化学反应动力学基础-§6光化学反应

化学反应动力学基础-§6光化学反应
化学反应动力学基础-§6光化学反应

●§6光化学反应( Photochemistry )

从能量的角度上看,光化学反应是研究光←→化学能之间相互转换的学科。

从方式的角度上看,光化学反应是研究光←→A激发态(←→B激发态)←→化学反应之间相互作用的学科。

一般来说,正向变化过程称为光化学反应,而逆向过程称为化学发光(Chemiluminescence)。

只有在光的作用下才能进行的化学反应称为光化学反应。在无光的情况下,这些反应基本上不能进行,或反应速率很小。

相对于光化学反应而言,其他平常的化学反应可称为热反应。

光化学是形成于20世纪60年代的化学和物理的交叉和边缘学科,它是研究激发态的产生、结构、特性以及物理和化学行为的一门新兴学科。

●§6.1光化学反应的特点( Characteristics Photochemistry )光化学反应与热反应的差别比较:

(1)吉布斯自由能变化的方向

热反应:封闭体系,等温等压、没有其他功的条件下

Δr G m (T, p)<0

电化学热反应:封闭体系,等温等压、有电功输入的条件下

Δr G m (T, p)>0 或 Δr G m (T, p) <0

光化学反应: Δr G m (T, p)>0 或 Δr G m (T, p) <0

叶绿素,h ν

6nCO 2+6nH 2O ————→(C 6H 12O 6)n +6nO 2

h ν

H 2+Br 2—→2HBr

(2) 活化能

对光化学反应:Ea ~30 kJ ·mol -1

)()10(T k T k +=1.1~2 对热反应:Ea ≈40~400 kJ ·mol -1 )

()10(T k T k +=2~4 热反应的活化能来源于分子碰撞,而光化学反应的活化能来源于吸收光子的能量。

光化学反应的活化能较低,可以在较温和的反应条件(常温常压)下进行。

(3) 选择性

光化学反应比热反应具有更高的选择性。

光的波长可以通过各种方法(如棱镜、光栅、激光)得到控制和调整,利用波长范围很窄的单色光,可以使混合物中某一组分物质激发到高能态,也可以使多原子分子中的某一个化学键得到能量而处于激发态。分子剪刀就是最理想的目标。

相对而言,热反应的选择性较低,不容易有效控制,有时反应速率与选择性之间不能兼顾。

§6.2光化学基本定律(Basic Laws of Photochemistry )

光化学第一定律:只有被分子吸收的光才能引起分子的光化学反应。

(Grotthus-Draper 定律)

光化学第二定律:在初级反应中,一个反应分子吸收一个光子而被活化。

(Stark-Einstein 定律)

例外:对高强度的激光、激发态分子寿命较长的情况不适用,普通光源的强度范围是1014~1018光子·s -1,而激光的强度范围是1026光子·s -1。

Lambert-Beer 光吸收定律: ln t

I I 0=∑κi dc i (∑εi l c i )

●§6.3量子产率( Quantum Yield )

●§6.4电子激发态(Excited State of Electron )

荧光(fluorescence)与磷光(phosphorescence)

●§6.5光化学反应动力学(Photochemical Reaction Kinetics )

与热反应比较,光化学反应的特点是光的初级过程,而次级过程与热反应相比没有多大不同。

光化学反应的初级过程的反应速率等于吸收的光强度Ia

●§6.6光化平衡和温度对光化学反应的影响

●§6.7感光反应和化学发光

(Photosensitization and Chemiluminscence)

有些物质不能直接吸收某种波长的光而进行光化学反应,即对光不敏感。但如果在体系中加入另外一种物质,它能吸收这样的光,然后把光能传递给反应物,使反应物发生作用,而本身在反应的前后并没有变化,则这样的外加物质就叫做感光剂(或光敏剂),有感光剂参与的光化学反应就叫做感光反应(或光敏反应photosensitization)

感光剂是一类重要的催化剂,是一些重要光化学反应的关键。

化学发光( chemiluminscence )是化学反应过程中发出的光,化学反应过程中产生了激发分子,当这些激发分子回到基态时放出了辐射,由于产生化学发光的温度一般在800K以下,故有时又称为冷光。

红外化学发光现象,在分子反应动态学研究中有重要的应

南京大学《物理化学》练习 第十章 化学动力学基础(一)

第十章化学动力学基础(一) 返回上一页 1. 298 K时N2O5(g)分解反应半衰期t1/2为5.7 h,此值与N2O5的起始浓度无关,试求: (1) 该反应的速率常数. (2) 作用完成90%时所须的时间. 2. 某人工放射性元素放出α粒子,半衰期为15 min ,试问该试样有80%分解,需时若干? 3. 把一定量的PH3(g)迅速引入温度为950 K的已抽空的容器中,待反应物达到该温度时开始计时(此时已有部分分解),测得实验数据如下: t/s 0 58 108 ∞ P/kPa 35.00 36.34 36.68 36.85 已知反应 4pH3(g) P4(g) + 6H2(g) 为一级反应,求该反应的速率常数k值(设在t=∞时反应基本完成) 4. 在某化学反应中随时检测物质A的含量,1小时后,发现A已作用了75%,试问2小时后A还剩余多少没有作用?若该反应对A 来说是: (1) 一级反应. (2) 二级反应(设A与另一反应物B起始浓度相同) (3) 零级反应(求A作用完所用时间) 5. 在298 K时, NaOH与CH3COOCH3皂化作用的速率常数k2与NaOH与CH3COOC2H5皂化作用的速率常数k2' 的关系为k2=2.8k2' .试问在相同的实验条件下,当有90% CH3COOCH3被分解时, CH3COOC2H5的分解百分数为若干?

