(shí)反 應(yīng) 速率 常 數(shù) 于 5km ol/h 。 如 催化 劑 的 比表 面 積 為 30m 2 /g ， 堆 密度 為 g/ ，試計(jì)算 ：（ 1 ） （ 1 ） 以反應(yīng) 體積為基準(zhǔn) 的速率常 數(shù) （ 2 ） （ 2 ） 以反應(yīng) 相界面積為 基準(zhǔn)的速率 常 數(shù) k g 。（ 3 ） （ 3 ） 以分壓 表示反應(yīng)物 系組成時(shí)的 速率常 數(shù) （ 4 ） （ 4 ） 以摩爾 濃度表示反 應(yīng)物系組成 時(shí)的速率常 數(shù) k C 。解 ： 利用 （ ） 式 及（ ） 式可 求 得 問(wèn) 題的 解 。 注 意題 中 所 給 比表 面的單位 換算 成 m 2 /m 3 。 3 3230 . 4 5 0 . 4 53 30 . 4 5( 1 ) 1. 13 10 0. 0535 60. 46 / 2 ) 1. 78 10 / 01 1( 3 ) ( ) ( ) 0. 0535 0. 15080. 1013 . . ( )8. 31 10 700( 4 ) ( ) ( 0. 0535 0. 333 (0. 1 ） = = = = = = = = = = = =v b wb bg w wv wk k km ol m hm m mk k k km ol m hm m kP kg h M P a m m m k kP . 4 5) ( )kg 4 在等溫 下進(jìn)行液相 反 應(yīng) A+B C+D ，在該 條件下的反 應(yīng)速率方程 為：1 . 5 0 . 50 . 8 / m i n= A A C m o l lm m A 和 B 的 初 始濃 度 均 為 3m l 的 原 料混 合 進(jìn) 行 反應(yīng) ， 求 反 應(yīng) 4m i n 時(shí) A 的轉(zhuǎn)化率 。解： 由題 中條件 知是 個(gè)等容 反應(yīng) 過(guò)程， 且 A 和 B 的初 始濃 度均相 等， 即 為1.5 l ，故可 把反應(yīng)速率 式簡(jiǎn)化，得 1 . 5 0 . 5 2 2 200 . 8 0 . 8 0 . 8 ( 1 )= = = A A B A A C C C 式可 知0 0( 1 ) = = =A A dt dt 方程式2 20 00. 8 ( 1 )= 得00. 8( 1 ) = A 8 1= XC t X A =82 。2. 5 氨 合 成 塔 入 口 的 氣 體 組 成 為 3. 5% N H H H H 3 , 20. 8% N 2 , 62. 6% H H H H 2 , 7. 08% A r 及5. 89C H H H H 4 。 該塔是 在 30M P a 壓力下 操作。 已知催化劑床層 中某處的溫 度 為 490 ，反應(yīng) 氣體 中氨含 量 為 10% （ ，試計(jì)算 該處 的反應(yīng) 速率。 在 F e 催化 劑上 氨合成反應(yīng) 速率式為：322 3 21 . 5 31 . 51 2 /= N H H H H H H H H H H H k p k km ol m hm m mp 應(yīng) 的 活 化 能 。 45 0 時(shí)41 7 . 5 8 1 0 /= E J m o lm m m， 且 ， 490 時(shí)， K p 可按下 式計(jì)算 ：3 0 . 5 32 2 2 7 7 ( ) /= k m M P a m hm mm mm m 21 2/ = Pk k K 4 7 2l o g 2 0 4 7 . 8 / 2 . 4 9 4 3 l o g 1 . 2 5 6 1 0 1 . 8 5 6 4 1 0 3 . 2 0 6 = + + T T 標(biāo)準(zhǔn) 立方米。解：題中給 出 450 時(shí) 的 k 2 值，而反應(yīng) 是 在 490 下，故首先要 求 出 490 時(shí) 的 。利用（ ）試， 求出頻率因 子 A:442 1 7 . 5 8 1 0 / 8 . 3 1 4 7 2 3 1 62 1 6 1 7 . 5 8 1 0 / 8 . 3 1 4 7 2 3 4 3 0 . 5 32e x p ( )e x p ( ) 2277 / 1. 145 10e x p ( ) 1. 