第二章 化学反应动力学基础(答案)
化学反应工程第二章均相反应动力学基础
A
A+P
P
P+P
（2-8）
（2-9）
2.1.3 反应的转化率、选择性和收率
⑴转化率 转化率一般用关键组分来表示。所谓关键组分必须是反 应物，生产上选择的关键组分一般是反应物料中的主要
组分,即价值较高且不应是过量的，因此转化率的高低，
会一定程度上反映过程的经济效果，对反应过程的评价 提供直观的信息。
2.1.3 反应的转化率、选择性和收率
对于选择率一般有平均选择率和瞬时选择率之分，以平 行反应（2-5）、（2-6）为例，
两种选择率的定义为： 平均选择率 瞬时选择率 （2-2）
2.1.3 反应的转化率、选择性和收率
⑶收率Y 收率的定义为：
Y 生成目的产物所消耗的 A摩尔数 A的起始摩尔数
（2-3）
COCl2
3 2 2 CO CO Cl 2
(2-12)
该反应的速率方程为：
(rCO ) k c c
（2-18）
则对于氯气的反应级数是分数。
2.1.5 反应动力学方程
⑵反应速率常数kA 由式（2-13）知，当A、B组分的浓度等于1
(rA )k A ，说明kA就是浓度为1时的速率。 时，
温度是影响反应速率的主要因素，随着温度的升高速
三级反应常见。例如下面的气相反应(2-11)：
2NO+O2 动力学速率方程为：
2 (rNO ) k NO cNO cO2
2NO2
(2-11)
（2-17）
2.1.5 反应动力学方程
级数在一定温度范围内保持不变，它的绝对值不会超过3， 但可以是分数，也可以是负数。例如下面的光气合成反 应：
CO+Cl2
生产上还经常遇到循环反应器，如合成氨或合成甲醇的 合成塔等，由于化学平衡或其他原因的限制，原料一次 通过反应器后，转化率一般很低，需要把出口的反应混
第二章动力学
第二章化学动力学三复习题和习题解答3.1 宏观反应动力学3.1.1判断正误1. 质量作用定律只适用于基元反应。
（）2. 对于平行反应，其产物浓度之比等于速率常数之比。
（）3. 一般来说，活化能较大的反应对温度更敏感。
（）4. 确定动力学速率方程的关键是确定反应级数。
（）5. 确定反应级数的常用方法有积分法和微分法。
（）6. 利用尝试法确定反应级数只适用于简单级数的反应。
（）7.阿伦尼乌斯方程仅适用于基元反应。
（）8. 化学反应的摩尔恒容反应热与正向反应和逆向反应的活化能有一定关系。
（）9. 基元反应的分子数是个微观的概念。
（）10.化学反应的反应级数与反应分子数是一回事。
（）11. 化学反应的反应级数只能是正整数。
（）12. 在工业上，放热的对行反应存在一个最佳反应温度。
（）13. 对于酶催化反应，通常作用条件较温和。
（）14. 不同级数反应的速率常数，其量纲是不一样。
（）15. 不能只利用速率常数的量纲来判断反应级数。
（）16. 不同级数反应的半衰期与浓度的关系是不一样的。
（）17. 若某反应的半衰期与浓度无关，则该反应为零级反应。
（）18. 在一级、二级和三级反应速率方程中，浓度与时间的直线关系是不同的。
（）19. 化学反应动力学主要研究反应的速率与机理问题。
（）20. 通常用瞬时速率表示反应速率。
（）答案除7，10，11，15，17错外，其余都正确。
3.1. 2 选择题1. 基元反应的分子数是个微观的概念，其值（）(a)可为0、l、2、3 (b)只能是1、2、3这三个正整数(c)也可是小于1的数值(d)可正，可负，可为零2. 化学反应的反应级数是个宏观的概念、实验的结果，其值（）(a)只能是正整数(b)一定是大于1的正整数(c)可以是任意值(d)一定是小于1的负数3. 已知某反应的级数是一级，则可确定该反应一定是（）(a)简单反应(b)单分子反应(c)复杂反应(d)上述都不对4. 基元反应2A→B，为双分子反应，此反应的级数（）(a)可能小于2 (b)必然为1(c)可能大于2 (d)必然为25. 某反应速率常数单位是mol·l-1·s-1,该反应级数为（）(a)3级 (b)2级(c)1级 (d)0级6. 某反应物反应了3/4所需时间是反应了1/2所需时间的2倍，则该反应级数为（）(a) 0级 (b) 1级(c) 2级 (d) 3级7. 某反应在指定温度下，速率常数是k=4.62×10-2min-1，反应物的初始浓度为0.1mol·l-1，则该反应的半衰期为（）(a) 15min (b) 30min(c) 150min (d) 不能求解8. 