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。

在等温常压试求反应时间为的的水解速率解：利用反应时间与组分A 的浓度变化数据，作出Q 〜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。

切线的斜率为器 °-125mOl/Lh由（2.6 ）式可知反应物的水解速率为2.2 「AdCAdt°.125mol / l.hF A dF A故反应速率可表示为:F A °（1 X A ）Q °C A °（1 X A ）Q °C A°dX A「AQ 0C A0dX AdV RC A0dX Ad(V R /Q 。

)dX A /d(V R /Q °)0.65 °.°40.34故CO 的转化速率为1.79CA0PA0RT 0.1013 0.036.38 10 4mol/l在一管式反应器中常压300C 等温下进行甲烷化反应：CO 3H 2 CH 4 H 2O催化剂体积为10ml ，原料气中CO 的含量为3%其余为N,H 2气体，改变进口原 料气流量Q 0进行实验，测得出口 CO 的转化率为：试求当进口原料气体流量为 50ml/min 时CO 勺转化速率。

解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7 ）式来表示 dF AdV R用X A 〜V R /Q 。

作图，过V R /Q 0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的 值a 。

r A C AOd—A 6.38 10 4 1.79 1.14 10 3mol /l.min d (VR / Q o )2.3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：r k w y COSOf kmol/kg h式中y cO 和 y 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 。

如催化剂的比表面积为30n i /g ，堆密度为 1.13g/cm 3，试计算:1) ( 1)以反应体积为基准的速率常数 k V o (2) (2)以反应相界面积为基准的速率常数 k g o (3) (3)以分压表示反应物系组成时的速率常数 k g o (4) (4)以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数 k c o解：利用(2.10)式及(2.28 )式可求得问题的解。

注意题中所给比表面 的单位换算成nVm 3。

(1)k vb k w1.13 103 0.0535 60.46kmol/m 3.h— A1 —A解得—=82.76%b3k w 1.78b 30 103(1 )0.45 0.0535'0.1013，(8.31 10 3 700).45 6 210 6kmol /m .h°1508kgg 5c, )45 0.0535 0.333(7^7)0.45(4^)0.1 kmol kg .h2.4在等温下进行液相反应A+4C+D 在该条件下的反应速率方程为：r A 0.8C A .5c B .5mol /l min若将A 和B 的初始浓度均为3mol/l 的原料混合进行反应，求反应 4min 时A 的 转化率。

解：1.5mol/l 「A 由( 2.6 )由题中条件知是个等容反应过程，且 ，故可把反应速率式简化，得O.8C A .5CB .50.8C A 0.8C A 0(1式可知A 和B 的初始浓度均相等，即为— A )2dC Adt代入速率方程式c d —A A0dt化简整理得d —A 「A d C AO (1 —A ) cC A0 dt d —A dt2 2O.8C AO (1 —A )(1 —A )积分得0.8C A0dt0.8C A°twnk w2.5氨合成塔入口的气体组成为3.5%NH 3,20.8%N 2,62.6%H 2,7.08%Ar 及k 22277m3(MPa)0.5/m3 h, 且 k !/k 2 K ； ,490c 时，Kp 可按下式计算： log K p 2047.8/T 2.4943logT1.256 10 4T 1.8564 10 7T 2 3.206 注：m 为标准立方米。

解：题中给出450C 时的k 2值，而反应是在490C 下，故首先要求出490C 时的k 2值。

利用（2.27 ）试，求出频率因子A:suk 2 Aexp （R E T ）su匚 17.58 104/8.314 723 16A k 2exp （RT ） 2277/e 1.145 10su,' F 16 17.58 104/8.314 723 4 3 0.5 , 3 , k 2 Aexp （RT ） 1.145 10 e 1.055 10 m （MPa ） / m .h 490C 的Kp 值由题给公式计算出log K P 2047.8/ 763 2.4943log7631.256 10 4 763 1.8564 10 7 76323.2061.2524K p 5.592 10 2求k 1值：・* 2k 1 2 'K p k 2k K p k 2k 1（5.592 2 243 15 310 ）1.055 1033m （MPa ） . /m .h求各组分的分压值:2N2|H 2NH 3r1.5 k1P N P H/3k 2 pN 匕/1.5kmol /m 3 hP H 2su104J / mol 。

