《化学反应工程》试题及答案
《化学反应工程》试题 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 3. 着眼组分 A 转化率 xA的定义式为 xA=(nA0-nA)/nA0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-rA=kCACB的单位为 kmol/m3·h，速率常数 k 的因次为 m3/kmol·h 。 6. 反应速率-rA=kCA的单位为 kmol/kg·h，速率常数 k 的因次为 m3/kg·h 。 7. 反应速率 2/1 AA kCr 的单位为 mol/L·s，速率常数 k 的因次为 (mol)1/2·L-1/2·s 。 8. 反应速率常数 k 与温度 T 的关系为 2 .10 10000 lg T k ， 其活化能为 83.14kJ/mol 。 9. 某反应在 500K 时的反应速率常数 k 是 400K 时的 103倍，则 600K 时的反应速率常数 k 时是 400K 时的 105 倍。 10. 某反应在 450℃时的反应速率是 400℃时的 10 倍，则该反应的活化能为（设浓度不变） 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反应 2SO2+O2==2SO3的膨胀因子 2 SO 等于 -0.5 。 12. 非等分子反应 N2+3H2==2NH3的膨胀因子 2 H 等于 –2/3 。 13. 反应 N2+3H2==2NH3中（ 2 N r）= 1/3 （ 2 H r）= 1/2 3 NH r 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为 CA0，转化率为 xA，当反 应器体积增大到 n 倍时，反应物 A 的出口浓度为 CA0(1-xA)n ，转化率为 1-(1-xA)n 。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为 CA0，转化率为 xA，当反 应器体积增大到 n 倍时，反应物 A 的出口浓度为 A A xn x ) 1(1 1 ，转化率为 A A xn nx ) 1(1 。 16. 反应活化能 E 越 大 ，反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 18. 某平行反应主副产物分别为 P 和 S，选择性 SP的定义为 (nP-nP0)/ (nS-nS0) 。 19. 某反应目的产物和着眼组分分别为 P 和 A 其收率ΦP的定义为 (nP-nP0)/ (nA0-nA) 。 20. 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化，存在最大的反应速率 。 21. 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 定态近似法 。 22. 对于连续操作系统，定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。 23. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。 24. 平推流反应器的返混为 0 ；全混流反应器的返混为 ∞ 。 25. 空时的定义为 反应器体积与进口体积流量之比 。 26. 针对着眼组分 A 的全混流反应器的设计方程为 A A A r x F V 0 。 27. 不考虑辅助时间， 对反应级数大于 0 的反应， 分批式完全混合反应器优于全混流反应器。 28. 反应级数0 时，多个全混流反应器串联的反应效果 优于全混流反应器。 29. 反应级数0 时，平推流反应器的反应效果 优于 全混流反应器。 31. 反应级数E2，应如何选择操作温度？ 27. 试采用脉冲示踪法推导全混流反应器的停留时间分布函数和分布密度函数。 28. 试采用阶跃示踪法推导全混流反应器的停留时间分布函数和分布密度函数。 29. 画出平推流反应器、全混流反应器、平推流和全混流反应器串联及全混流和平推流反应 器串联的停留时间分布密度函数 E(t)和分布函数 F(t) 30. F(θ)和 E(θ)分别为闭式流动反应器的无因次停留时间分布函数和停留时间分布密度函 数。 （1）若反应器为平推流反应器，试求： (a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2) （2）若反应器为全混流反应器，试求： (a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2) （3）若反应器为一非理想反应器，试求： (a)F(∞)；(b)E(∞)；(c)F(0)；(d)E(0)；(e) 0 )()(dE ；(f) 0 )()(dE 31. 丁烯在某催化剂上反应的到丁二烯的总反应为 C4H8(A)== C4H6(B)+ H2(C) 假设反应按如下步骤进行： A+σAσ AσBσ+C BσB+σ 假定符合均匀吸附模型，试分别推导动力学方程： （1） A 吸附控制； （2） B 脱附控制； （3） 表面反应控制。 32. 乙炔与氯化氢在 HgCl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应 C2H2 (A) + HCl (B)== C2H3Cl (C) 其动力学方程式可有如下几种形式： （1） 2)1/()/( CCBBAACBA pKpKpKKpppkr （2） )1/( BBAABAA pKpKppkKr （3） )1/( CCBBBAB pKpKppkKr 试分别列出反应机理和控制步骤 33. 气固相催化反应：A+B==C，其反应机理如下： A+σAσ B+σBσ Aσ+B Cσ CσC+σ 假定符合 Langmuir 均匀吸附模型，试分别推导动力学方程： （1） A 吸附控制； （2） C 脱附控制； （3） 表面反应控制。 34. 在气固相催化剂表面进行下列气相可逆反应： A+B==R 其反应机理为： A+σ1＝Aσ1 B+σ2＝Bσ2 Aσ1+ Bσ2→Rσ1+σ2 (速率控制步骤) Rσ1＝R+σ1 试用 Langmuir 均匀吸附模型导出该反应的本征动力学方程。 35. 某气固相催化反应：A==R，其动力学方程式为 )1/( RRAAAAA pKpKpkKr （以催化剂质量为基准） 试导出平推流式的等温积分反应器中转化率 xA与 W/FA0的关系式 36. 试列出气固相催化反应通常所经历的步骤，并区分动力学控制和传递控制。 37. 试叙述气固相催化反应中 Thiel 模数φs和有效系数η的物理意义；对于本征动力学的测 定应如何消除内外扩散的影响。 38. 某非催化气固相反应：A(g)+2B(s)==R(g)+S(s)，假定固体反应物为球型颗粒，若过程为 气膜扩散控制，试采用缩核模型推导其动力学方程（t 与 xB的关系） 。提示：气膜扩散方程： )( 1 ASAGG A R CCk dt dn S ；nB=ρmVc= mc r 3 3 4 39. 某非催化气固相反应：A(g)+2B(s)==R(g)+S(s)，假定固体反应物为球型颗粒，若过程为 非反应核表面反应控制，试采用缩核模型推导其动力学方程（t 与 xB的关系） 。提示：表面 反应： A
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