145 10 1. 055 10 ( ) / . = = = = = = = R k e m M P a m hm mm mm 490 的 K p 值由題 給公式計(jì)算 出4 7 22047. 8 / 763 2. 4943 63 1. 256 10 763 1. 856l 10 7633. 206 1. 25245. 592 10 = + + = = k 1 值： 2 2 1 1 22 2 2 4 3 1 . 5 31 ( 5. 592 10 ) 1. 055 10 33 ( ) / . = = =p k K m M P a m hm mm mm 的分壓值 ：2 2 3312 2+ N H N H 14160*( - 2)* 14160* 1 . 14160*( - 2)* 1 5 *( - 2)*3211 % , 1 0 000）（，+= += += + = =+= +=+ = +=各組分 的分率及分 壓值為反應(yīng)速 率為：322 3 21 . 5 1 . 5 41 . 51 2 1 . 53 3 3 31 7 . 1 5 33 3 . 0 5 . 7 1 8 1 . 0 5 5 1 03 1 7 . 1 54 . 0 2 3 1 0 / . ( 1 7 9 . 6 / . )= = = N H H H H H H H H H H H k p kp pm m c a t h k m o l m c a t hm m m mm m m mm m m 10% p N H 3 =3M 19. 06% p N 2 =87. 18% p H 2 =17. 153. 79% p A r +C H 4 =4. 137M 6 下面是 兩個(gè)反應(yīng) 的 圖， 圖 中 A B 是平衡 曲線， N P 是 最 佳 溫 度 曲 線 ， ， H B 是等轉(zhuǎn) 化率線。根 據(jù)下面兩圖回 答：（ 1 ） （ 1 ） 是可逆 反應(yīng)還是不 可逆反應(yīng)？（ 2 ） （ 2 ） 是放熱 反應(yīng)還是吸 熱反應(yīng)？（ 3 ） （ 3 ） 在等溫 線上， A,D ,O,E, M 點(diǎn)中哪 一點(diǎn)速率最 大， 哪一點(diǎn)速率最小 ？（ 4 ） （ 4 ） 在等轉(zhuǎn) 化率線上， H,C ,R,O, F 及 B 點(diǎn)中， 哪一點(diǎn)速率最大， 哪一 點(diǎn)速率最 ?。浚?5 ） （ 5 ） 在 C, R 兩點(diǎn)中 ，誰(shuí)的速率 大？（ 6 ） （ 6 ） 根據(jù)圖 中所給的十 點(diǎn)中，判斷 哪一點(diǎn)速率最 大？解： 圖 1 ）可逆 反應(yīng) 可逆反 應(yīng)（ 2 ）放熱 反應(yīng) 吸熱反 應(yīng)(3) M 點(diǎn)速率 最大， A 點(diǎn)速率 最小 M 點(diǎn)速率最 大， A 點(diǎn)速率 最小(4) O 點(diǎn)速率 最大， B 點(diǎn)速率 最小 H 點(diǎn)速率最 大， B 點(diǎn)速率 最小(5) R 點(diǎn)速率 大 于 C 點(diǎn)速率 C 點(diǎn)速率 大 于 R 點(diǎn)速率(6) M 點(diǎn)速 率最 大 根據(jù) 等速 線的走 向來(lái)判 斷 H, M 點(diǎn)的速率 大小。2. 7 在 進(jìn) 行 一 氧 化 碳 變 換 反 應(yīng) 動(dòng) 力 學(xué) 研 究 中 ， 采 用 催 化 劑 進(jìn) 行 試 驗(yàn) ，測(cè)得 正反 應(yīng)活化 能為 , 如果 不考 慮逆反 應(yīng)，試 問(wèn)反 應(yīng)溫度 是49. 629 10 / J m m 時(shí)的速 率比反應(yīng)溫 度 是 400 時(shí)的速 率大多少倍 ？解 ： 從題 中 可 知 ，反 應(yīng) 條 件 除了 溫 度 不 同外 ， 其 它條 件 都 相 同， 而 溫 度 的影響表 現(xiàn)在反應(yīng)速 率常 數(shù) k 上，故可用反應(yīng)速率常 數(shù)之比來(lái)描 述反應(yīng)速率 之比 。400 5501 1 9 6 2 9 0 1 1( ) ( )5 5 0 5 5 0 5 5 0 8 . 