工程化学2

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第2章 化学热力学初步习题解答

1.计算下列系统的热力学能变化:

(1)系统吸收了100J 热量,并且系统对环境做了540J 功。 (2)系统放出了100J 热量,并且环境对系统做了635J 功。 【解】热力学第一定律的计算。

(1)J 440J 540J 100-=-=+=?W Q U

(2)J 535J 635J 100=+-=+=?W Q U

2.2.0molH 2(设为理想气体)在恒温(298K )下,经过下列三种途径,从始态0.015m 3膨胀到终态0.040m 3,求各途径中气体所做的功。

(1)自始态反抗100kPa 的外压到终态;

(2)自始态反抗200kPa 的外压到中间状态,然后再反抗100kPa 的外压到终态; (3)自始态可逆地膨胀到终态。

【解】这是不同途径的体积功计算,比较可知,可逆膨胀所做的体积功最大。 (1)()kJ 5.2015.0040.01001=-?-=??-=V p W

(2)()()222022

222V V p V V p W W W '-''?''--''-=''+'=,关键是确定中间态在2p '下的体积2V ': 311220.025m L 8.24kPa

200K

298)K mol L kPa (315.8mol 0.2≈=?????=''='--p nRT V

()()kJ 5.3025.0040.0100015.0025.02002-=-?--?-=W

(3) 4.9kJ J 4861015

.0040

.0ln

298315.80.2ln 12321≈=??-=-=-=?V V nRT pdV W V V

3.在θ

p 和885℃下,分解1.0mol 3CaCO 需耗热量165kJ 。试计算此过程的W 、U ?和H ?。

3CaCO 的分解反应式为:(s)

CaCO 3(g)CO CaO(s)2+。

【解】该题是热力学第一定律的应用,熟悉W 、U ?和H ?的关系。

(s)CaCO 3(g)CO CaO(s)2+

m f mol kJ /-??H ―120.69 ―635.1 ―393.5

系统的标准摩尔焓变:1

θ

m r mol kJ 3.1781206.9][393.5]635.1[-?=----=?H 系统对环境做功:kJ 6.9115810315.80.13

-=???-=?-=?-=-nRT V p W

等压热效应就是反应的焓变:kJ 165==?Q H

内能变化值:kJ 4.1556.9165=-=+=?W Q U

4.已知下列3个反应的焓变(标准态下),求反应 (g)H 2C(s)2+(g)CH 4的θ

m

r H ?。 (1)

(g)O C(s)2+(g)CO 2,1θ1r mol kJ 5.393-?-=?H

(2) (g)O (g)H 2

221+O(l)H 2,1θ2r mol kJ 9.285-?-=?H

(3)

(g)O 2(g)CH 24+O(l)2H (g)CO 22+,1θ3r mol kJ 0.890-?-=?H

【解】该题是盖斯定律的应用。由(1)+2×(2)-(3),可推导出要求的反应式,故有:

1θ3r θ2r θ1r θ

m r mol kJ 3.75)0.890()9.285(25.3932-?-=---?+-=?-?+?=?H H H H

5.利用附录二的数据,计算下列反应在298K 时的θ

m r H ?。 【解】该题目的是学习计算给定化学反应的焓变的方法。

(1) (g)O PbS(s)2

23+(g)SO PbO(s)2+

m f mol kJ / 8.962 192 0 100-??---H

m r mol kJ 8.4110]2

3001[]8.962192[-?-=?+----=?H

(2)(g)O 5(g)4NH 23+O(l)6H 4NO(g)2+

m f mol kJ / 8.285 0.49 0 11.46-??--H

1θm r mol kJ 8.11680]5)11.46([4])8.285(64.904[-?-=?+-?--?+?=?H

(3))aq (H 2(s)CaCO 3+

+O(l)H (g)CO (aq)Ca 222+++

m f mol kJ / 285.8 5.393 542.7 0 9.1206-??----H

1θm r mol kJ 1.150]29.1206[285.8]393.5542.7[-?-=?+-----=?H

(4) )aq (Br AgCl(s)-

+(aq)Cl AgBr(s)-+

m f mol kJ / 2.167 001 121 1.127-??----H

1θm r mol kJ 1.19]1211.127[]2.671001[-?-=-----=?H

6.阿波罗登月火箭用N 2H 4(l)作燃料,用N 2O 4(g)作氧化剂,燃烧后产生N 2(g)和H 2O(l)。写出配平

的化学方程式,并计算1kg N 2H 4(l)燃烧后的θ

m r H ?。

【解】其化学方程式为:)

g (O N (l)H 2N 4242+O(l)4H (g)6N 22+

m f mol kJ /-??H 50.6 9.16 0 -285.8

m r mol kJ 56.12539.16]50.62[)]8.285(406[-?-=+?--?+?=?H

19.6MJ kJ 19587mol

32.0g 1000g 2mol 1253.56kJ )kg 1(1

θ

m r -=-=??-=?-H

7.已知下面两个热化学方程式,试求NO 的标准生成焓。 (1))g (O 5(g)4NH 23+1θ1r 2mol kJ 8.1168O(l)6H 4NO(g)-?-=?+H , (2))

g (O 3(g)4NH 23+1θ1r 22mol kJ 4.1530O(l)6H (g)2N -?-=?+H ,

【解】该题考查盖斯定律的应用。先理解“生成焓”,然后再加上“标准态下”的生成焓,就是“标准生成焓”,注意生成物是1mol ,不是1mol 要换算成1mol 。

由(1)-(2)得: )g (O 2(g)2N 22+θ2r θ1r 4NO(g)H H ?-?,

两边同除以4得:)g (O (g)N 2

22121+)( NO(g)θ

2r θ1r 4

1H H ?-?, 则NO 的标准生成焓:1θ

2r θ1r θ

m f mol kJ 4.90)4.15308.118(4

1)(41-?=+-=?-?=?H H H

9.预言下列过程系统的的符号:

(1)水变成水蒸气;

答:0>?S ,正。水由液态变成水蒸气,混乱度增加。 (2)气体等温膨胀;

答:0>?S ,正。气体等温膨胀,体积增大使气体分子的混乱度增加。 (3)苯与甲苯相溶;

答:0>?S ,正。苯与甲苯相溶,两种分子的混乱度都增大。 (4)盐从过饱和水溶液中结晶出来;

答:0

答:0>?S ,正。渗透溶液由于渗透作用使体积变大,电解质浓度变小,混乱度增加。 (6)固体表面吸附气体。

答:0

10.不查表,预测下列反应的熵值是增加还是减小? (1))g (O )g (2CO 2+(g)2CO 2

(2))

g (2O 3(g)3O 2

(3))g (2NH 3(g)H 3)g (N 22+

(4)(g)

Cl )s (2Na 2+2NaCl(s)

(5)(g)

I )g (H 22+2HI(g)

【解】该题考查化学反应熵变的一般规律(参考教材P33~P34).

(1)熵值减小。全是气体参与的反应,始态到终态气体的总量减小:mol 1)12(2-=+-=?n (2)熵值增加。主要是气体的总量增加:m ol 123=-=?n ,O 3变成O 2熵值减小,但作用次要。 (3)熵值增加。主要是气体的总量增加:mol 22)31(=-+=?n 。

(4)熵值减小。反应中气体变成化合物固体的成分,气体总量减小:m ol 110-=-=?n (5)熵值减小。反应前后气体体积总量不变,但两个单质变成化合物,属于熵值减小过程。

11.计算下列过程中系统的熵变。已知NaCl 的熔化热θ

m fus S ?=34.4kJ·mol -1;O 2的汽化热为θm vap S ? =6.82 kJ·mol -1。(下角标:fus :fusion ,熔化;vap :vaporization ,汽化)

(1)1molNaCl 在其熔点804℃下熔融。已知NaCl 的熔化热为34.41

mol kJ -?。 【解】熔点的温度就是由非自发向自发方向转化的温度。

11

m fus K J 9.31K

)804273(mol J 104.34mol 1mol 1--?=+???=??=?T H S

(2)2mol 液态O 2在其沸点-183℃下汽化。已知O 2的汽化热为40.61

mol kJ -?。 【解】11

m

vap K J 152K

)183273(mol J 1082.6mol 2mol 2--?=-???=??

=?T

H S

12.水在0℃的熔化热是6.021mol kJ -?,它在100℃的汽化热是40.61

mol kJ -?。1mol 水在熔化和

汽化时的熵变各是多少?为什么θm vap S ?>θ

m fus S ??

【解】水在0℃的熔化和100℃的汽化,都是其两相状态共存的平衡过程,即0=?-?=?S T H G 。

(1)1mol 水在熔化时的熵变:111

m

vap θm

vap K mol J 1.22K 273mol J 1002.6---??=??=?=?T H S (2)1mol 水在汽化时的熵变:1113θ

m fus θ

m fus K mol J 8.108K

373mol J 106.40---??=??=?=?T H S

比较上述结果,θm vap S ?>θ

m fus S ?。因为气态水比液体水混乱度大得多,所以熵变值大;而液体水

比固态水混乱度稍大一些,其熵变值相对来说就小一些。

13.1mol 水在其沸点100℃下汽化,求该过程的W ,Q ,U ?,S ?和G ?。水的汽化热为2.261

g kJ -?。

【解】水的汽化过程式:)

l (O H 2O(g)H 2

kJ 1.337310315.813-=???-=?-=?-=-nRT V p W

kJ 68.4018g g kJ 26.21=??=?=-H Q 37.58kJ 1.30.684=-=+=?W Q U

111

m r K mol 09J 1K

)100273(mol J 100.684---??=+??=?=?T H S

由于是平衡状态,所以:0=?-?=?S T H G

14.利用附录二的数据,判断下列反应在25℃和标准态下能否自发进行?[第(4)题为第16题] (1))g (CO (s)Ca(OH)22+O(l)H (s)CaCO 23+

(2)O(s)

2H CaSO 24?O(l)2H )s (CaSO 24+ (3))

g (CO PbO(s)+(g)CO Pb(s)2+ (4)(aq)