某反应进行时，反应物浓度与时间成线性关系，则此反应的半衰期与反应物初始浓度的关系是（）38(a) 成正比(b) 成反比(c) 平方成反比(d) 无关9. 一个反应的活化能为83.68kJ/mol，在室温27℃时，温度每升高1K，反应速率常数增加的百分数（）(a) 4% (b) 90%(c) 11% (d) 50%10. 反应A + B→C + D 的速率方程r = k[A ][B ]，则反应(a) 是二分子反应(b) 是二级反应，不一定是二分子反应(c) 不是二分子反应(d) 是对A、B 各为一级的二分子反应11. 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) 基元反应的反应级数一定是正整数(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12. 下列有关反应级数的说法中，正确的是（）(a) 反应级数只能是大于零的数(b) 具有简单级数的反应都是基元反应(c) 反应级数等于反应分子数(d) 反应级数不一定是正整数，如果反应物A的初始浓度减少一半，A的半衰期增大1倍，则该反13. 对于反应A P应为（）(a) 零级反应(b) 一级反应(c) 二级反应(d) 三级反应14. 某反应，无论反应物初始浓度为多少，在相同时间和温度时，反应物消耗的浓度为定值，此反应是（）(a)负级数反应(b)一级反应(c) 零级反应(d) 二级反应15. 某反应物反应掉7/8所需的时间恰好是它反应掉1/2所需时间的3倍，则该反应的级数是（）3940 (a ) 零级 (b ) 一级反应(c ) 二级反应 (d ) 三级反应16. 某反应无论反应物的起始浓度如何，完成65%反应的时间都相同，则反应的级数为（ ） (a ) 零级反应 (b ) 一级反应 (c ) 二级反应 (d ) 三级反应17. 某气相化学反应用浓度表示的速率系数c k 和用压力表示的速率系数p k 相等，该反应的半衰期（ ）(a ) 与初始浓度无关 (b ) 与初始浓度成正比 (c ) 与初始浓度成反比 (d ) 与反应温度无关 18. 动力学研究中，任意给定的化学反应 A + B → 2D ，是（ ） (a ) 表明为二级反应 (b ) 表明是双分子反应 (c ) 表示了反应的计量关系 (d ) 表明为基元反应19. 某个反应，其正反应活化能为逆反应活化能的 2 倍，反应时吸热120 kJ·mol -1，则正反应的活化能为（ ）(a ) 120 kJ·mol -1 (b ) 240 kJ·mol -1(c ) 360 kJ·mol -1 (d ) 60 kJ·mol -120. 对于平行反应，各反应的活化能不同，以下措施不能改变主、副产物比例的是 (a ) 提高反应温度 (b ) 延长反应时间 (c ) 加入适当的催化剂 (d ) 降低反应温度答案1 b 2 c 3 a 4 d 5 d 6 b 7 a 8 a 9 c 10 b11 d 12 d 13 c 14 c 15 b 16 b 17 a 18 c 19 b 20b3.1.3 填空题1. 质量作用定律只适于________________反应。
化学反应工程第二章解析
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。
32223NH H N =+032223=--N H NH A A Adn r Vd d t C dt=-=-R R Rdn r Vdt dC dt==A B S R A B S Rαααα+=+SABRABSRr r r r αααα===AA AB 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-nE ：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=2220.512H Br HBrHBrBr k c c r c k c =+0exp[]E k k RT=-01ln ln E k k R T=-⨯ln klnk 0 slop=-E/R1/T⏹ 反应速率的温度函数关系● 活化能越高，斜率越大，该反应对温度越敏感； ● 对于一定反应，低温时反应速率对温度变化更敏感。
反应动力学基础
一氧化氮氧化动力学方程建立
由于第二步为速率的控制步骤因此有:
r k2C( NO ) 2Co2