3 1 4 6 7 3 8 2 34 0 0 4 0 0 4 0 0e x p ( ) 23e x p ( ) （ 倍 ） = = = = = k R T e er k 8 常壓下 ， 在釩催化劑上進(jìn) 行 化反 應(yīng)， 原料氣組成 為 7% O 2 及 82% N 2 。試計(jì)算 轉(zhuǎn)化率 為 80% 時(shí)的最 佳溫度。二氧化硫在釩催化 劑上氧化的 正反應(yīng)活化 能為 ，化學(xué) 計(jì)量數(shù)等 于 2 ，反應(yīng) 式為：49. 211 10 / J m m 312+ S O O S 數(shù)與溫度 的關(guān)系為：l 905. 5 / 4. 6455= p 該反應(yīng) 的熱效應(yīng) 。49. 629 10 / = m mH mH （ 1 ）求出 轉(zhuǎn)化率 為 80% 時(shí)各組 分的分壓：以 100 mo l 為基準(zhǔn)2 22 23 32 233320. 1013 1. 4 / 97. 2 1. 46 10 ( )0. 1013 8. 2 / 97. 2 8. 55 10 ( )0. 1013 5. 6 / 97. 2 5. 84 10 ( )0. 1013 82 / 97. 2 8. 55 10 ( )= = = = = = = = = = = = S O S S O S p P y M P y M P y M P y M P a（ 2 ）求與 上述組成對(duì) 應(yīng)的平衡常 數(shù) K P 值：32 2 30 . 5 0 . 53 35. 84 10 43. 261. 46 10 8. 55 10 = = = S O p p(3) 求平衡 溫 度 905. 5 / 4. 64554905. 5 780. 96. 282= = =p (4) 利用（ ）式求 逆反應(yīng)活化能 值E 44 59. 629 109. 211 10 1. 403 10 /2 = = = H J m m m(5) 利用（ ）式求 最佳溫 度 T O 0 . 9 7 3 9 . 0 0 48 . 3 1 4 7 8 0 . 9 1 4 . 0 31 l n1 l n 9 . 2 1 1( 1 4 . 0 3 9 . 2 1 1 ) 1 0= = =+ R T 9 在一恒 容反應(yīng)器中 進(jìn)行下列液 相反應(yīng)：+ A B 6 /= R km ol m hm m A D 2 38. 2 /= D km ol m hm m r R ,r D 分 別 表示 產(chǎn) 物 R 及 D 的 生 成速 率 。 反應(yīng) 用 的 原 料 為 A 與 B 的 混 合 物 ，其 中 A 的濃度 為 2km ol/m 3 ，試計(jì) 算 A 的轉(zhuǎn)化 率達(dá) 到 95% 時(shí)所需 的反應(yīng)時(shí)間 。解：反 應(yīng) 物 A 的消耗 速率應(yīng)為兩 反應(yīng)速率之和 ，即22 1 . 6 1 6 . 4 1 . 6 ( 1 1 0 . 2 5 )= + = + = +A R D A A A AR r r C C C 式 1. 6 ( 1 10. 25 ) = +A A O 2 O 2 N 2 0 1. 0 0 82. 0 100 0 7(1 =1- 82. 0 97. 20 001( 1 ) 10. 2510. 2511. 6 ( ) l n ( 1 ) l 25 1 11 10. 250. 6463 / 1. 6 0. 4038 + = = + + + = =A t C C Ct 在催化 劑上進(jìn)行三 甲基苯的氫 解反應(yīng)：6 3 3 3 2 6 4 3 2 4( ( )） + +C H C H H C H C H C H H H H H H H H H 3 2 2 6 5 3 4( ） + +C H C H H C H C H C H H H H H H H H H 口原料氣 組成 為 66. 67%33 三甲基苯 。 在 p a 及 523 K 下等 溫反 應(yīng) ，當(dāng) 反 應(yīng) 器 出口 三 甲 基 苯的 轉(zhuǎn) 化 率 為 80% 時(shí) ， 其混 合 氣 體 的氫 含 量 為 20% ，試求：（ 1 ） （ 1 ） 此時(shí)反 應(yīng)器出口的 氣體組成。