OH 2(aq)Ca 2-

++(s)Ca(OH)2 【解】该题考查吉布斯自由能的应用,反应的自由能变的正负性,是判断能否进行的依据。

(1)1

θm r mol kJ 8.74]4.3948.896[]2.3721128.8[-?-=-----=?G (2)1

θ

m r mol kJ 7.0]1797[]2.23729.3211[-?=--?--=?G (3)1

θm r mol kJ 2.69]2.137188[]4.3940[-?-=----=?G

(4)1

θm r mol kJ 7.28])3.157(25.553[]8.896[-?-=-?+---=?G 从计算结果可知,(2)式不能自发进行,(1)(3)(4)均可自发进行。

15.下列说法是否正确?若不正确应如何改正? (1)放热反应都能自发进行。

答:错,放热反应不一定都自发进行,只有0

答:错,熵值变大的反应不一定都自发进行,只有0

答:错,在标准状态下成立,但在非标准状态下,只有G r ?<0时反应才会自发进行。 (4)指定单质规定它的0θm f =?H ,0θm f =?G ,0θ

m =S 。

答:错,指定单质的0θ

m ≠S ,规定只有在0K 时,纯物质的完整晶体的熵值才等于0。 (5)生成物的分子数比反应物多,该反应的θ

m r S ?必是正值。

答:错,对于有气体参与的反应,气体生成物的分子数比反应物多,则θ

m r S ?必是正值。

17.已知下列三个反应及其焓变,问在标准状态下哪些反应在任何温度下都能自发进行?哪些只在高温或只在低温下自发进行?

(1))g (O (g)N 22+1θ

m r mol kJ 1812NO(g)-?=?H ,

(2))g (Cl Mg(s)2+1θ

m r 2mol kJ 642(s)MgCl -?-=?H ,

(3))

s (S (g)H 2+1θ

m r 2mol kJ 20S(g)H -?-=?H ,

【解】提示:判定反应是否自发进行的判据是G ?的正负性,依据θ

m r θm r θm r S T H G ??-?=?计算。 (1)1

θ

m r K mol J 23)03.205192()2102(-??=+-?=?S ,要使θ

m r G ?<0,则必须

010231813<-??-T ,即K 7870>T ,在高温下反应自发进行。

(2)1θm r K mol J 166)2237.32(62.89-??-=+-=?S ,要使θ

m r G ?<0,则必须

0)10166(6423<-?-?--T ,即K 3868

(3)1θm r K mol J 6.43)8.316.130(206-??=+-=?S ,01043203

θm r <-??--=?T G

无论在任何温度下上式都成立,即反应在任何温度下都能自发进行。

18.CO 是汽车尾气的主要污染源,有人设想以加热分解的方法来消除它,试从热力学角度判断该法能否实现:

)g (CO (g)O C(s)221+

【解】1

θm f mol kJ /-??H -110.5 0 0

11θ

m K mol J /--??S 197.6 5.73 205.3

1

θm r mol kJ 5.110)5.110()00(21-?=--?+=?H

11θm r K mol J 36.896.197)03.20573.5(21--??-=-?+=?S

由于θm r H ?>0,θm r S ?<0,所以在如何温度下θ

m r G ?>0,反应不能自发进行,上述设想不现实。

19.蔗糖在新陈代谢过程中所发生的总反应可写成如下式,假定有25%的反应热转化为有用功,

试计算体重为65kg 的人登上3000m 高的山,需消耗多少蔗糖?已知θ

m f H ?(C 12H 22O 11)=-2222kJ·mol -1。

(g)

O 12(s)O H C 2112212+O(l)H 11(g)12CO 22+

【解】方法提要:

(1)先求1mol 蔗糖在人体内消化后放出的能量θ

m r H ?

(g)O 12(s)O H C 2112212+O(l)H 11(g)12CO 22+

m f mol kJ / 8.582 5.393 0 2222-??---H

1θm r mol kJ 8.56430]122222[285.8]115.93312[-?-=?+--?-?-=?H

(2)然后计算体重65kg 的人登上3000m 高山需要的能量:

kJ 1911m 3000s m 8.9kg 652=???==-mgh E

(3)最后求需要多少蔗糖

112212O H C 的相对分子质量1mol g 342-?=M ,需要的蔗糖质量为:

g 463342%258.56431911

%

25θ

m r =??=???=M H E W

20.如果想在标准压力下将CaCO 3分解为CaO 和CO 2,试估计进行这个反应的最低温度。

【解】 (s)CaCO 3(g)CO CaO(s)2+

m f mol kJ /-??H ―120.69 ―635.1 ―393.5 11θm K mol J /--??S 92.9 39.7 213.6

1θm r mol kJ 3.1781206.9][393.5]635.1[-?=----=?H

11θ

m r K mol J 4.1609.92)6.2137.39(--??=-+=?S

要使反应自发进行,则必须使:θ

m r θm r θm r S T H G ??-?=?<0,

即:K 1112104.1603

.1783

θ

m r θ

m r =?=??>-S H T

21.利用附录二的数据,判断下列反应:OH(g)

H C 52O(g)H (g)H C 242+

(1)在25℃下能否自发进行?

(2)在360℃下能否自发进行?