2 C K C 1 NO 第一步达到平衡，则 有: ( NO) 2
代入上式得
r k2 K1C Co2 k2C Co2
2 NO 2 NO
因此,当得到的速率方程与由质量作用定律得到的形
r dW
8
空速与接触时间
空速：单位反应体积所处理的混合物的体积流量。因
次为时间的倒数(1／h)。
VS 0 VSP VR
计算空速时的体积流量一般使用标态体积，特殊说明
时可使用操作状态流量。也有使用摩尔流量的，称为 摩尔空速。 是衡量反应器生产强度的重要操作参数。例如：氨合 成反应，压力为10Mpa时，空速为10000(1/h)；而当压 力为30Mpa时，空速则为28000-30000(1/h)。
例：NO氧化反应速率方程
对于反应 2 NO O2 2 NO2 得到的速率方程为: r kC 2 C NO O 2 该动力学方程并非是由基元反应的质量
作用定律得出.有学者认为该反应由下列 两步组成 :
NO NO ( NO) 2 ( NO) 2 O2 2 NO2
并且第二步为速率的控制步骤.
式中 A为指前因子,其因次与k相同;E为活化 能;R为气体常数。
30
反应速率常数因次
反应速率常数的因次与反应速率的表示方式，速率方
程的形式以及反应物系组成的表示方式有关。 反应级数（一级、二级）、反应速率的因次（以反应 体积计、以催化剂质量计、以相界面计的反应速率）、 对于气相反应，常用分压、 浓度和摩尔分率 来表示 反应物系的组成， 则 之间有下列关系 k ,k ,k
第二章 反应动力学基础
f (X A)
当转化率为XA，反应平衡时，对应平衡温度为Te，
A exp( E / RTe ) g( X A ) k f (X A) k A exp( E / RTe )
EE Te k A R ln( ) k A
本科课程讲义
sfsong
化学反应工程
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化学反应工程
2.可逆反应：
(1)一级可逆反应：
vA A vR R
k
dC A rA kC A kC R dt n n n n n n n n 反应进度： A A0 R R 0 A A0 R R 0 A R V V A V R
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化学反应工程
可逆吸热反应：温度升高，反应速率增大，平衡转化率增加。
例2.2 合成氨为恒压可逆放热反应： N2+3H2←→2NH3，已知 logKp=(2172.26+19.6478P)/T-(4.2405+0.02149P)，Kp= PNH3/( PH21.5×PN20.5)。 求下列条件下最佳反应温度。 (1)反应压力P0=25.33MPa，进料N2：H2=1：3，NH3起始含量为17%(V/V)； (2)其它同(1)，NH3起始含量为12%(V/V)； (3)其它同(1)，P0=32.42MPa 解:(1)由进料组成可知： PNH3=0.17P0=0.17×25.33=4.306MPa PH2=0.75×(1-0.17)P0=15.7679MPa PN2=0.25×(1-0.17)P0=5.2560MPa 平衡时：logKp=(2172.26+19.6478P0)/Te-(4.2405+0.02149P0) =2669.9388/Te-4.7848 因为：Kp=PNH3/( PH21.5×PN20.5)，代入上式得：Kp=3.000×10-2MPa-1 则：logKp=1.5229
《反应工程》第二章课后答案
2 反应动力学基础2.1在一体积为4L 的恒容反应器中进行A 的水解反应，反应前 A 的含量为12.23%（重量），混合物的密度为1g/mL ，反应物A 的分子量为88。
在等温常压解：利用反应时间与组分A 的浓度变化数据，作出C A ～t 的关系曲线，用镜面法求得t=3.5h 时该点的切线，即为水解速率。