（ 2 ） （ 2 ） 若這兩 個(gè)反應(yīng)的動(dòng) 力學(xué)方程分 別為： 0 . 5 36 3 0 0 /= A A C k m o l m hm mm mm 5 33 4 0 0 /= E C C k m o l m hm mm mm 二甲基苯 的生成速率 是多少？解： 以 100 mo l 為計(jì) 算基 準(zhǔn)， 設(shè) X 為三 甲基苯 的轉(zhuǎn) 化率， Y 為生 成的 甲苯摩爾數(shù)。 （ 1 ） （ 1 ） 用物料 衡算求出口 氣體組成：由題給 條件可知， 混合氣中氫 的含量 為 20% ，所以 有：66. 6733=20解 得 Y=6 0=20 甲苯量 ）生成的 二甲基苯量 ： 33. 33 烷量： 33. 33 甲基苯量 ： 33. 33 （ 18 ） =6. 666km 為： 20k 氣組成為 ：三甲基 苯 6% ，氫 氣 20% ，二甲基 苯 4% ，甲 烷 46. 67% ，甲基 苯 20. 01% 。（ 2 ） （ 2 ） 由題給 條件可知， 三甲基苯的 出口濃度為： 3 300 33 3 30 0. 1 0. 3333 7. 669 10 /8. 314 10 523( 1 0. 8 ) 7. 669 10 ( 1 0. 8 ) 1. 534 10 / = = = = = = pC km ol m m m C C km ol m m m X= 0 時(shí) X=0 . 8 時(shí)三甲基 苯 (A) 33. 33 33. 33 （ 1氫（ B ） 66. 67 66. 6733二甲基 苯 (C) 0 33. 33D) 0 33. 33X+ E ） 0 Y 100 00 33 3 33 3 33 3 30. 20 1. 534 10 4. 6 10 /0. 066660. 06654 1. 534 10 1. 532 10 /0. 066660. 4667 1. 534 10 1. 074 10 /0. 066660. 2001 1. 534 10 4. 603 10 /0. 06666 = = = = = = = = km ol m m m mC km ol m m m mC km ol m m m mC km ol m m m 5 0 . 53 3 0 . 5 3 3 0 . 536 3 0 0 3 4 0 06 3 0 0 1 . 5 3 4 1 0 ( 4 . 6 1 0 ) 3 4 0 0 1 . 5 3 2 1 0 ( 4 . 6 1 0 )0 . 6 5 5 5 0 . 3 5 3 3 0 . 3 0 2 2 / . = = = = =C A E A B C BR r r C C C Ck m o l m hm mm mm 在 210 等溫下 進(jìn)行亞硝酸 乙脂的氣相分 解反應(yīng)： 2 5 2 3 2 51 12 2 + +C H N O N O C H C H O C H O H H H H H H 一級(jí)不可 逆反應(yīng)，反 應(yīng)速率常數(shù)與 溫度的關(guān)系 為， 若 反 應(yīng) 是 在 恒 容 下 進(jìn) 行 ， 系 統(tǒng) 的1 4 4 11. 39 10 e x p ( 1. 897 10 / ) ( )= k T 為 13M 采用的是純亞硝酸乙 脂，試計(jì)算亞硝酸乙脂分解 率 為 80%時(shí)，亞 硝酸乙脂的 分解速率及 乙醇的生成速 率。若采用 恒壓反應(yīng)， 乙醇的生成 速率又是多少 ？ 解 ：（ 1 ）恒容 過(guò)程，其反 應(yīng)式可表示 為： 1 12 2 + +A B C 式表示為 ： 0 ( 1 )= = A A A Ar k C k C 氣體，反 應(yīng) 物 A 的初始 濃度為：200 3 1 40 01 4 2 60. 1013 2. 523 10 /8. 314 10 483( 1 ) 1. 39 10 e x p ( 18973 / ) ( 1 )1. 39 10 e x p ( 18973 / 483 ) 2. 523 10 ( 100. 8 ) 6. 112 1 0 / . = = = = = = = A A AP yC m ol lm m r T C Xm ol l sm m 脂的分解 速率為： 66. 112 10 / .= = A AR r m ol l sm m 成速率為 ： 61 3 . 