6. 对反应2NO(g) +2H2(g)---> N2(g) +2H2O(l) 进行了研究,起始时NO与H2的物质的量相等.采用不同的起始压力相应的有不同的半衰期,实验数据为: p0 /kPa 47.20 45.40 38.40 33.46 26.93 t1/2/min 81 102 140 180 224 求该反应级数为若干? 7. 反应A+B P的动力学实验数据如下, [A]0/(mol·dm-3) 1.0 2.0 3.0 1.0 1.0 [B]0/(mol·dm-3) 1.0 1.0 1.0 2.0 3.0 r0/(mol·dm-3·s-1) 0.15 0.30 0.45 0.15 0.15 若该反应的速率方程为 ,求x和y的值. 8. 碳的放射性同位素在自然界树木中的分布基本保持为总碳量的 1.10×%.某考古队在一山洞中发现一些古代木头燃烧的灰烬,经分析的含 量为总碳量的9.87×%,已知的半衰期为5700年,试计算这灰距今约有多少年? 9. 某抗菌素在人体血液中呈现简单级数的反应,如果给病人在上午8点注射一针抗菌素,然后在不同时刻t测定抗菌素在血液中的浓度c(以mg/100 cm3表示),得到以下数据 t/h 4 8 12 16 c /(mg/100 cm3) 0.480 0.326 0.222 0.151 (1) 确定反应的级数. (2) 求反应的速率常数k和半衰期t1/2.

化学反应工程试题集

化学反应工程考试总结 一、填空题: 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础,其中“三传”是指质量传递、热量传递 和动量传递,“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同,但通常温度升高有利于活化能高 的反应的选择性,反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输入方法为脉冲示踪法 和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中,利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为 积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ,轴向扩散模型的唯一模 型参数为Pe(或Ez / uL)。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ,其无因次方差2θσ= 0 ,而全混流反应器的无因次方差2θσ= 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol? hr ),该反应为 2 级反应。 9.对于反应22 A B R +→,各物质反应速率之间的关系为(-r A):(-r B):r R=1:2:2 。 10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产物是中间产物的串联反 应。 11.某反应的计量方程为A R S →+,则其反应速率表达式不能确定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解,在67℃时转化50%需要30 min, 而 在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒,该反应的活化能为 3.46×105(J / mol ) 。 13.反应级数不可能(可能/不可能)大于3。 14.对于单一反应,在相同的处理量和最终转化率条件下,选择反应器时主要考虑反应器 的大小;而对于复合反应,选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率;15.完全混合反应器(全混流反应器)内物料的温度和浓度均一,并且等于 (大于/小于/等于)反应器出口物料的温度和浓度。

化学反应工程

1、平推流的F(t)~t和E(t)~t曲线有何特征?并画图说明。 答: 平推流的F(t)~t曲线特征:F(t)= 平推流的E(t)~t曲线特征:E(t)={ 2、理想吸附应符合哪些条件? 答:①均匀表面(理想表面):即催化剂表面各处的吸附能力是均一的,吸附热于表面已被吸附的程度如何无关②单分子层吸附③被吸附的分子间互不影响④吸附的机理均相同,吸附形成的络合物亦均相同⑤吸附与脱附可以建立动态平衡 3、测定停留时间分布需要借助示踪剂,示踪剂应满足哪些条件? 答:采用何种示踪剂,要根据物料的物态、相系及其反应器的类型等情况而定。 A不应与主流体发生反应 B与所研究的流体完全互溶,除了显著区别与主流体的某一可检测性质外,二者应具有尽可能相同的物理性质 C便于检测:本身应具有或者易于转变为电信号或者光信号的特点,并且浓度很低时也能够检测 D加入示踪剂不影响所研究流体的流动状态 E不被反应器表面及其反应器内部的固体填充物吸附,用于多相系统检测的失踪剂不发生相间的转移 4、什么是返混,简述返混对复合反应体系的影响。 答:返混是指不同停留时间的物料粒子间的混合,或者不同时间进入反应器的物料间的混合。 对平行反应:若主反应级数高于副反应级数,返混使主产物选择率下降,若主反应级数低于副反应级数,返混使主产物选择率提高。 对连串反应:返混使反应物浓度降低,产物浓度提高,因而使主产物的选择率下降。5、什么是反应器的热稳定性?全混釜稳定操作的必要条件是什么? 答:反应器的热稳定性是指当操作参数受外界干扰,偏离正常值,出现微小变化时,反应能否正常进行,当外界干扰取消时,操作状态能否自动恢复到规定的正常值。 全混釜稳定操作的必要条件:Q r=Q G dQ r∕dT>dQ G/dT 6、选择操作温度的一般原则是什么? 答:①反应的热效应不大,反应热较小,活化能较低,而且在相当广的温度范围内,反应的选择性变化很小,则可采用既不供热也不出去热量的绝热操作是最方便的,反应放出或吸收的热量由系统中物料本身温度的升高或者降低来平衡,这种操作温度的变化范围不应超过工艺上许可的范围。 ②对中等热效应的反应,一般先考虑采用绝热操作,因此绝热反应器结构简单,经济,但应对收率、操作费用、反应器大小方面全盘衡量,最后才确定采用绝热或变温的方式。若为液相反应,可采用具有夹套或者盘管的釜式反应器,以便控制在等温下操作。 ③对热效应较大的反应,要求在整个反应过程中同时进行有效地热交换。 ④对极为快速的反应,一般考虑采用绝热操作,或者利用溶剂的蒸发来控制温度。 7、平推流与全混流是流体在反应器中流动的两种极端模型,二者各有何特点?并进行比 较。