450 C逆反应的活化能F 17.585.89CH 4。

该塔是在30MPe 压力下操作。

已知催化剂床层中某处的温度为 490C, 反应气体中氨含量为10%( mol ),试计算该处的反应速率。

在 Fe 催化剂上氨合 成反应速率式为：时P i0iP AO X A1034.023 2.6下面是两个P i1 y A0 A X Ay iy i 0 y A0X AA1 y A0 A X AP i y i Py Ao120.87% , A =——y R0.10y R0 ------------- y A0X AA1 y A0 A X A10.035 -1 2*0.2087* X A 1 0.2087*(-2)* X A45.914X A 6.5 0.1416y A0 y A0X A 1 y A0 A X A0.2087(1-0.1416) X A y Ay H1 0.2087*(-2)*0.1416 0.19043 vy H07 yA0XA11 y A0 A X A0.626-3*0.2087* 0.1416 门“ =0.57161 0.2087*(-2)*0.1416Y i P P i各组分的分率及分压值为NH10% p NH3=3MPa r 19.06% P N2=5.718MPa57.18% p H2=17.15MPa Ar+ CH 4「13.79%P Ar+=4.137MPa 反应速率为:仃；551.055 1043 17.15m 3/m 3cat.h(179.6kmol /m 3cat.h)NP 是最佳温度曲线,.p NH k21.5PH 2P NH3r k 1 P N 21.533.0 5.718P H 2P i0 i P AO X A反应的T-X图，图中AB是平衡曲线,1032.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用 B106催化剂进行试验, 4测得正反应活化能为9.629 10 J / mol ,如果不考虑逆反应，试问反应温度是550C 时的速率比反应温度是 400C 时的速率大多少倍？解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其它条件都相同，而温度的 影响表现在反应速率常数k 上，故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比。

其平衡常数与温度的关系为:log K P 4905.5/ T e 4.6455解：图2.1图2.2(1) 可逆反应 可逆反应(2)放热反应吸热反应(3)M 点速率最大,A 点速率最小 M 点速率最大， A 点速率最小 ⑷O 点速率最大,B 点速率最小H点速率最大， B 点速率最小 (5)R 点速率大于 C 点速率C点速率大于R 点速率(6)M点速率最大根据等速线的走向来判断 H,的速率大小。

M 点在C,R 两点中，谁的速率大？ 根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大?(1) (1) (2) (2) (3) (3) (4) (4)(5) (5)(6) (6)「550k 550 r 400k 400Aexp(--^)Rl 550叵(」 J 96290( 11 )e R -400 -550 e 8.314(673 823 )23(倍)Aexp( rRT 400在钒催化剂上进行80%寸的最佳温度。

2.8常压下， 试计算转化率为4为9.211 10 J/mol ，化学计量数等于2,反应式为:SO 2 102SO 3SO 氧化反应，原料气组成为 7%O 及82%N 。

二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能AM 是等温线，HB 是等转化率线。

根据下面两图回答:是可逆反应还是不可逆反应？ 是放热反应还是吸热反应？ 在等温线上，A,D,O,E,M 点中哪一点速率最大，哪一点速率最小？ 在等转化率线上，H,C,R,O,F 及B 点中，哪一点速率最大，哪一点^5也 ln(1X A ) ln4该反应的热效应 H r 9.629 10 J / mol 。

解：（1）求出转化率为80%寸各组分的分压: 以100mol 为基准so 2SO 23P o 2Py o 20.1013 8.2/97.2 8.55 10 (MPa) p SO Py SO 0.1013 5.6/97.2 5.84 10 3(MPa)P N 2 Py N 2 0.1013 82/97.2 8.55 10 2(MPa)(2)求与上述组成对应的平衡常数 K P 值：（3）求平衡温度Telog K P 4905.5/ T e 4.6455 2.9在一恒容反应器中进行下列液相反应:3A B Rr R 1.6C A kmol /m h 2A Dr D 8.2C ：kmol /m 3 h式中r R,r D 分别表示产物R 及D 的生成速率。

反应用的原料为 A 与B 的混合物, 其中A 的浓度为2kmol/m 3，试计算A 的转化率达到95%寸所需的反应时间。

解：反应物A 的消耗速率应为两反应速率之和，即R A r R 2r D 1.6C A 16.4C ；1.6C A （1 10.25C A ）利用（2.6 ）式积分之KP SO 3KP05p SO 2 p o 25.84 10 31.46 10 3 8.553 0.5 10 343.26T e ⑷利用 su E 4P05F 780.9K6.282(2.31 )式求逆反应活化能UT Hr E -9.211104r⑸ 利用（2.31 ）式求最佳温度 T OP匚 su1 s RT Ur ln 隹 E EET OP9.629 1042780.91.403 105J/mol18.314 780.9 ln 14.03 739.004 K(14.03 9.211) 104 9.211dC A dt1.6C A (1 10.25C A )(1X A) 102氐1AO t 0.6463/1.6 0.4038h2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应:C6H3(CH3)3 H2 C G H4(CH3)2 CH 4C6H4（CH3）2 H2 C6H5CH3 CH 4反应器进口原料气组成为66.67%H,33.33%三甲基苯。