(3)求该反应能自发进行的最低温度。

【解】查表,将各物质的热化学数据列于热化学方程式的下方:

OH(g)H C 52O(g)H (g)H C 242+

6

.228 68.2 6.168 mol /kJ 188.7 219.4 282 K mol /J 8.142 52.3 3.235 mol /kJ 1θ

m f 11θm 1θ

m f --????--??----G S H

(1)在298K 下,可用两种方法计算0mol

kJ 2.81

θm r >?=?-G ,反应非自发进行。

1θm r mol kJ 8.45]3.235[241.8]2.35[-?=---=?H 11θm r K mol J 1.126282]7.88119.42[--??=-+=?S

定义式法:1

θm r mol kJ 2.8]6.168[228.6]8.26[-?=---=?G (仅限298K 时) 标准熵法:13

θm r θm r θm r mol kJ 2.810

1.1262988.45--?=??-=??-?=?S T H G

(2)在K 633360273=+=T 下,计算0θ

m r

(3)要使反应自发进行,必须使:0θ

m r θ

m r θ

m r

即:0101.1268.453

T

22.利用附录二的数据,估算乙醇和溴的沸点。

【解】提示:这是两个物质聚集状态发生变化的过程,采用标准熵法进行估算。 (1)估算乙醇的沸点

OH(l)H C 52OH(g)H C 52

282

161 K mol /J 3

.235 6.772 mol /kJ 11θm 1θ

m f ---??--??S H

1θm r mol kJ 3.42)6.277(3.235-?=---=?H ;11θ

m r K mol J 121161282--??=-=?S

T ≥

K 350101213

.423

=?- (2)估算乙醇的沸点

(l)Br 2(g)Br 2

245.35

152.2 K mol /J 0.91

3 0 mol /kJ 11θm 1θ

m f ---????S H

1θm r mol kJ 91.30091.30-?=-=?H ;11θ

m r K mol J 15.932.15235.245--??=-=?S

T ≥

K 3321015.9391

.303

=?-

23.O H 5CuSO 24?遇热首先失去5个结晶水,如果继续升高温度,4CuSO 还会分解为CuO 和

3SO 。试用热力学原理估算这两步的分解温度。

【解】提示,根据标准熵法,求转化温度。

(1)求O H 5CuSO 24?遇热失去结晶水的最低温度

O(s)H 5CuSO 24?O(g)H 5(s)CuSO 24+

188.7

109 003 K mol /J 8

.142 771.5 2321 mol /kJ 11θ

m 1θ

m f ---??---??S H 1θm r mol kJ 5.340]2321[241.8]5771.5[-?=--?--=?H 11θm r K mol J 5.752300]7.8815109[--??=-?+=?S 0105.7525.3403θm r θm r θm r

则:K 5.45210

5.7525

.3403

=?>-T (2)求4CuSO 遇高温分解的最低温度:

(s)

CuSO 4(g)SO CuO(s)3+ 256.6

42.7 109 K mol /J 395.7

157 771.5 mol /kJ 11θ

m 1θ

m f ---??---??S H 1θm r mol kJ 8.218]5.771[]1577.953[-?=----=?H 11θm r K mol J 3.190109]6.2567.42[--??=-+=?S

K 1150103.1908

.2183

=?>-T

24.含结晶水的盐暴露在大气中逐渐失去结晶水的过程称为风化。试判断: (1)在298K 和标准态下 O 10H SO Na 242?是否会风化?

(2)在298K 和空气相对湿度为60%时, O 10H SO Na 242?是否会风化?

O 10H SO Na 242?的风化过程可用如下反应式来表示:

O(s)10H SO Na 242?O(g)10H (s)SO Na 242+

已知: O(s)10H SO Na 242?的1θm f mol kJ 3644-?-=?G ;42SO Na 的1

θm f mol kJ 1267-?-=?G 。

【解】标准态下直接计算m r G ?,非标准状态下采用范托夫等温方程计算m r G ?,然后进行判断。

查表,将各物质的热化学数据列于热化学方程式的下方:

O(s)10H SO Na 242?O(g)10H (s)SO Na 242+

6.282 1267 6443 mol kJ /1θ

m f ---??-G

(1)在标准状态下:1

θm r mol kJ 91]3644[228.6]101267[-?=--?--=?G 。由于m r G ?>0,反应不能正向进行,所以不会风化。

(2)查教材表1-1(第1章的第4页)知298K 时水蒸气的饱和蒸汽压为:3.17kPa ,水蒸气相对湿度60%时的蒸气压为:kPa 902.1%6017.3)O H (2=?=p 。在非标准状态下:

1

10

310

θ2θm r m r mol kJ 2.7100902.1ln 10315.891)O H (ln --?-=??? ???+=?

??