0 5 6 1 0 / = = D AR r m o l l sm m m（ 2 ）恒壓過(guò)程 ，由于反應(yīng)前后 摩爾數(shù)有變化 ，是個(gè)變?nèi)葸^(guò)程 ，由（ ）式 可求得總 摩爾數(shù)的變 化。 1 0. 5 0. 5 1/ 11 + + = = =A t 物是 純 A ，故有 ： y A 0 =1 。由（ ）式可 求得組分的 瞬間濃度：2 20 01 4 2 6( 1 ) 2. 523 10 ( 1 0. 8 ) 2. 803 10 /1 1 1 1 0. 81. 39 10 e x p ( 18973 / 483 ) 2. 803 10 3. 395 10 / = = = + + = = = A A C XC m ol lm m r kC m ol l sm m 成速率為 ： 61 1 . 6 9 8 1 0 / = = D AR r m o l l sm m 甲烷與 水蒸氣在鎳 催化劑 及 750 等溫下 的轉(zhuǎn)化反應(yīng) 為：4 2 2 22 4+ +C H H O C O 中 甲烷與 水蒸 氣的摩 爾比 為 1 ： 4 ，若 這個(gè) 反應(yīng)對(duì) 各反 應(yīng)物均 為一 級(jí)，已知 k=2 l/s, 試求：（ 1 ） （ 1 ） 反應(yīng)在 恒容下進(jìn)行 ， 系統(tǒng)的初始總壓 為 13M 當(dāng)反應(yīng)器出 口的 化率 為 80% 時(shí)， 和 H 2 的生成 速率是多少 ？（ 2 ） （ 2 ） 反應(yīng)在 恒壓下進(jìn)行 ，其他條件如（ 1 ） ， 的生成 速率又是多 少 ？解 ：（ 1 ）由題 意可將反應(yīng) 速率表示為 ：2 4+ + =C A C D r k C 過(guò)程，則 有00 0300 3 3 30 0( 1 )2 0. 1013 0. 22. 382 10 /8. 314 10 10234 4 2. 382 10 9. 528 10 / = = = = = = = = A A A C C C m ol lm m C C m ol lm m A 0 =0. 8 時(shí) 3 403 3 30 0 4 3 66 5( 1 ) 2. 382 10 0. 2 4. 764 10 /2 9. 528 10 2 2. 382 10 0. 8 5. 717 10 /2 4. 764 10 5. 717 10 5. 447 10 / 5. 447 10 2. 179 10 / . = = = = = = = = = = = = = A A A A C C X m ol lm m C X m ol lm m mR r m ol l sm m mR r m ol l sm m m（ 2 ）對(duì)于恒壓 過(guò)程，是個(gè)變?nèi)?反應(yīng)過(guò)程，由（ ）式可 求得總摩爾 數(shù)的變 化 1 4 1 2/ 21 + = = =A t A 的原始 分率：0 1 0 . 21 4= =+ ）式可 求得轉(zhuǎn)化率 為 80% 時(shí)的濃 度：3 40 0( 1 ) 2 . 3 8 2 1 0 ( 1 0 . 8 ) 3 . 6 0 9 1 0 /1 1 2 0 . 2 0 . 8 = = = + + A A C m o l lm m 3 3 50 002 9 . 5 2 8 1 0 2 2 . 3 8 2 1 0 0 . 8 4 . 3 3 1 1 0 /1 1 2 0 . 2 0 . 8 = = = + + B A A XC m o l lm m 4 5 662 3. 609 10 4. 331 10 3. 126 10 / 126 10 / . = = = = = A A r m ol l sm m mR r m ol l sm m 在 473 K 等溫及 常壓下進(jìn)行 氣相反應(yīng)：（ 1 ） 3A R 1 . 2 / m i n= R m o l lm m m（ 2 ） 2A S 0 . 5 / m i n= S m o l lm m m（ 3 ） A T 2 . 1 / m i n= T m o l lm m C A 為反 應(yīng) 物 A 的濃 度（ l ），原料 中 A 和 惰 性 氣 體 各 為 一 半 （ 體 積 比 ），試求 當(dāng) A 的轉(zhuǎn)化 率 達(dá) 85% 時(shí)，其 轉(zhuǎn)化速率是多 少？