第二章 化学反应动力学基础(答案)

第二章 反应动力学基础 一、填空题 1. 生成主产物的反应称为 主反应 ,其它的均为 副反应 。 2. 化学反应的总级数为n ,如用浓度表示的速率常数为C K ,用逸度表示的速率常数f K ,则C K =n f K 。 3. 化学反应的总级数为n ,如用浓度表示的速率常数为C K ,用气体摩尔分率表示的速率常数y K , 则C K = n p RT ???? ?? y K 。 4. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-,用浓度表示的速率常数为C K ,假定符合理想气体状态方程,如用压力表示的速率常数P K ,则C K =____)()(βα+RT ___P K 。 5. 反应A + B → C ,已知115.0-=s k ,则反应级数n= 1 。 6. 反应3A → P ,已知s l mol k ?=/15.0,则反应级数n=___0____。 7. 活化能的大小直接反映了 反应速率 对温度的敏感程度。 8. 对于一非恒容均相化学反应B A B A αα?,反应组分A 的化学反应速率=-A r Vdt dn r A A -=- 。( V d t dn r A A -=-、 Vdt dn r B A -=-、dt dC r A A -=-、dt dC r B A -=-) 9. 气相反应A + B → 3P + S 进料时无惰性气体,A 与B 以1∶1摩尔比进料,则膨胀因子A δ=____2___。 10. 气相反应3A + B → P + S 进料时无惰性气体,A 与B 以2∶1摩尔比进料,则膨胀因子A δ=___-2/3____ 11. 在一间歇恒容反应器中进行如下平行反应12k k A P A S ??→??→,P 为目的产物,已知0A c 的单位为[]/mol L ,1k 的单位为1s -????,2k 的单位为[]/L mol s ?,活化能12E E >。则R A = )(221A A C k C k +- 。目的产物P 的瞬时选择性P S = 1212A A A k c k c k c + ,为了提高P S ,A c 要控制得较 低 ,T 要控制得较 高 。

光化学反应原理

光化学反应原理 光化学反应在环境中主要是受阳光的照射,污染物吸收光子而使该物质分子处于某个电子激发态,而引起与其它物质发生的化学反应。如光化学烟雾形成的起始反应是二氧化氮(NO2)在阳光照射下,吸收紫外线(波长2900~4300A)而分解为一氧化氮(NO)和原子态氧(O,三重态)的光化学反应,由此开始了链反应,导致了臭氧及与其它有机烃化合物的一系列反应而最终生成了光化学烟雾的有毒产物,如光氧乙酰硝酸酯(PAN)等。 光化学反应的发生必须具备的条件 当光照射在物体上时,会发生三种情况:反射、透过和吸收。在光化学中,只有被分子吸收的光才能引起光化学反应。因此,光化学反应的发生必须具备两个条件:一是光源,只有光源发出能为反应物分子所吸收的光,光化学反应才有可能进行。二是反应物分子必须对光敏感(与其分子的结构有关) 。即反应物分子能直接吸收光源发出的某种波长的光,被激发到较高的能级(激发态) ,从而进行光化学反应。例如:卤化银能吸收可见光谱里的短波辐射(绿光、紫光、紫外光) 而发生分解: 2AgBr=2Ag +Br2 这个反应是照像技术的基础。但卤化银却不受长波辐射(红光) 的影响。所以,暗室里可用红灯照明。由此也可看出,光化学反应的一个重要特点是它的选择性,反应物分子只有吸收了特定波长的光才能发生反应。需要注意的是,有些物质本身并不能直接吸收某种波长的光而进行光化学反应,即对光不敏感。但可以引入能吸收这种波长光的另外一种物质,使它变为激发态,然后再把光能传递给反应物,使反应物活化从而发生反应。这样的反应称为感光反应。能起这样作用的物质叫感光剂。例如:CO2 和H2O 都不能吸收日光,但植物中的叶绿素却能吸收这样波长的光,并使CO2 和H2O 合成碳水化合物: CO2 + H2O=16 n(C6H12O6) n + O2 叶绿素就是植物光合作用的感光剂。 光化学反应 物质在可见光或紫外线照射下吸收光能时发生的光化学反应。它可引起化合、分解、电离、氧化、还原等过程。主要有光合作用和光解作用两类。 光化学反应(二) 光化学反应可引起化合、分解、电离、氧化还原等过程。主要可分为两类:一类是光合作用,如绿色植物使二氧化碳和水在日光照射下,借植物叶绿素的帮助,吸收光能,合成碳水化合物。另一类是光分解作用,如高层大气中分子氧吸收紫外线分解为原子氧;染料在空气中的褪色,胶片的感光作用等。 光化学反应(一) 只有在光的作用下才能进行的化学反应,即反应物分子吸收光能以后引起的化学变化,称为 光化学反应,亦称光反应(photoreaction)。例如,二苯甲酮和异丙醇都很稳定,它们接触时不发生反应,但在光作用下,两者可以进行化学反应。