切线的斜率为0.760.125/.6.1α-==-mol l h由（2.6）式可知反应物的水解速率为 0.125/.-==dC A r mol l h A dt2.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：2423+→+CO H CH H O催化剂体积为10ml ，原料气中CO 的含量为3%，其余为N 2,H 2气体，改变进口原料气流量Q 0解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示00000(1)(1)-==-=-=-A A RA A A A A A A AdF r dV F F X Q C X dF Q C dX 故反应速率可表示为：0000(/)==A A A A A R R dX dX rQ C C dV d V Q用X A ～V R /Q 0作图，过V R /Q 0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的dX A /d(V R /Q 0)值α。
0.650.04 1.790.34α-==故CO 的转化速率为 40030.10130.03 6.3810/8.31410573--⨯===⨯⨯⨯A A P C mol l RT4300 6.3810 1.79 1.1410/.min (/)--==⨯⨯=⨯A A A R dX r C mol l d V Q2.3已知在Fe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为：20.850.4/-=⋅w CO CO r k y y kmol kg h式中y CO 和y C O2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa 压力及700K 时反应速率常数k W 等于0.0535kmol/kg.h 。
2022专升本考试试题题库化学反应工程
第一章绪论单选题1.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是（）。
【选项】A.能量传递B.质量传递C.热量传递D.动量传递【答案】A【解析】“三传”为动量传递、热量传递和质量传递，，“一反”为化学反应过程。
多选题1.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的三传是指（）。
A.热量传递；B.动量传递；C.质量传递；D.能量传递【答案】A;B;C【解析】“三传一反”中的三传是指热量传递、质量传递、动量传递。
故D 错误，选A、B、C。
2.反应器的操作方式有哪些（）。
A.间歇；B.连续；C.半间歇；D.半连续【答案】A;B;C;D【解析】反应器的操作方式有间歇、半间歇（半连续）和连续。
选A、B、C、D。
判断题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、能量传递和动量传递，“一反”是指化学反应。
【答案】F【解析】“能量”改为“热量”2.化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以工程问题作为研究对象，又以化学反应为研究对象的学科体系。
【答案】T【解析】化学反应工程系化学工程的一个分支，以工业反应过程为主要研究对象，以反应技术的开发、反应过程的优化和反应器设计为主要目的的一门新兴工程学科。
3.化学反应是1957 年化学反应工程学科创立后才出现的新生事物。
【答案】F【解析】化学反应是1861 年出现的。
简答题1.化学反应器的类型与操作方式？【答案】答：（1）按结构原理分类：管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、滴流床反应器。
（2）工业反应器有三种操作方式：①间歇操作②连续操作③半间歇（半连续）操作。
第二章化学反应动力学单选题1.反应A + B → C，已知K=0.15S-1，则反应级数n=（）。
【选项】A.0B.1C.2D.3【答案】B【解析】r=kC n(n=a+b+...)，n 即是反应的总级数。
反应速率r 的量纲是mol/(L.s)，浓度C 的量纲是mol/L，所以k 的量纲是(L/mol)^(n-1)*s-1，显然当k 量纲为s-1 时，n=1，反应级数为1。
化学反应工程-第二章
2.1 概述
第二章 均相反应动力学基础
⑶ k0和EC Arrhenius方程的对数型式为：
EC 1 ln k ln k0 Rg T
因此，以lnk对T-1作图，应该得到一条直线，其斜率为-EC/Rg，截距 为lnk0。 ⑷ 温度影响 反应活化能愈高，反应速率对温度愈敏感。温度从300℃升高 到310℃，活化能为100kJ/mol时，反应速率提高3.6倍，而活化能为 150kJ/mol时，反应速率提高7.0倍。 反应活化能一定，反应速率在较低温度下对温度更敏感。在 462K下，使反应速率加倍的温升为153K；若在1000K下，温升增加 到1000K。
