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?rA??dcA，有什么条件? dt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

2rA??k1cAcB?k2cC?k3cAcC?k4cD(1)

2rB??2k1cAcB?2k2cCrC?kcc?k2cC?k3cAcC?k4cDrD?k3cAcC?k4cD21AB

2rA??k1cAcB?k2cC2rB??2k1cAcB?2k2cC?k3cBcC?k4cD(2)

rC?kcc?k2cC?k3cBcC?k4cD?k5cCcD?k6cErD?k3cBcC?k4cD?k5cCcD?k6cE21AB

22rA??2k1cAcB?2k2cC?k3cAcC?k4cD22rB??2k1cAcB?2k2cC(3)

rC?kcc?k2cC?k3cAcC?k4cDrD?k3cAcC?k4cD221AB

6 气相基元反应A+2B→2P在30℃和常压下的反应速率常数kc=2.65×

46-2-12

10mkmols。现以气相分压来表示速率方程，即(?rA)=kPpApB，求kP=?（假定气体为理想气体） 解

T?273?30?303Kkc?2.65?104m6kmol?2s?1c?pRT2p?p?2?rA?kccAcB?kcA?B?RT?RT?2?rA?kppApB

kc2.65?104m6kmol?2s?1kP??(RT)3?8.314kJ?kmol?1K?1?303K?3?1.655?10?6kmol?m?3s-1kPa-3 1

7 解 kt?1x?AcA01?xA有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。

10.81(kcA0)8min???81?0.8210.91 (kcA0)18min???181?0.92假设正确，动力学方程为?dcA2?kcAdt

8 反应A(g) +B(l)→C(l)气相反应物A被B的水溶液吸收，吸收后A与B

生成C。反应动力学方程为：?rA=kcAcB。由于反应物B在水中的浓度远大于A，在反应过程中可视为不变，而反应物A溶解于水的速率极快，以至

3

于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m时

3-1-1-3-3

C的生成量。已知k=1mkmolhr，cB0=3kmol·m，cA饱和=0.02 kmol·m，

3-1

水溶液流量为10mhr。 解

?rA?kcAcB由已知条件，cA与cB均为常数?rA?1?0.02?3?0.06kmol?m?3hr?15m3反应时间即液相在反应器中的停留时间???0.5hr3?110mhr?3?1C的生成量NC?0.06kmol?mhr?0.5hr?5m3?0.15kmol 9

反应2H2?2NO?N2?2H2O，在恒容下用等摩尔H2，NO进行实验，测得以下数据 总压/MPa 半衰期/s

0.0272 265

0.0326 186

0.0381 135

0.0435 104

0.0543 67

求此反应的级数。

2

解

?dpAdt?kpnpA?p?ndpA?kpdt??pAp?ndpt12pA0A??0dtp?n?1pAA1??kptn?1?p1?np1?nn?1A0?A??kptpA0t?t112pA?0.5pA0n?1?p1?n1?n1?nA0?0.5pA0??kpt121?0.51?n1?0.51?n?1?kn?1?pnA0?t12lnpkn?1???1?n?lnpA0?lnt12p?pA00.13600.16300.19050.21750.2715t1226518613510467lnpA0?1.995?1.814?1.658?1.526?1.304lnt125.5805.2264.9054.6444.205lnt12对lnpA0作图，得直线

5.65.45.25.02/1t 4.8nl4.64.44.24.0-2.1-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2lnpA0Y = A + B * X

Parameter Value Error

A 1.60217 0.01399 B -1.9946 0.00834 斜率?1.9946?1.9946?1?nn?3三级反应

p1A0?2p总3

10 考虑反应A?3P，其动力学方程为?rA??容下以总压表示的动力学方程。 解

1dnAn??kA试推导在恒VdtVt?0t?tpA??3pA0?p总?V1?3pA0?p总?nA?22RT VdnA??dp总2RT?V??3pA0?p总?Vdp总???12RT??k2RT??VdtVdp总??3pA0?p总?dt

11 A和B在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反应

级数和反应速度常数。 时间/s cA/kmol·m-3 cB/kmol·m-3 116.8 99.0 56.6 319.8 90.6 48.2 490.2 83.0 40.6 913.8 70.6 28.2 1188 65.3 22.9 ∞ 42.4 0 AnA0pA0nApAP003?nA0?nA?3?pA0?pA?p总pA03pA0?2pA解 由cA-cB=42.4可知反应应按下列方式A+B→产物进行 设为二级反应

?1ccdcAlnAB0 ?kcAcB积分得：kt?cA0?cB0cA0cBdt1clnA对t作图若为直线，则假设正确。

cA0?cB0cBt 116.8 319.8 490.2 913.8 1188

以

由cA0-cB0=42.4整理得数据如下：

4