化学反应动力学习题

化学动力学基础(习题课) 1. 某金属的同位素进行β放射,经14d(1d=1天后,同位素的活性降低6.85%。求此同位素的蜕变常数和半衰期;要分解 90.0%,需经多长时间? 解:设反应开始时物质的质量为100%,14d后剩余未分解者为100%-6.85%,则 代入半衰期公式得 一、是非题 下列各题中的叙述是否正确?正确的选“√”,错误的选“×”。 √× 1.反应速率系数k A与反应物A的浓度有关。 √× 2.反应级数不可能为负值。 √× 3.对二级反应来说,反应物转化同一百分数时,若反应物的初始浓度愈低,则所需时间愈短。 √× 4.对同一反应,活化能一定,则反应的起始温度愈低,反应的速率系数对温度的变化愈 敏感。 √× 5. Arrhenius活化能的定义是。

√× 6.若反应A?Y,对A为零级,则A的半衰期。 二、选择题 选择正确答案的编号: 某反应,A → Y,其速率系数k A=6.93min-1,则该反应物A的浓度从1.0mol×dm-3变到0.5 mol×dm-3所需时间是: (A)0.2min;(B)0.1min;(C)1min;(D)以上答案均不正确。 某反应,A → Y,如果反应物A的浓度减少一半,它的半衰期也缩短一半,则该反应的级数 为: (A)零级;(B)一级;(C)二级;(D)以上答案均不正确。 三、填空题 在以下各小题的“ 1.某化学反应经证明是一级反应,它的速率系数在298K时是k=( 2.303/3600)s-1,c0=1mol×dm-3。 (A)该反应初始速率u0为 (B)该反应的半衰期t1/2 (C)设反应进行了1h,在这一时刻反应速率u1为 2.只有一种反应物的二级反应的半衰期与反应的初始浓度的关系为 3.反应A → B+D中,反应物A初始浓度c A,0=1mol×dm-3,初速度u A,0=0.01mol×dm-3×s-1,假定该反 应为二级,则其速度常数k A为t1/2为。 4.某反应的速率系数k=4.62′10-2min-1,则反应的半衰期为 5.反应活化能E a=250kJ×mol-1,反应温度从300K升高到310K时,速率系数k增加

第十一章 化学动力学基础(一)习题

化学动力学基础(一) 一、简答题 1.反应Pb(C 2H 5)4=Pb+4C 2H 5是否可能为基元反应?为什么? 2.某反应物消耗掉50%和75%时所需要的时间分别为t 1/2和 t 1/4,若反应对该反应物分别是一级、二级和三级,则t 1/2: t 1/4的比值分别是多少? 3.请总结零级反应、一级反应和二级反应各有哪些特征?平行反应、对峙反应和连续反应又有哪些特征? 4.从反应机理推导速率方程时通常有哪几种近似方法?各有什么适用条件? 5.某一反应进行完全所需时间时有限的,且等于k c 0(C 0为反应物起始浓度),则该反应是几级反应? 6. 质量作用定律对于总反应式为什么不一定正确? 7. 根据质量作用定律写出下列基元反应速率表达式: (1)A+B→2P (2)2A+B→2P (3)A+2B→P+2s (4)2Cl 2+M→Cl 2+M 8.典型复杂反应的动力学特征如何? 9.什么是链反应?有哪几种? 10.如何解释支链反应引起爆炸的高界限和低界限? 11.催化剂加速化学反应的原因是什么? 二、证明题 1、某环氧烷受热分解,反应机理如下: 稳定产物?→??+?+??→??++??→??? +??→?432134 33k k k k CH R CH R CH RH CO CH R H R RH

证明反应速率方程为()()RH kc dt CH dc =4 2、证明对理想气体系统的n 级简单反应,其速率常数()n c p RT k k -=1。 三、计算题 1、反应2222SO Cl SO +Cl →为一级气相反应,320℃时512.210s k --=?。问在320℃ 加热90min ,22SO Cl 的分解百分数为若干?[答案:11.20%] 2、某二级反应A+B C →初速度为133105---???s dm mol ,两反应物的初浓度皆为 32.0-?dm mol ,求k 。[答案:11325.1---??=s mol dm k ] 3、781K 时22H +I 2HI →,反应的速率常数3-1-1HI 80.2dm mol s k =??,求2H k 。[答 案:113min 1.41---??=mol dm k ] 4、双光气分解反应32ClCOOCCl (g)2COCl (g)→可以进行完全,将反应物置于密 闭恒容容器中,保持280℃,于不同时间测得总压p 如下: [答案: 1.1581a =≈;-14-12.112h 5.8710s k -==?] 5、有正逆反应均为一级反应的对峙反应: D-R 1R 2R 32L-R 1R 2R 3CBr 已知半衰期均为10min ,今从D-R 1R 2R 3CBr 的物质的量为1.0mol 开始,试计算10min 之后,可得L-R 1R 2R 3CBr 若干?[答案:0.375mol] 6、在某温度时,一级反应A →B ,反应速率为0.10mol ·dm -3·s -1时A 的转化率 为75%,已知A 的初始浓度为0.50mol ·dm -3,求(1)起始反应初速率;(2)速率常数。[答案:r 0=0.40s -1 ; k = 0.80 dm 3·mol -1·s -1 ] 7、在某温度时,对于反应A+B →P ,当反应物初始浓度为0.446和0.166mol ·dm -3 时,测 得反应的半衰期分别为4.80和12.90min ,求反应级数。[答案:2] 8、某二级反应,已知两种反应物初始浓度均为0.1mol ·dm -3,反应15min 后变