解：方 法（ 1 ），先求出總摩爾變 化數(shù) 。 物的生成 速率變?yōu)閷?duì) 應(yīng)的反應(yīng)物的 轉(zhuǎn)化速率： 1 0 . 431 0 . 2 52 2 . 1= = = =A R R S T Ar r Cr r Cr r 率為： 2 . 7 5= + + =A A R A S A T AR r r r 反應(yīng) 物 A 為基準(zhǔn) ，總摩爾變 化數(shù)為：0. 4 0. 25 2. 13 2 1 0. 3822. 75 2. 75 2. 75 = + + =為：20 00 30. 1013 0. 5 1. 288 10 /8. 314 10 473 = = = yC m ol lm m 則有2 30 03 3( 1 ) 1 . 2 8 8 1 0 0 . 1 5 1 . 6 6 2 5 1 0 /1 1 0 . 5 0 . 3 8 0 . 8 52 . 7 5 2 . 7 5 1 . 6 6 2 5 1 0 4 . 5 7 2 1 0 / . m i = = = + + = = = A A C XC m o l lm m R C m o l lm m 2 ）， 可 將 C A 表示為 ：00 ( 1 )1 3 1 212 1 110= + = = =A A j A A C XC y 3 30. 4 0. 252 0. 85 1 0. 85 0. 32452. 75 2. 751. 288 10 0. 15 1. 6623 10 /1 0. 3245 0. 52. 75 2. 75 1. 6623 10 4. 571 10 / . m i = + = = = + = = = A j A XC m ol lm m m ol lm m （ 3 ），利 用 物 料 衡 算 可 分 別 求 出 反 應(yīng) 物 A 生 成 R 及 S 的 瞬 間 選 擇 性 S S ,因而可 求出產(chǎn) 物 R 及 S 的收 率 y R ,y S , 求 得 A 轉(zhuǎn)化率 為 85% 時(shí)的分 率：0 0 02 33 3( 1 ) 0 . 0 6 4 5 31 22 1 . 2 8 8 1 0 0 . 0 6 4 5 3 2 1 . 6 6 2 3 1 0 /2 . 7 5 2 . 7 5 1 . 6 6 2 3 1 0 4 . 5 7 1 1 0 / . m i n = =+ += = = = = = A R S R A O y y y yy y y y y m o l lm m m o l lm m 0. 4 0. 4( 0. 4 0. 25 2. 1 ) 2. 750. 25 0. 25( 0. 4 0. 25 2. 1 ) 2. 750. 4 0. 85 0. 12362. 750. 25 0. 85 0. 077272. 75= =+ += =+ += = = 在 P t 催化劑 上進(jìn)行異丙 苯分解反應(yīng)：6 5 3 2 6 6 3 6( ） +C H C H C H C H C H H H H H H , B 及 R 分別表 示異丙苯， 苯及丙烯，反 應(yīng)步驟如下 ： （ 1 ） + A A（ 2 ） +A B R（ 3 ） +B 應(yīng)為速率 控制步驟， 試推導(dǎo)異丙苯 分解的速率 方程。解 ： 根據(jù) 速 率 控 制步 驟 及 定 態(tài)近 似 原 理 ，除 表 面 反應(yīng) 外 ， 其 它兩 步 達(dá) 到 平衡，描 述如下： + = =A A A K K + = A A R R r k + = =B B B K K 應(yīng)速率方 程來(lái)代表整 個(gè)反應(yīng)的速率 方程： = A A R Br k k + + =A B 入上 式得：, A B 1 + + =A A V B B V VK p K 11 = + +V A A B BK p K 入速 率方程中, , A B V ( ) /1 1 1 = =+ + + + + + A A R B B A B R A B B A A B B A A B p k p K p k p p p p K p K p K p K p K = = A P A Bk kK 在銀催 化劑上