? ??+?=?p p RT G G 由于m r G ?<0,反应正向进行,所以会风化。

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。

化学反应工程第二版课后答案

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t c r d d A A - =-,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 (2)A+2B →C (3)2A+2B →C A+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 解

(1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22B A 1B C 22 B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程,即(?r A )=k P p A p B 2 ,求k P =?(假定气体为理想气体) 解 ()3 -1-363111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T

2020年考研专业解读:化学工程专业

2020年考研专业解读:化学工程专业 一、专业介绍 化学工程是化学工程与技术一级学科所属的一个二级学科,属工 科门类。 1、研究方向 当前,各大院校与化学工程专业相关的研究方向都略有不同的侧 重点。以大连理工大学的化学工程为例,其专业所包含的研究方向有:(01)多相流与界面传递现象 (02)过程强化与节能技术 (03)过程系统工程 (04)干燥与粉粒体工程 (05)分离过程与技术 (06)电化学工程 2、培养目标 培养化学工程领域工程型、应用型、复合型高层次工程技术人才。 要求掌握化学工程领域扎实的基础理论和宽广的专业知识,掌握 解决化学工程问题的先进技术方法和现代化技术手段,熟悉化学工程 领域的现状和发展趋势,具有实行化学工程领域技术开发的水平和严谨、求实、创新的学风,具备独立担负化学工程领域技术或工程管理 的工作水平。掌握一门外语,能够熟练阅读本领域的科技资料与文献。 3、专业特色 该学科具有明确和稳定的研究方向,作为化学工程与技术一级学 科下属的二级学科之一,化学工程又与"化学工艺""生物化工""应用化

学"和"工业催化"等学科相互贯通和渗透,研究内容涉及国防、化工、 生物、能源和制药等领域的基础理论和应用问题,很多研究领域处于 国际前沿,已经形成了一个彼此渗透、相互依赖、相互促动的有机整体。 4、研究生入学考试科目: 初试科目: ① 101思想政治理论 ② 201英语一 ③ 302数学二 ④ 884物理化学及物理化学实验 ⑤ 886化工原理及化工原理实验 ④⑤选一 (注:以上仍以大连理工大学为例,各院校在考试科目中有所不同) 二、推荐院校 化学工程硕士全国招生较强的单位有天津大学、清华大学、浙江 大学、华东理工大学、华南理工大学、南京工业大学、北京化工大学、四川大学、大连理工大学、中国石油大学、上海交通大学 三、相同一级学科下的其他相关专业 化学工艺、生物化工、应用化学、工业催化 四、课程设置(以中国石油大学(华东)为例) 主要课程名称:自然辩证法*、科学社会主义理论与实践、基础外 语(含听、说、读、写)、数学物理方法、矩阵理论、数值分析、化方

化学反应工程期末考试真题

化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体,CO 与2H 以1∶2摩尔比进料, 则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中,则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P (目的)→R + S ,目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时,该反应的反应级数n___B__。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副),其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降,则最适合的反应器为 ____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n >0的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ,3 0/30.2m kmol C A =, 出口转化率 7.0=A x ,每批操作时间 h t t 06.20=+,装置的生产能力为50000 kg 产物R/天,R M =60,则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B , s l mol C r A A ?=-/01.0,当l mol C A /10=时,求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行,使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。

化学反应工程第二章

第二章均相反应动力学基础 均相反应均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。 在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的,要求: ①必须是均相体系 (微观条件) ②强烈的混合手段 (宏观条件) ③反应速率远小于分子扩散速度 一、计量方程 反应物计量系数为负,生成物计量系数为正。 计量方程表示物质量之间关系,与实际反应历程无关; 计量系数只有一个公因子; 用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应,反之称为复合反应。 二、化学反应速率 单位时间、单位反应容积内组分的物质的量(摩尔数)的变化称之为该组分的反应速率。 反应物: 生成物: 对于反应 三、化学反应速率方程 r 是反应物系的组成、温度和压力的函数。 3 2223NH H N =+032223=--N H NH A A A dn r Vd d t C dt =- =-R R R dn r Vdt dC dt == A B S R A B S R αααα+=+S A B R A B S R r r r r αααα= = = A A A B r [k (T)][f( C ,C ,)] =

有两类;双曲函数型和幂函数型。 k-化学反应速率常数; a(b)-反应级数。 (1)反应级数 (i) 反应级数与反应机理无直接的关系,也不等于各组份的计量系数; (ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度; (iii) 反应级数是由实验获得的经验值,只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。 (2)反应速率常数k [k]: s -1 ·(mol/m 3)1-n E :是活化能,把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。 E 愈大,通常所需的反应温度亦愈高,反应速率对温度就愈敏感。 k 0 —指前因子,其单位与反应速率常数相同; E — 化学反应的活化能,J/mol ; R — 气体常数,8.314J/(mol .K)。 a b A A B r kC C =2 2 2 0.5 12H Br HBr HBr Br k c c r c k c = + exp[]E k k RT =-01 ln ln E k k R T =-? lnk 1/T

0817化学工程与技术一级学科简介

0817化学工程与技术一级学科简介 一级学科(中文)名称:化学工程与技术 (英文)名称:Chemical Engineering and Technology 一、学科概况 化学加工过程可追溯到古代的炼丹、冶炼、造纸、染色、医药和火药等化学加工方法。现代化学工程与技术是19世纪末为适应化学品大规模生产的需要,在工业化学的基础上逐步形成的一门工程技术学科。1880年,“化学工程”概念首次被英国学者George E. Davis 正式提出。1888年,美国学者Lewis M. Norton在美国麻省理工学院(MIT)开设了第一个以“化学工程”命名的学士学位课程,标志化学工程学科的诞生。 1901年,第一部化工手册(George E. Davis)问世,孕育了“单元操作”思想。1915年,美国学者Arthur D. Little正式提出了“单元操作”概念,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”,并阐明了不同工艺间相同操作“单元”所遵循的相同原理,实现了化学工程学科发展的第一次质的飞跃。1935年,美国学者P. H. Groggins将此概念延伸至化学反应过程,提出了“有机合成中的单元过程”。此后,化学工程与技术学科的研究方向逐渐丰富,单元操作原理和化学反应理论共同促进了应用化学和化学工艺的迅速发展,工业催化也应运而生,第二次世界大战中对抗生素产业的巨大需求催生了生物化工。