化学反应工程复习题 (1)

第一章 绪论 1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。(化学反应的工程问题) 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学,既以_______作为研究对象,又以_______为研究对象的学科体系。(化学反应、工程问题) 3. _______是化学反应工程的基础。( 三传一反) 4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。(分批式操作、连续式操作、半分批式) 5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。(传质、传热、动量传递) 6. 不论是设计、放大或控制,都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达个参数间的关系,简称_______。(数学模型) 7. 在建立数学模型时,根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。(累积量=输入量-输出量) 第二章 均相反应动力学 1. 均相反应是指_。(参与反应的物质均处于同一相) 2. aA + bB pP + sS 对于反应,则=P r _______)(A r -。(a p ) 3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。( 00 K K K K n n n -=χ) 4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时,这种反应称为_______,否则称为_______。(等分子反应、非等分子反应) 5. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-,用浓度表示的速率常数为C K ,假定符合理想气体状态方程,如用压力表示的速率常数P K ,则C K =_______P K 。()()(βα+RT ) 6. 化学反应的总级数为n ,如用浓度表示的速率常数为C K ,用逸度表示的速率常数f K ,则 C K =_______f K 。(n RT )() 7. 化学反应的总级数为n ,如用浓度表示的速率常数为C K ,用气体摩尔分率表示的速率常数y K ,则 C K =_______y K 。(n p RT ???? ??) 10. 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。(反应速率) 12.生成主产物的反应称为_______,其它的均为_______。(主反应、副反应) 13. 平行反应A P(主) S(副)均为一级不可逆反应,若主E >副E ,选择性S p 与_______无关,仅是_______

化学反应工程总结

、绪论 1. 研究对象是工业反应过程或工业反应器 研究目的是实现工业反应过程的优化 2. 决策变量:反应器结构、操作方式、工艺条件 3. 优化指标一一技术指标:反应速率、选择性、能耗 掌握转化率、收率与选择性的概念 4. 工程思维方法 1. 反应类型:简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应 基本特征、分析判断 2. 化学反应速率的工程表示 3. 工业反应动力学规律可表示为: r i f c (G ) f T (T ) a )浓度效应——n 工程意义是:反应速率对浓度变化的敏感程 度。 b )温度效应——E 工程意义是:反应速率对温度变化的敏感程 度。 E ---- cal/mol , j/mol T ----- K R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K 化学反应动力学 反应速率= 反应量 (反应时间)(反应 已知两个温度下的反应速率常数 k , 可以按下式计算活化能 工程问题 动力学问题

三、PFR与CSTR基本方程 1.理想间歇:t V R V o c Af dC A CA0( J ) x Af dx A XA0( J ) 2.理想PFR V R V o C Af dc A C A0 ( J) C A0 x Af dx A x A 0(「A) 3. CSTR 4. 图解法 V R C A0 C A C A0X A T /C A0 0 X Af X A 四、简单反应的计算 n=1,0,2级反应特征C A C A0(1 X A)浓度、转化率、反应时间关系式 基本关系式PFR(间歇)CSTR V R C Af dC A V R C A0 C A p V。C A0 (:)m v (「A) PFF H CSTR CSTR>PFR C A0X A k p C A0 X A k p n=0 n=1 n=2 C A0 kC A . 11 k p 丁 C A C A0 k p 1吒C A0