2.2等温恒容过程 2.2.1 单一反应动力学方程的建立
第二章 均相反应动力学基础
⑴ 积分法 积分法的一般步骤如下： ①.假定反应机理，推导出反应速率方程或直接假定反应速率方程：
rA dC A kC f (Ci ) dt
C A0
等温下积分得到：
kC t
CA
dC A f (Ci )
②.组织实验，取得组分浓度Ci与时间t的系列数据。 ③.在各时间t值下处理实验数据，得到相应的积分值：
C A0
CA
d过原点的直线，则
假定反应机理成立，从直线的斜率得到反应速率常数kC；否则，必须重复上 述①～③步骤。
2.2 等温恒容过程
对上述平行反应，有：
CA CA0e
则有：
k1 k2 t
dC P k1C A0 e k1 k 2 t dt
分离变量积分得：
CP CP 0
k1 [1 e k1 k2 t ]C A0 k1 k2
2.2 等温恒容过程
类似地可得：
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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 。
12. 如果平行反应12k k A P A S
−−→−−→，P 为目的产物，均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，提高选择性P S 应 提高温度 。
（提高浓度、提高温度、降低浓度、降低温度）
13. 在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多，它的反应速率即代表整个反应的速率，其他基元反应可视为处于 拟平衡常态 。
14.当构成反应机理的诸个基元反应的速率具有相同的数量级时，既不存在速率控制步骤时，可假定所有各步基元反应都处于 拟定常态 。
15. 由实验数据求定动力学参数的方法主要有 积分法 和 微分法 。
16. 一个可逆的均相化学反应，如果正、逆两向反应级数为未知时，采用 初始速率法 法来求反应级数。
16. 固体催化剂通常由 主催化剂 、 助催化剂 和 载体组成 。
二、选择题
1．反应4102422C H C H H →+，12.0k s -=则反应级数n= B 。
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
2．气相反应43A B R S +→+进料时无惰性气体，A 与B 以3:1的摩尔比进料，则膨胀因子A δ= C 。
A. 14 B. 23 C. 14- D. 23
- 3．化学反应速率式为A c A B r k c c αβ=，如用浓度表示的速率常数为c k ，用压力表示的速率常
数为p k ，则c k = A p k 。
A. ()RT αβ+
B. ()()RT αβ-+
C. ()RT αβ-
D. ()RT αβ-+
4．如果平行反应()()P A S 主副均为一级不可逆反应，若E E >副主，若要提高反应选择性P S ，则应该 B 。
A. 提高浓度
B. 提高温度
C. 降低浓度
D. 降低温度
5．对于反应aA bB pP rR +→+，则P r ＝ A A r
A. p a
B. p a
C. a p
D. a p 6．一般来说，下述载体中的比表面积最大是 A 。
A. 活性炭
B. 氧化镁
C. 硅藻土
D. 碳化硅
7．关于吸附与脱附论述不正确的是 C 。
A. 物理吸附通常是多层吸附，吸附与脱附速率快，且可逆。
B. 化学吸附通常在高温下进行，吸附热大，多为单层吸附，且选择性强。
C. 理想吸附模型基本假定的要点是各吸附位具有相同的能量；被吸附分子间的作用力
可略去不计；属多层吸附。
D. 焦姆金吸附方程和弗列因特利希吸附方程都属于真实吸附模型。
8．关于吸附与脱附论述正确的是 B 。
A. 物理吸附通常是多层吸附，吸附与脱附速率慢，且可逆。
B. 化学吸附通常在高温下进行，吸附热大，多为单层吸附，且选择性强。
C. 理想吸附模型基本假定的要点是各吸附位具有相同的能量；被吸附分子间的作用力
可略去不计；属多层吸附。
D. 焦姆金吸附方程和弗列因特利希吸附方程都属于理想吸附模型。