1950年代后期,美国学者R. B. Bird等把相关物理和数学理论引入“单元操作”,将所有单元操作归纳为质量、热量和动量的传递过程,并阐明了传递过程基本原理。随后,传递过程原理与化学反应相结合,确定了化学反应工程的学科范畴和研究方法。传递过程原理和化学反应工程(“三传一反”)理论的发展,完成了学科由“单元操作”向“三传一反”过渡的第二次飞跃。 此后,迅速发展的计算机技术为学科发展提供了强有力的支撑,并逐步形成了数学模型化的过程系统工程方法论,为解决学科复杂工程问题奠定了坚实的理论基础。20世纪90年代后期,学科研究向更短和更长时间尺度延伸,跨越纳观尺度、微观尺度、介观尺度、宏观尺度和兆观尺度,逐步进入“多尺度、多目标”研究发展新阶段。 21世纪以来,生命科学、信息科学、材料科学和复杂性科学以及测试技术的发展为化学工程与技术学科提供了强有力的研究手段和新的发展机遇。学科间的交叉与融合,使得化学工程与技术学科服务的经济领域日益扩大,研究的范围不但覆盖了整个化学与石油化学工业,而且渗透到能源、环境、生物、材料、制药、冶金、轻工、公共卫生、信息等工业及技术领域,成为实现能源、资源、环境及社会可持续发展的重要保证,在资源的深度和精密加工、资源和能源的洁净与优化利用以及环境污染的治理过程中发挥了不可替代的关键作用,并且支撑了生物工程和新材料等新兴技术领域的快速发展。 二、学科内涵 (1)研究对象: 化学工程与技术是研究化学工业及其他相关过程工业(如石油炼制工业、冶金工业、食品工业、印染工业、制药工业等)中所进行的物质与能量转化、改变物质组成、性质和状态及其所用设备的设计、操作和优化的共同规律和关键技术的一门工程技术学科。其核心内涵

最新化学反应工程基本概念

第一章 1 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 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3 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、4 热量衡算式、动量衡算式和参数计算式) 5 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)。6 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为(分布参数模型)。 7 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为(非定态模型)。 8 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 9 量)。 10 第二章 11 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 12 2. 对于反应aA + bB → pP + sS,则r P =( p/a )r A 。 13 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14 始的物料A的量)。 15 4. 产物P的收率Φ P 与得率Х P 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 16 17 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 18 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 。 19 6.对反应aA + bB → pP + sS的膨胀因子的定义式为(P+S)-(A+B))/A 。 20

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)。 21 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。 22 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。 23 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)。 24 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 25 S p 与 (A的浓度)无关,仅是 (A的浓度) 的函数。 26 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 27 高选择性S P 应(提到温度)。 28 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29 率,应(降低)k 2/k 1 。 30 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 31 的物质的量) 32 15. 产物P的瞬时收率φ P 的定义式为(生成的物质的量/反应的A的物质的量) 33 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 34 间内生成产物S的物质的量) 35 17. 由A和B进行均相二级不可逆反应α A A+α B B = α S S,速率方程为: 36 r A =-dC A /dt=kC A C b 。 37 求:(1)当C A0/C B0 =α A /α B 时的积分式 38 (2)当C A0/C B0 =λ≠α A /α B 时的积分式 39

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

27060 化学反应工程 南京工业大学编(高纲号0322) Ⅰ课程性质、地位和任务 “化学反应工程”是化学工程学科的一个分支,是化学工程与工艺专业学生必修的一门专业基础技术课程。它以工业反应过程为主要研究对象,研究反应过程速率及其变化规律;研究反应器内的传递特性及其对化学反应的影响。为学生今后从事化工反应技术开发、反应器的设计与放大、反应过程操作优化等诸方面工作奠定基础。 本课程在学生学习了“高等数学”、“大学物理”、“化学”、“物理化学”、“化工原理”等课程基础上进行。课程总学时为100,即5学分。 通过本课程的学习,学生应比较牢固地掌握化学反应工程的基本原理和计算方法,应能联系化工实际,在反应工程理论的指导下,对反应过程和反应器进行初步的分析和设计计算。 Ⅱ自学考试要求 第一章绪论 (一)主要内容 1.化学反应工程的研究内容 2.化学反应工程的研究方法 3.化学反应工程的学科系统的编排 (二)自学考试要求 1.化学反应工程的研究内容 理解化学反应工程学是研究化学反应的工程问题的科学;传递过程(即反应器内的动量、热量和质量传递,简称“三传”)与反应动力学是构成化学反应工程最基本的两个支柱等说法的含义。理解化学反应工程学与相关学科的联系,化学反应工程本身的专门范畴。 2.化学反应工程的研究方法 理解化学反应工程的基本研究方法是数学模型法,数学模型的主要内容及其相互关系, 了解数学模拟放大法的大体步骤。 3.化学反应工程的学科系统和编排 理解按反应操作方式、反应器型式、和化学反应相态进行分类的方法;本课程编排的原 则和方法。 绪论部分在初次学习时,只能做到大体了解、待全部内容学习完毕后,应重新学习绪论, 才能做到理解。 第二章均相反应的动力学基础

