《化学反应工程》第二版习题

第四章习题

1、 乙炔与氯化氢在HgCl2活性炭催化剂上合成氯乙烯：

C2H2?HCl?C2H3Cl(A)(B)(C)

其动力学方程式可有如下几种形式：

)K(1) r? 2(1?KApA?KBpB?KCpC)k(pApB?pC(2) r?kKAKBpApB(1?KApA)(1?KBpB?KCpC)

(3) r?kKApApB1?KApA?KBpBkKBpApB1?KBpB?KCpC

(4) r?

试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。

2、 在510℃进行异丙苯的催化分解反应：

C6H5CH(CH(A)3)2?C6H6?C3H6(R)(S)

测得总压p与初速度r0的关系如下：

?1?14.3 6.5 r0/mol?hrgcat

7.1 7.5 8.1

p/kPa 99.3 265.5 432.7 701.2 1437

如反应属于单活性点的机理，试推导出反应机理式及判断其控制步骤。

3、 丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：

C4H8???C4H6?H2(A)(R)(S)k

若反应按下列步骤进行：

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《化学反应工程》第二版习题

??a???b??c??1???A?σAσ???k2k?1??2? ?3?Aσ???Rσ?S???k4k3Rσ???R?σ???k6k5（1） 分别写出a，c为控制步骤的均匀吸附动力学方程；

（2） 写出b为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸

附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。

4、 在氧化钽催化剂上进行乙醇氧化反应：

C2H5OH?A12O2?CH3CHO?H2OBRS

其反应机理为：

1???C2H5OH?2σ1CHOσ1?Hσ1???25a k2kA1kAσ1Hσ13???O2?σ2Oσ2???b 2 k4BBσ2kc

5C2H5Oσ1?Oσ2???CH3CHO?OHσ2?σ1（控制步骤）

Aσ1B?26ROH?2kd Hσ1?OHσ2???H2O?σ2?σ1

证明：下述速率表达式：

r?k?1?KBpB1?2KApA??pApB?

5、 用均匀吸附模型推导甲醇合成动力学.假定反应机理为:

(1) CO+σ=COσ 11

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(2) H2+σ=H2σ

(3) COσ+2H2σ=CH3OHσ+2σ (4) CH3OHσ=CH3OH+σ

推导当控制步骤分别为(1)，(3)，(4)时的反应动力学方程。

6、 一氧化碳变换反应CO+H2O=CO2+H2在催化剂上进行，若CO吸附为控制

步骤， ①用均匀表面吸附模型推导反应动力学方程。

②用焦姆金非均匀表面吸附模型推导反应动力学方程。

7、 催化反应A+B，A，B为均匀吸附，反应机理为：

（1） （2）

A+σ=Aσ Aσ= Bσ

（3） Bσ= B+σ

其中A分子吸附(1)和表面反应(2)两步都影响反应速率，而B脱附很快达平衡。试推导动力学方程。

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第五章习题

1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP=1.06kg·m，

2-1

空隙率εP=0.52，比表面积为Sg=350mg，求在500℃和101.33kPa，异丙

苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯?苯的分子扩散系数DAB=0.155cm2s-1。

2. 在30℃和101.33kPa下，二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该

催化剂的孔容为VP=0.36cm3g-1，比表面积SP=150m2g-1，曲折因子τ=3.9，

颗粒密度ρS=1.4g·cm-3，氢的摩尔扩散体积VB=7.4cm3mol-1，二氧化碳的摩尔扩散体积VA=26.9 cm3mol-1，试求二氧化碳的有效扩散系数。

3. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，

该反应的速率常数为k=6.01s-1，有效扩散系数为De=7.82╳10-4cm2s-1。，试

求颗粒直径为3mm和1mm时的催化剂的效率因子。

4. 常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。已知该反应为一级不可逆反

应。在500℃时，反应的速率常数为k=0.94cm3s-1gcat-1，若采用直径为0.32cm

的球形催化剂，其平均孔径d0=1.1╳10-8m，孔容为0.35cm3g-1，空隙率为0.36，曲折因子等于2.0。试计算催化剂的效率因子。

5. 某一级不可逆催化反应在球形催化剂上进行，已知De=10-3cm2s-1，反应速

率常数k=0.1s-1，若要消除内扩散影响，试估算球形催化剂的最大直径。

6. 某催化反应在500℃条件下进行，已知反应速率为：

?rA=3.8╳10-9pA2 mol·s-1gcat-1

式中pA的单位为kPa，颗粒为圆柱形，高╳直径为5╳5mm，颗粒密度ρP=0.8g·cm-3，粒子表面分压为10.133kPa，粒子内A组分的有效扩散系数为De=0.025cm2s-1，试计算催化剂的效率因子。

7. 某相对分子质量为225的油品在硅铝催化剂上裂解，反应温度为630℃、

压力为101.33kPa，催化剂为球形，直径0.176cm，密度0.95g·cm-3，比表

面积为338m2g-1，空隙率εP=0.46，导热系数为3.6╳10-4J·s-1cm-1K-1；测得

-3

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《化学反应工程》第二版习题

实际反应速率常数kV=6.33s-1；反应物在催化剂外表面处的浓度cAS=1.35╳10-5mol·cm-3；反应热ΔH=1.6╳105J·mol-1；活化能E=1.6╳105J·mol-1；扩散过程属于克努森扩散，曲折因子为τ=3，试求催化剂的效率因子和颗粒内最大温差。

8. 实验室中欲测取某气固相催化反应动力学，该动力学方程包括本征动力学

与宏观动力学方程，试问如何进行？

9. 什么是宏观反应速率的定义式？什么是宏观反应速率的计算式？两者有

何异同？

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