为一级,已知k=2l/,试求: (1) (1) 反应在恒容下进行,系统的初始总压为,当反应器
出口的CH4转化率为80%时,CO2和H2的生成速率是多少? (2) (2) 反应在恒压下进行,其他条件如(1),CO2的生成速
率又是多少? 解:(1)由题意可将反应速率表示为:
对于恒容过程,则有
当XA0=时
(2)对于恒压过程,是个变容反应过程,由()式可求得总摩尔数的变化
反应物A的原始分率:
由()式可求得转化率为80%时的浓度:
在473K等温及常压下进行气相反应:
(1) (2) (3)
式中CA为反应物A的浓度(mol/l),原料中A和惰性气体各为一半(体积比),试求当A的转化率达85%时,其转化速率是多少?
解:方法(1),先求出总摩尔变化数。
首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率:
总反应速率为:
以一摩尔反应物A为基准,总摩尔变化数为:
初始浓度为:
则有
方法(2),可将CA表示为:
方法(3),利用物料衡算可分别求出反应物A生成R及S的瞬间选择性SR,SS,因而可求出产物R及S的收率yR,yS,求得A转化率为85%时的分率:
其中:
在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应:
以A,B及R分别表示异丙苯,苯及丙烯,反应步骤如下:
(1) (2) (3)
若表面反应为速率控制步骤,试推导异丙苯分解的速率方程。
解:根据速率控制步骤及定态近似原理,除表面反应外,其它两步达到平衡,描述如下:
以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程:
由于
将代入上式得:
整理得:
将代入速率方程中
其中
在银催化剂上进行乙烯氧化反应:
化作
其反应步骤可表示如下:
(1) (2)
(3) (4)
若是第三步是速率控制步骤,试推导其动力学方程。
解:根据速率控制步骤及定态近似原理,除表面反应步骤外,其余近似达到平衡,写出相应的覆盖率表达式:
整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示:
根据总覆盖率为1的原则,则有:
或
整理得:
将代入反应速率方程,得:
其中
设有反应,其反应步骤表示如下:
(1) (2) (3)
若(1)速率控制步骤,试推导其动力学方程。
解:先写出各步的速率式:
由于(1)是速率控制步骤,第(2)步是不可逆反应,其反应速率应等于(1)的吸附速率,故有:
整理得:
根据定态近似原则
因为
将代入上式,化简后得:
最后将代入吸附速率式,即为该反应的动力学方程式。
一氧化碳变换反应:
在较低温度下,其动力学方程可表示为:
试拟定该反应的合适的反应步骤。
解:根据题意,假设反应步骤如下:
并假设第二步是控制步骤,其速率方程就代表了整个反应的速率方程:
其余的两步可认为达到平衡,则有:
由于,有:
将代入速率式,得:
式中。故上述假定与题意符合。但上述假定的反应步骤不是唯一的。
利用习题的数据,试用积分法和微分法求其动力学方程。 解:先用积分法求其动力学方程。 设为一级不可逆反应,其速率表达式为:
积分得:
用~t作图。 t(h) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 作图得一直线,其斜率为,故假设一级反应是合理的,其动力学方程可表示为:
用微分法求解动力学方程
首先用CA~t曲线,在曲线上取时间为0,1,2,……9h所对应点的切线,为了准确可采用镜面法,求得各切线的斜率即为对应的dCA/dt之值,然后再以dCA/dt~CA作图,所求的dCA/dt值如下表所示:
t(h) CA(mol/l) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 dCA/dt(mol/ 设为一级不可逆反应,用dCA/dt~CA作图得一直线,其斜率为,其动力学方程可表示为:
或将速率方程直线化,即两边取对数,得:
可简化为y=b+ax形式,利用多元回归,可求得反应级数n=≈1,反应速率常数值为k=。
还可用一数学公式来拟合CA~t曲线,然后再将该数学公式对t求导,求得dCA/dt之值,此法会比作图法来的准确。
在Ni催化剂上进行甲烷化反应:
由实验测得200℃时甲烷的生成速率RCH4及CO和H2的分压pCO,pH 2的关系如下: pCO(MPa) pH2(MPa) RCH4 若该反应的动力学方程可用幂函数表示,试用最小二乘法求一氧化碳的反应级数及正反应速率常数。
解:由题意可写出速率方程式:
但由于氢的分压保持为的恒定值,反应速率式可简化为:
式中。将速率式直线化:
或
式中,由残差平方和最小而导出最小二乘法的系数计算式:
序号 y x x2 xy 1