化学反应动力学基础(一)-学生

5202 反应 2O 3→ 3O 2的速率方程为 - d[O 3]/d t = k [O 3]2[O 2]-1 , 或者 d[O 2]/d t = k '[O 3]2[O 2]-1,则速率常数 k 和 k ' 的关系是: ( ) (A) 2k = 3k ' (B) k = k ' (C) 3k = 2k ' (D) -k /2 = k '/3 5203 气相反应 A + 2B ─→ 2C ,A 和 B 的初始压力分别为 p A 和 p B ,反应开始时 并无 C ,若 p 为体系的总压力,当时间为 t 时,A 的分压为: ( ) (A) p A - p B (B) p - 2p A (C) p - p B (D) 2(p - p A ) - p B 5204 对于反应 2NO 2= 2NO + O 2,当选用不同的反应物和产物来表示反应速率时,其相互关系为:( ) (A) -2d[NO 2]/d t = 2d[NO]/d t = d[O 2]/d t (B) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = d ξ /d t (C) - d[NO 2]/d t = d[NO]/d t = d[O 2]/d t (D) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = 1/V d ξ /d t 5207 气相基元反应 2A k 1 B 在一恒容的容器中进行,p 0为 A 的初始压力, p t 为时间 t 时反应 体系总压,此反应速率方程 d p t / d t = 。 - k (2p t - p 0)2 5208 有一反应 mA → nB 是一简单反应,其动力学方程为 -d c A / d t = kc A m , c A 的单位为 mol ·dm -3, 时间单位为 s ,则: (1) k 的单位为 ___________ mol 1- m ·dm 3( m -1)·s -1 (2) 以d c B /d t 表达的反应速率方程和题中给的速率方程关系为 B A A A 1d 1d 'd d m m c c k c k c n t m t m =-== 5209 反应 2N 2O 5─→ 4NO 2+ O 2 在328 K 时,O 2(g)的生成速率为0.75×10-4 mol ·dm -3·s -1。 如其间任一中间物浓度极低, 难以测出, 则该反应的总包反应速率为 _______________mol ·dm -3·s -1, N 2O 5之消耗速率为__________ mol ·dm -3·s -1,NO 2之生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1 。0.75×10-4, 1.50×10-4, 3.00×10-4 5210 O 3分解反应为 2O 3─→3O 2 ,在一定温度下, 2.0 dm 3容器中反应。实验测出O 3每秒消耗1.50×10-2 mol, 则反应速率为_______________mol ·dm -3·s -1氧的生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1, d ξ /d t 为_______________ 0.75×10-2, 2.25×10-2, 1.50×10-2.。 5211 2A +B =2C 已知反应某一瞬间, r A =12.72 mol ·dm -3·h -1, 则 r B = , r C =_____________r B =6.36 mol ·dm -3·h -1, r C =12.72mol ·dm -3·h -1 5212分别用反应物和生成物表示反应A +3B =2C 的反应速率, 并写出它们间关系为: 。r A = 13r B =1 2 r C 5222 有关基元反应的描述在下列诸说法中哪一个是不正确的: ( ) (A) 基元反应的级数一定是整数 (B) 基元反应是“态-态”反应的统计平均结果 (C) 基元反应进行时无中间产物,一步完成 (D) 基元反应不一定符合质量作用定律 5223 400 K 时,某气相反应的速率常数k p = 10-3(kPa)-1·s -1,如速率常数用 k C 表示,则 k C 应为: (A) 3.326 (mol ·dm -3)-1·s -1 k C = k p (RT ) (B) 3.0×10-4 (mol ·dm -3)-1·s -1 (C) 3326 (mol ·dm -3)-1·s -1 (D) 3.0×10-7 (mol ·dm -3)-1·s -1 5224 如果反应 2A + B = 2D 的速率可表示为:

《化学反应工程》试题和答案基础部分

《化学反应工程》试题库 一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和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-输出二累 积_____________ 。 3. 着眼组分A 转化率X A的定义式为 X A=( n A—n A)/ _____________ 。 4. 总反应级数不可能大于£—。 5. 反应速率-r A=kC A C B的单位为kmol/(m3? h).速率常数k的因次为 nV(kmol ? h ) 。 6. 反应速率-r A=kC A的单位为kmol/kg ? h.速率常数k的因次为mVkg ? h 。 7. 反应速率.kc A/2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lnk 10000 102.其活化能为 T 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10 5倍。 10. 某反应在450C时的反应速率是400C时的10倍.则该反应的活化 能为(设浓度不变)mol 。 11. 非等分子反应2SO+Q==2SQ的膨胀因子sq等于________ 。 12. 非等分子反应N2+3H2==2NH的膨胀因子H2等于-2/3 。 13. 反应N b+3H2==2NH中(& )= 1/3 (仏)二1/2 扁3 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G°. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 C A0(1-X A)n . 转化率为1-(1- X A”。 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C A0. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 匚些.转化率为nxA—。 1 (n 1)X A 1 (n 1)X A 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S的定义为(n P-g)/ (n s- n s0)

化学工程的发展与展望

化学工程的发展与展望 化学工程的发展与展 化学工程是将化学过程和物理过程的基础理论研究与工业化学相结合的学科,不仅是一门具有百年历史的成熟基础学科,也是充满朝气、与时俱进的学科。 1 化学工程的兴起 几千年来过滤、蒸发、结晶等操作在生产中被广泛的应用,但在相当长的时期里,这些操作都是规模很小的手工作业。化学工程这一学科,是在 19 世纪后期随着大规模制造化学工业产品的生产过程的发展而诞生的。 19 世纪70 年代,各种基础化学品的生产等都有了相当的规模,化学工业有了许多杰出的成就。如索尔维法制碱中所用的纯碱碳化塔,高 20 余米,在其中同时进行化学吸收 、结晶、沉降等过程,但是人们还没有从其中找出共有的规律。1880 年,“化学工程” 第一次被英国学者 George E.Davis 正式提出,1888 年,美国麻省理工学院开设了第一个以“化学工程”命名的课程,标志着化学工程学科的诞生。1915 年,本文由论文联盟https://www.360docs.net/doc/c113427957.html, 收集整理美国学者 Arthur D. Little 提出了“单元操作”,将各种化学品的工业生产工艺分解为若干独立的物理操作单元,并阐明了即使是不同的工艺,只要是相同操作单元就遵循的相同原理。 1920 年,在美国麻省理工学院,化学工程从化学系分离出来,成为一个独立的系。1923 年华克尔、刘易斯和 W.H.麦克亚共同写的《化工原理》一书出版,奠定了化学工程作为一门独立的工程学科的基础。 2化学工程的发展 2.120 世纪前叶,化学工程二级学科应运而生 在20 世纪前叶,化学工程学科的发展促进了许多化学工艺的问世,如美国用丙烯合成出异丙醇,被誉为是石油化工的开端。这些化学工艺的出现,许多化学工程二级学科应运而生。 化学热力学,化学反应工程,传递过程,化工系统工程,化工控制工程等多个二级学科相继诞生。 2.220 世纪50~60 年代,化学工程完成了从单元操作到