化学反应工程测试2答案

1. 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。 2. 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 。 3. 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 。 4. 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2 θσ= 0 , 而全混流反应器的无因次方差2 θσ= 1 。 5. 平推流管式反应器t <t 时,F (t )=_______。(0) 全混流反应器其E (θ)曲线的方差=2 θσ_______。(1) 6. 工业催化剂所必备的三个主要条件是:_______、_______、_______。(活性好、选择性高、寿命长) 7. 气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的,而化学吸附是靠_______结合的。(范德华力、化学键力) 8. 气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的,而化学吸附是_______分子层的。(多、单) 9. 对于气—固相催化反应,要测定真实的反应速率,必须首先排除_______和_______的影响。(内扩散、外扩散) 10. 测定气固相催化速率检验外扩散影响时,可以同时改变_______和_______,但保持 0A F W 不变。(催化剂装量、进料流量) 11. 测定气固相催化速率检验内扩散影响时,可改变催化剂的_______,在恒定的0A F W 下测_______,看二者的变化关系。[粒度(直径p d )、转化率] 12. 下列不属于Langmuir 型等温吸附的假定的是_______。(B ) A. 均匀表面 B. 多分子层吸附 C. 分子间无作用 D. 吸附机理相同 13. 下列属于理想吸附等温方程的是_______。(A ) A. Langmuir 型 B. Freundlich 型 C. Temkin 型 D. BET 型

《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)

化学工程与技术

《化学工程与技术》硕士研究生培养方案 学科门类:工学 一级学科名称:化学工程与技术学科代码:0817 二级学科名称:化学工程学科代码:081701 化学工艺学科代码:081702 工业催化学科代码:081705 学科专业点介绍 本学科包含化学工程、化学工艺、工业催化等二级学科。1981年获化学工程工学硕士学位授予权,1984年获得化学工程博士学位授予权,2000年获得化学工程与技术一级学科博士学位授予权。2001年化学工程被评为全国重点学科。在2003年教育部评估中心组织的全国一级学科评估中,本一级学科在化学工程与技术学科中排名全国第六。2005年,化学工程与技术博士后流动站被评为全国优秀博士后流动站。本学科现有中国科学院院士1人,长江学者特聘教授1人,国家杰出青年基金获得者1人,博士生导师26人,教授32人,副教授36人。本学科设有化学工程研究所、化工资源有效利用国家重点实验室(建设)、教育部超重力工程研究中心、教育部纳米材料先进制备技术与应用科学重点实验室、北京市生物加工过程重点实验室。主要研究领域包括化学反应工程、化工热力学、传质与分离工程、化工流体力学与传热、化工系统工程、工业催化、节能技术与资源综合利用、化工工艺分析与设计等。研究工作强调基础研究、应用基础研究与应用开发相结合,近年来承担了国家973子项目、863计划项目、国家自然科学基金及其他重大科研项目150余项,科研到款1.5亿元,获国家技术发明及科技进步二等奖4项,获省部级奖励20余项。本学科国际合作及国际学术交流十分活跃,多次主办或承办国际、国内学术会议,有多名国际著名学者担任本专业的名誉及兼职教授。每年选派同学赴国外进行合作培养或合作研究。 一、培养目标

