1 绪 论
1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算
（1） （1） 反应的选择性；
（2） （2） 反应器出口气体的组成。
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：
2CH3OH?O2?2HCHO?2H2O
2CH3OH?3O2?2CO2?4H2O
（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为 组分 摩尔分率yi0 摩尔数ni0(mol) CH3OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 空气 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0 设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：
nA=nA0(1-XA)=7.672 mol nP=nA0YP=18.96 mol
nC=nA0(XA-YP)=0.7672 mol
结合上述反应的化学计量式，水（nW）、氧气（nO）和氮气（nN）的摩尔数分别为：
nW=nW0+nP+2nC=38.30 mol nO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 mol nN=nN0=43.28 mol
所以，反应器出口气体组成为： 组分 摩尔数（mol） 摩尔分率% CH3OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H2O 38.3 34.87 CO2 0.7672 0.6983 O2 0.8788 0.7999 N2 43.28 39.39 S?Y?0.629?0.9611?96.11%X0.720
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。在等温常压下不断取样分析，测的组分A的浓度随时间变化的数据如下： 反应时间（h） 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 CA(mol/L) 0.9 0.61 0.42 0.28 0.17 0.12 0.08 0.045 0.03 试求反应时间为3.5h的A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CA～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
由（2.6）式可知反应物的水解速率为
?dC???0.76??0.125mol/l.h6.1A?0.125mol/l.hr?Adt
2.4在等温下进行液相反应A+B→C+D，在该条件下的反应速率方程为： 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：由题中条件知是个等容反应过程，且A和B的初始浓度均相等，即为1.5mol/l，故可把反应速率式简化，得 由（2.6）式可知
?d??dCAdXA?CA0(1?XA)???rA????CA0dtdtdt
0.5rA?0.8C1.5ACBmol/l?min
0.5222rA?0.8C1.5C?0.8C?0.8C(1?X)ABAA0A
代入速率方程式
CA0dXA22?0.8CA0(1?XA)dt
化简整理得
dXA?0.8CA0dt(1?XA)
积分得
0.8CA0t?解得XA=82.76%。
2.6下面是两个反应的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最佳温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。根据下面两图回答：
XA1?XA
（1） （1） 是可逆反应还是不可逆反应？
（2） （2） 是放热反应还是吸热反应？
（3） （3） 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？ （4） （4） 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
速率最小？
（5） （5） 在C,R两点中，谁的速率大？
（6） （6） 根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大？
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 (4)O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,M点的速率大小。
2.8常压下，在钒催化剂上进行SO2氧化反应，原料气组成为7%O2及82%N2。试计算转化率为80%时的最佳温度。二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能
49.211?10J/mol，化学计量数等于2，反应式为： 为
SO2?1O2?SO32
其平衡常数与温度的关系为：
logKp?4905.5/Te?4.6455
该反应的热效应?Hr?9.629?10J/mol。
解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压： 以100mol为基准 x SO2 O2 SO3 N2 ∑ 0 7.0 11.0 0 82.0 100.0 0.80 7(1-0.80)=1.4 11-5.6×0.5=8.2 5.60 82.0 97.2 4pSO2?PySO2?0.1013?1.4/97.2?1.46?10?3(MPa)pO2?PyO2?0.1013?8.2/97.2?8.55?10?3(MPa)pSO3?PySO3?0.1013?5.6/97.2?5.84?10?3(MPa)pN2?PyN2?0.1013?82/97.2?8.55?10?2(MPa) （2）求与上述组成对应的平衡常数KP值：
KP?pSO30.5pSO2po2?35.84?10??43.26?3??3?0.51.46?10?8.55?10???
(3)求平衡温度Te
logKp?4905.5/Te?4.6455
(4)利用（2.31）式求逆反应活化能E值
Te?4905.5?780.9K6.282(5)利用（2.31）式求最佳温度TOP
2.11在210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应：
????44?9.629?10?HrE?E??9.211?10??1.403?105J/mol?r2
该反应为一级不可逆反应，反应速率常数与温度的关系为
C2H5NO2?NO?1CH3CHO?1C2H5OH22
k?1.39?1014exp(?1.897?104/T)(s?1)，若反应是在恒容下进行，系统的
起始总压为0.1013MPa，采用的是纯亚硝酸乙脂，试计算亚硝酸乙脂分解率为
80%时，亚硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。 若采用恒压反应，乙醇的生成速率又是多少？
解：（1）恒容过程，其反应式可表示为：
反应速率式表示为：
A?B?1C?1D22
设为理想气体，反应物A的初始浓度为：
rA?kCA?kCA0(1?XA)
CA0?PyA0?20.1013??2.523?10mol/l?3RT8.314?10?483rA?kCA0(1?XA)?1.39?1014exp(?18973/T)?CA0(1?XA)?1.39?1014exp(?18973/483)?2.523?10?2?(100.8)?6.112?10?6mol/l.s
亚硝酸乙脂的分解速率为： 乙醇的生成速率为：
RA?rA?6.112?10?6mol/l.s
（2）恒压过程，由于反应前后摩尔数有变化，是个变容过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化。
RD?1rA?3.056?10?6mol/l.s2
?A???t/?A?1?0.5?0.5?1?1由于反应物是纯A，故有：yA0=1。
由（2.52）式可求得组分的瞬间浓度：
1
CA0(1?XA)2.523?10?2(1?0.8)CA???2.803?10?2mol/l1??AyA0XA1?1?1?0.8rA?kCA?1.39?1014exp(?18973/483)?2.803?10?2?3.395?10?6mol/l.s乙醇的生成速率为：
2.12甲烷与水蒸气在镍催化剂及750℃等温下的转化反应为：
1RD?rA?1.698?10?6mol/l.s2
CH4?2H2O?CO2?4H2
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