化学反应工程基本概念

第一章 1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题)的科学。 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3. 化学反应器的数学模型包括 (动力学方程式、 物料横算式子、 热量衡算式、 动量衡算式 和 参数计算式) 4. 所谓控制体积是指 (能把反应速率视作定值的最大空间范围)。 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为 ( 分布参数模型)。 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为 (非定态模型)。 7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 (累积量=输入量-输出量)。 第二章 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 2. 对于反应aA + bB → pP + sS ,则r P =( p/a )r A 。 3.着眼反应物A 的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A 的量/反应开始的物料A 的量)。 4. 产物P 的收率ΦP 与得率ХP 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 5. 化学反应速率式为r A =k C C A αC B β,用浓度表示的速率常数为k C ,假定符合理想气体状态方 程,如用压力表示的速率常数k P ,则k C =[ (RT)的a+B 次方]k P 。 6.对反应aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为 (P+S )-(A+B))/A 。 7.膨胀率的物理意义为 (反应物A 全部转化后系统的体积变化率)。 8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率) 对温度变化的敏感程度。 9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率) 对浓度变化的敏感程度。 10.对复合反应,生成主产物的反应称为 (主反应),其它的均为(副反应)。 11. 平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应,若E 1>E 2,选择性S p 与 (A 的浓度) 无关,仅是 (A 的浓度) 的函数。 12. 如果平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应,若E 1>E 2,提高选择性S P 应(提到 温度)。 13. 一级连串反应A → P → S 在平推流反应器中,为提高目的产物P 的收率,应(降 低)k 2/k 1。 14. 产物P 的收率的定义式为 (生成的全部P 的物质的量/反应掉的全部A 的物质的量) 15. 产物P 的瞬时收率φP 的定义式为(生成的物质的量/反应的A 的物质的量) 16. 产物P 的选择性S P 的定义式为(单位时间内产物P 的物质的量/单位时间内生成产物S 的物质的量) 17. 由A 和B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B = αS S ,速率方程为: r A =-dC A /dt=kC A C b 。 求: (1)当C A0/C B0=αA /αB 时的积分式 (2)当C A0/C B0=λ≠αA /αB 时的积分式 18. 反应A → B 为n 级不可逆反应。已知在300K 时要使A 的转化率达到20%需12.6min ,而在340K 时达到同样的转化率仅需3.20min ,求该反应的活化能E 。 第三章 1. 理想反应器是指(理想混合反应器 平推流反应器)。 2. 全混流反应器的空时τ是 (反应器容积) 与(进料的体积流量)之比。 3. 全混流反应器的放热速率Q G ={ 00()A A Hr Ft y x ? }。 4. 全混流反应器的移热速率Q r ={ 012()pm Ft C T T - } 5. 全混流反应器的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = }。 6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = G r dQ dQ dT dT > }。

化学反应工程考试题

化学反应工程考试题

第一章 绪论 1.“三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指__反应动力学__。 2.“三传一反”是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是_______。 “三传”指的是质量传递、流量传递、动量传递 3. 一级连串反应在全混流釜式反应器中,则目的 产物P 的最大浓度_____、 _ _。 4. 一级连串反应在平推流反应器中,则目的产物 P 的最大浓度__、 ____。 5. 一级连串反应在间歇式全混流反应器中,则目 的产物P 的最大浓度_ 、 _。 6. 一级连串反应在平推流反应器中,为提高目的 产物P 的收率,应__降低__。 7. 化学反应速率式为 ,如用浓度表示的速率常数为, 用压力表示的速率常数为,则=__D__。 A. B. C. D. 8.反应,,则反应级数n=__B___。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 9.反应A + B → C ,已知,则反应级数n=___B____。 A S K 1 K 2 P =max ,P C 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A = opt τ2 11K K A S K 1 K 2 P =max ,P C 1 22 )(2 10K K K A K K C -= opt t 1 221) /ln(K K K K -A S K 1 K 2 P =max ,P C 1 22 )(2 10K K K A K K C -=opt t 1 221)/ln(K K K K -A S K 1 K 2 P 12/k k β αB A C A C C K r =-C K P K P K C K β α+-)(RT ) ()(βα+RT ) ()(βα-RT )()(βα+-RT C 4H 2C 2H 4 + H 2 1 0.2-=s k 1 15.0-=s k