化学工程与化学工艺的区别

化学工程:是研究化学相关领域“共性”的理论,具有一般普遍的适用性,偏理论些,比较宏观; 化学工艺:是研究化学相关领域“个性”的理论,具有特殊的应用性,偏应用些,比较微观。 化学工程主要研究工程化问题,例如反应器的设计,过程的优化,各种过程的放大。化学工程以过程为研究对象,以系统的优化为主要要就目的,主要内容为各个单元操作和反应过程的优化和过程的优化。比较大的研究方向包括精馏过程,萃取过程,结晶,色谱等等。 化学工艺以产品为核心,研究的主要内容是制备和分离产品的各种条件,目的在于研究制备产品时所需的条件。化学工艺研究的内容十分庞杂。 由于化学工业目前发展十分迅速,化学工程和工艺二者既有区别又紧密结合。举一个例子,例如裂解石油气制备乙烯这个工程。化学工艺主要研究制备乙烯的最佳的反应压力,反应温度,对于进料组成的要求等等。而当这些工艺条件确定以后,剩下的工作主要由化学工程这一学科来进行,例如反应器的尺寸设计,停留时间设计,空气压缩机的选择,管道的设计,等等 比如说某工厂新上一个化工项目,这个项目刚在实验室的小试的时候,这个研究阶段,我们都可以认为是在做化学工艺方面的研究,化学工艺研究的主要任务是考察所制备产品的反应条件,温度,压力,催化剂方面的考察研究,收率,选择性以及转化率,小试成功,到了中试,就要化学工程方面的技术人员介入一起攻克工程放大问题了,期间要考虑中试的规模,选用哪些化工设备,所选用的设备的大小,材质,接着要对结合各种工程工艺参数进行设备的设计,选型,绘制工艺流程图,对照图纸设计中试试验,中试成功,进入工业化阶段,这一阶段主要是化学工程技术人员的工作,根据工业规模,绘制工业化工艺流程图,主要设备图,按照具体尺寸进行设计选购设备,根据图纸安装设备,管道,进行生产车间布置和安装,安装成功,进行试车前的吹扫,吹扫结束,进行试生产~~~整个化工项目的开发完成 化工类设计院一般只需要两门专业课:化工原理和化工热力学 天辰工程公司(化工部第一设计院)、赛鼎化学工程公司(化工部第二设计院)、东华工程公司(化工部第三设计院)五环(化工部第四设计院),中石化宁波公司、华陆工程有限公司、成达工程、中冶焦耐中国寰球中国石化工程建设公司 化工类排名: 天津大学清华大学华东理工大学(化学反应工程重点实验室) 大连理工大学浙江大学北京化工大学北京理工大学南京工业大学华南理工大学四川大学中国石油大学哈尔滨工业大学湖南大学厦门大学青岛科技大学国防科技大学太原理工大学中国科技大学福州大学(211) 研究所/院: 中国科学院:大连化物所、长春应化所、山西煤化所、兰州化物所、青岛生物能源与过程所、上海硅酸盐所北京过程工程所广州能源所研究生院化学与化学工程学院 中石油:石油化工科学研究院 中石化:北京化工研究院 中船重工:718所725所 中国日用化学工业研究

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 > }。

化学工程与技术

化学工程与技术 (081700) 一、学科简介与研究方向 学科起源于1940年我党创办的延安自然科学院四个系之一的化工系。1952年全国高校院系调整时,该系和中法大学化学化工系合并组建北京工业学院(北京理工大学前身)化工系,名师荟萃,奠定了学科发展的基础。 1982年获化学工程硕士学位授予权,1984年首获“应用化学”二级学科博士学位授予权,1998年获化学工艺、生物化工硕士学位授予权,2003和2005年分获化学工艺及生物化工二级学科博士学位授予权,2006年获“化学工程与技术”一级学科硕士学位授予权,2010年获“化学工程与技术”一级学科博士学位授予权。2002年,“应用化学”成为国家重点学科,2007年认定为工信部部级重点基础学科,2012年“化学工程与技术”一级学科获得工信部两化融合重点学科。2003年经人事部批准设立“化学工程与技术”一级学科博士后流动站。现有博士生导师21人,包括长江学者奖励计划特聘教授1人,国家杰出青年科学基金获得者2人,教育部新世纪优秀人才2人,教育部长江学者创新团队1个,“化学电源与绿色催化”北京市重点实验室1个,“燃料电池分布式发电技术”国际科技合作基地1个。 经过半个多世纪几代同仁的辛勤耕耘,该学科已发展成为优势明显,特色鲜明的教学、研究体系。研究方向广泛涉及国防、新能源、应化、有机化工、生物化工、制药等领域的基础理论和应用技术,承担多项国家、地方的重大基础和应用研究项目,体现了学科前沿、国民经济和国防工业的重大需求。获得包括国家自然科学二等奖、国家科技进步二等奖在内的多项奖励。培养出包括徐更光院士、董海山院士、崔国良院士等一大批杰出人才。获首届全国百篇优秀博士论文奖1篇、提名奖5篇。 在2015年“QS世界大学学科排名”中,我校化学工程与技术位于全球第100-150位。2017年教育部公布的全国第四轮学科评估结果中,我校化学工程与技术学科位列A-。 学科主要方向如下: 1.能源化工 主要从事电化学工程、能源的存储与转化及绿色催化领域的研究,在固体氧化物燃料电池、航天电源系统、军用电池、动力电池新材料与新体系的研发及产业化等方面形成了较强的优势。 2.化学工程 开展多相体系传递过程中的界面现象、传递与反应过程的热力学和动力学基本规律,化工过程强化、集成与复合,包括反应、分离过程的强化传递机理,反应分离等过程集成与操作耦合、模拟与控制,以及新型膜材料和膜过程、特种分离材料和分离过程、催化材料和催化过程等研究。 3.应用化学 主要从事含能材料的合成、理化性能及安全性评估等方面的研究、多氮杂环化合物的合成技术、爆炸物及危险品生化传感技术、军用隐身材料、导电膜材料和阻燃材料设计制备等研究。 4.制药与精细化工 主要从事特种含氟精细化学品的先进制造技术,绿色及手性合成技术,新药、制剂、中间体及合成工艺研究,功能离子液体材料合成工艺与性能的研究。 5.生物化工

化学反应工程第二版课后答案

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t c r d d A A - =-,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 (2)A+2B →C (3)2A+2B →C A+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 解

(1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22B A 1B C 22 B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程,即(?r A )=k P p A p B 2 ,求k P =?(假定气体为理想气体) 解 () 3 -1-363 111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T

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

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