发布时间 : 星期六 文章化学反应工程习题答案 - 图文更新完毕开始阅读ee688ea9284ac850ad0242b2
rA?kCACB?2?3.609?10?4?4.331?10?5?3.126?10?6mol/l.sRC?rC?3.126?10?6mol/l.s2.13在473K等温及常压下进行气相反应：
（1）A?3R rR?1.2CAmol/l?min （2）A?2S rS?0.5CAmol/l?min
（3）A?T rT?2.1CAmol/l?min
式中CA为反应物A的浓度（mol/l），原料中A和惰性气体各为一半（体积比），试求当A的转化率达85%时，其转化速率是多少？ 解：方法（1），先求出总摩尔变化数?A。
首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率：
1rAR?rR?0.4CA31rAS?rS?0.25CA2rAT?rT?2.1CA
总反应速率为：
以一摩尔反应物A为基准，总摩尔变化数为：
RA?rAR?rAS?rAT?2.75CA
?A?初始浓度为：
0.40.252.1?3??2??1?0.3822.752.752.75
P0yA00.1013?0.5?2??1.288?10mol/l?3RT8.314?10?473
CA0?则有
CA0(1?XA)1.288?10?2?0.15CA???1.6625?10?3mol/l1??AyA0XA1?0.5?0.38?0.85方法（2），可将CA表示为：
RA?2.75CA?2.75?1.6625?10?3?4.572?10?3mol/l.min CA0(1?XA)CA?1?yA0??AjXAj?AR??AS?AT3?1?212?1??11?0
方法（3），利用物料衡算可分别求出反应物A生成R及S的瞬间选择性SR,SS,因而可求出产物R及S的收率yR,yS,求得A转化率为85%时的分率：
0.40.25?0.85?1??0.85?0.32452.752.751.288?10?2?0.15CA??1.6623?10?3mol/l1?0.3245?0.5RA?2.75CA?2.75?1.6623?10?3?4.571?10?3mol/l.min
??AjXAj?2?yA?yA0(1?yR?yS?yT)?0.064531?2yA0yR?yA0ySCA?2CAOyA?1.288?10?2?0.06453?2?1.6623?10?3mol/lRA?2.75CA?2.75?1.6623?10?3?4.571?10?3mol/l.min其中：
SR?0.4CA0.4?(0.4?0.25?2.1)CA2.750.25CA0.25SS??(0.4?0.25?2.1)CA2.750.4?0.85?0.12362.750.25yS??0.85?0.077272.75yR?
2.14在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应：
以A,B及R分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：
（1）A???A? （2）A??B??R
（3）B??B??
若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。
解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应外，其它两步达到平衡，描述如下：
C6H5CH(CH3）2?C6H6?C3H6
A???A?A??B??RKA?pA?VB??B????rA?k?A?kpR?B
?A?rA?k?A?kpR?B
p?KB?BV?B?KBpB?V??A?KApA?V?B以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程：
由于?A??B??V?1 将?A,?B代入上式得：
KApA?V?KBpB?V??V?1
整理得：
1?KApA?KBpB
将?A,?B,?V代入速率方程中
??kKApAkpRKBpBk(pA?pBpR)/KPrA???1?KApA?KBpB1?KApA?KBpB1?KApA?KBpB
其中
???k?kKAKP?kKA/kKB
2.15在银催化剂上进行乙烯氧化反应：
?V?12C2H4?O2?2C2H4O
化作2(A)?(B2)?2(R) 其反应步骤可表示如下：
（1）A???A? （2）B2?2??2B? （3）A??B??R???
（4）R??R??
若是第三步是速率控制步骤，试推导其动力学方程。
解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应步骤外，其余近似达到平衡，写出相应的覆盖率表达式：
(1)A???A??A?KApA?V 整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示： 根据总覆盖率为1的原则，则有： 或 整理得：
(2)B2?2??2B??B?KBpB?V (4)R??R???R?KRpR?V ??rA?k?A?B?k?R?V
?A??B??R??V?1
KApA?V?KBpB?V?KRpR?V??V?1
1?V?KApA?KBpB?KRpR
将?A,?B,?R,?V代入反应速率方程，得：
??22rA?kKApAKBpB?V?kpRKR?V?其中
k(pApB?pR/K(1?KApA?KBpB?KRpR)2 ?K?k/kKR
2.16设有反应A?B?D，其反应步骤表示如下：
（1）A???A? （2）A??B??D （3）B??B??
?k?kKAKB若（1）速率控制步骤，试推导其动力学方程。
解：先写出各步的速率式：
(1)A???A?(2)A??B??D(3)B??B??r1?kaApA?V?kdA?Ar2?kS?Ar3?kdB?B?kaBpA?V
由于（1）是速率控制步骤，第（2）步是不可逆反应，其反应速率应等于（1）的吸附速率，故有： 整理得：
kaApA?V?kdA?A?kS?A
?A?根据定态近似原则
kaApA?VkS?kdA
d?B?kS?A?kdB?B?kaApA?V?0dtkSkaApAkdB?B?kS?A?kaApA?V?(?kaBpB)?VkS?kaAkSkaApA?kaBpB)?V/kdBkS?kaA因为?A??B??V?1
?B?(
将?A,?B代入上式，化简后得：
?V?1?1kaApA?KBpBkS?kdA
最后将?A,?V代入吸附速率式，即为该反应的动力学方程式。
kaApA?kdAr1?1?kaApAkS?kdAkaApA?KBpBkS?kdA?kSkaApAkS?kdA?kaApA?(kS?kdA)KBpB