化学反应动力学基础-学生整理版

5202 反应 2O 3→ 3O 2的速率方程为 - d[O 3]/d t = k [O 3]2[O 2]-1 , 或者 d[O 2]/d t = k '[O 3]2[O 2]-1,则速率常数 k 和 k ' 的关系是: ( ) (A) 2k = 3k ' (B) k = k ' (C) 3k = 2k ' (D) -k /2 = k '/3 5203 气相反应 A + 2B ─→ 2C ,A 和 B 的初始压力分别为 p A 和 p B ,反应开始时 并无 C ,若 p 为体系的总压力,当时间为 t 时,A 的分压为: ( ) (A) p A - p B (B) p - 2p A (C) p - p B (D) 2(p - p A ) - p B 5204 对于反应 2NO 2= 2NO + O 2,当选用不同的反应物和产物来表示反应速率时,其相互关系为:( ) (A) -2d[NO 2]/d t = 2d[NO]/d t = d[O 2]/d t (B) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = d ξ /d t (C) - d[NO 2]/d t = d[NO]/d t = d[O 2]/d t (D) - d[NO 2]/2d t = d[NO]/2d t = d[O 2]/d t = 1/V d ξ /d t 5207 气相基元反应 2A k 1 B 在一恒容的容器中进行,p 0为 A 的初始压力, p t 为时间 t 时反应 体系总压,此反应速率方程 d p t / d t = 。 - k (2p t - p 0)2 5208 有一反应 mA → nB 是一简单反应,其动力学方程为 -d c A / d t = kc A m , c A 的单位为 mol ·dm -3, 时间单位为 s ,则: (1) k 的单位为 ___________ mol 1- m ·dm 3( m -1)·s -1 (2) 以d c B /d t 表达的反应速率方程和题中给的速率方程关系为 B A A A 1d 1d 'd d m m c c k c k c n t m t m =-== 5209 反应 2N 2O 5─→ 4NO 2+ O 2 在328 K 时,O 2(g)的生成速率为0.75×10-4 mol ·dm -3·s -1。 如 其间任一中间物浓度极低, 难以测出, 则该反应的总包反应速率为 _______________mol ·dm -3·s -1, N 2O 5 之消耗速率为__________ mol ·dm -3·s -1,NO 2之生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1 。0.75×10-4, 1.50×10-4, 3.00×10-4 5210 O 3分解反应为 2O 3─→3O 2 ,在一定温度下, 2.0 dm 3容器中反应。实验测出O 3每秒消耗1.50× 10-2 mol, 则反应速率为_______________mol ·dm -3·s -1氧的生成速率为_______________mol ·dm -3·s -1, d ξ /d t 为_______________ 0.75×10-2, 2.25×10-2, 1.50×10-2.。 5211 2A +B =2C 已知反应某一瞬间, r A =12.72 mol ·dm -3·h -1, 则 r B = , r C =_____________r B =6.36 mol ·dm -3·h -1, r C =12.72mol ·dm -3·h -1 5212分别用反应物和生成物表示反应A +3B =2C 的反应速率, 并写出它们间关系为: 。 r A =13r B =12 r C 5222 有关基元反应的描述在下列诸说法中哪一个是不正确的: ( ) (A) 基元反应的级数一定是整数 (B) 基元反应是“态-态”反应的统计平均结果 (C) 基元反应进行时无中间产物,一步完成 (D) 基元反应不一定符合质量作用定律 5223 400 K 时,某气相反应的速率常数k p = 10-3(kPa)-1·s -1,如速率常数用 k C 表示,则 k C 应为: (A) 3.326 (mol ·dm -3)-1·s -1 k C = k p (RT ) (B) 3.0×10-4 (mol ·dm -3)-1·s -1 (C) 3326 (mol ·dm -3)-1·s -1 (D) 3.0×10-7 (mol ·dm -3)-1·s -1 5224 如果反应 2A + B = 2D 的速率可表示为:

化学反应工程知识点1~3讲义

知识点1.绪论 一、主要讲解内容 介绍化学反应工程相关的基本知识,包括化学反应工程的定义、化学反应工程学科的发展、化学反应工程的任务、化学反应工程和其他学科的关系。 二、学习要求 本章要求学生能够掌握化学反应工程的定义,明确化学反应工程的任务。 三、视频(已录制完成) 四、讲义 1.1化学反应工程的定义 在工业规模上开发和应用化学反应的工程活动。 1.2化学反应工程学科的发展 自然界的物质的运动或变化过程由物理或化学的两类,物理过程不牵涉化学反应,但化学过程却总是与物理因素有着紧密联系。所以化学反应过程是物理与化学两类因素综合体。 远溯古代,陶瓷制作、酿酒等工艺,但直到本世纪五十年代一直还未形成一门专门研究的独立学科,到1957年举行的第一次欧洲反应工程会议上确立了这一学科的名称。 1.3 化学反应工程的任务 化学反应工程学是一门研究化学反应的工程问题的科学,既以化学反应作为研究对象,又以工程问题为研究对象,把二者结合起来的学科体系。其主要任务包括:分析化学反应的特点、确定合适的反应条件;选择合适的反应器并对其进行最优化设计;对反应器进行最优操作和控制。 1.4 化学反应工程和其他学科的关系 a. 数学,微积分、方程的解析求解和数值求解、极值问题等,均是化学反应工程问题求解的基础。 b. 反应动力学:专门阐明学反应速率与各项物理因素(如温度、压力、催化剂等)之间的定量关系。为实现某一反应,要选定合易的条件及反应器的结构型式、尺寸和处

理能力等,这些都依赖于对反应动力学特性的认识。 c. 化工热力学:确定物系的各种物性常数(热容、研所引资、反应热等),看化学反应是否能进行及其反应程度。为化学反应工程提供反应热、反应平衡常数等基础数据。 d. 催化作用 e. 传递工程和流体力学:装置中有动量、热量、质量传递(三传),当规模放大时,出现放大效应。“三传一反”是三传和反应动力学。 五、小结 本章介绍了化学反应工程的定义、学科的发展、任务极其与数学、化工热力学、催化作用及传递工程等学科之间的密切关系。 六、自测题 1.三传一反是指动量传递、热量传递、质量传递和反应动力学。

相关文档
最新文档