化學反應工程試題及答案

一、單項選擇題1.對于反應$A+B\longrightarrowC$，反應速率表達式為$r=kC_AC_B$，該反應為（）A.一級反應B.二級反應C.三級反應D.零級反應答案：B2.全混流反應器的特點是（）A.器內物料濃度和溫度處處均勻B.出口組成與器內組成不同C.返混為零D.停留時間相同答案：A3.反應級數(shù)$n$（）時，微觀流體和宏觀流體具有相同的反應結果。A.大于1B.小于1C.等于1D.等于0答案：C4.平推流反應器中，物料的停留時間分布函數(shù)$F(t)$在$t\geq\tau$（$\tau$為平均停留時間）時的值為（）A.0B.0.5C.1D.無法確定答案：C5.某反應的活化能$E=50kJ/mol$，則反應溫度由$300K$升高到$310K$時，反應速率常數(shù)$k$約增大（）A.1倍B.2倍C.3倍D.4倍答案：B6.對于反應級數(shù)$n>0$的反應，為降低反應器體積，應選用（）A.平推流反應器B.全混流反應器C.循環(huán)反應器D.間歇反應器答案：A7.反應$A\longrightarrow2B$，已知反應速率$r_A=0.05mol/(L\cdotmin)$，則$r_B$為（）A.0.05mol/(L\cdotmin)B.0.1mol/(L\cdotmin)C.0.025mol/(L\cdotmin)D.0.2mol/(L\cdotmin)答案：B8.下列不屬于理想反應器的是（）A.平推流反應器B.全混流反應器C.間歇反應器D.固定床反應器答案：D9.對于一個反應在不同溫度下進行，溫度升高時（）A.反應速率常數(shù)一定增大B.反應平衡常數(shù)一定增大C.反應速率一定增大D.反應熱一定增大答案：A10.全混流反應器的返混程度（）A.最大B.最小C.與平推流相同D.介于平推流和間歇反應器之間答案：A二、多項選擇題1.影響反應速率的因素有（）A.溫度B.濃度C.催化劑D.壓力（對氣相反應）答案：ABCD2.理想反應器包括（）A.平推流反應器B.全混流反應器C.間歇反應器D.半間歇反應器答案：ABC3.反應速率常數(shù)$k$與（）有關。A.溫度B.濃度C.活化能D.反應級數(shù)答案：AC4.對于平行反應，提高目的產物選擇性的方法有（）A.選擇合適的反應器B.控制反應溫度C.調節(jié)反應物濃度D.加入合適的催化劑答案：ABCD5.停留時間分布的測定方法有（）A.脈沖示蹤法B.階躍示蹤法C.周期示蹤法D.隨機示蹤法答案：AB6.下列關于反應級數(shù)的說法正確的是（）A.反應級數(shù)可以是整數(shù)B.反應級數(shù)可以是分數(shù)C.反應級數(shù)只能通過實驗測定D.反應級數(shù)與反應機理有關答案：ABCD7.全混流反應器的性能特點包括（）A.物料在反應器內充分混合B.反應器內溫度和濃度均一C.出口組成與器內組成相同D.適用于反應速率對濃度不敏感的反應答案：ABCD8.平推流反應器的優(yōu)點有（）A.反應速率快B.反應體積小C.產品質量均一D.返混為零答案：ABCD9.對于自催化反應，合適的反應器組合可以是（）A.平推流反應器串聯(lián)全混流反應器B.全混流反應器串聯(lián)平推流反應器C.多個全混流反應器串聯(lián)D.多個平推流反應器串聯(lián)答案：AB10.化學反應工程研究的主要內容包括（）A.反應動力學B.反應器設計與分析C.傳遞過程D.反應過程的優(yōu)化答案：ABCD三、判斷題1.反應速率只取決于反應物濃度。（）答案：錯誤。反應速率不僅取決于反應物濃度，還與溫度、催化劑等因素有關。2.平推流反應器中不存在返混。（）答案：正確。3.反應級數(shù)越大，反應速率對濃度的變化越敏感。（）答案：正確。4.全混流反應器內的物料溫度和濃度處處相同。（）答案：正確。5.催化劑只能加快反應速率，不能改變反應的平衡位置。（）答案：正確。6.停留時間分布函數(shù)$F(t)$的取值范圍是$0$到$1$。（）答案：正確。7.對于所有反應，溫度升高，反應速率常數(shù)一定增大。（）答案：正確。8.間歇反應器適用于小批量、多品種的生產。（）答案：正確。9.反應的活化能越大，反應速率受溫度的影響越小。（）答案：錯誤。活化能越大，反應速率受溫度影響越大。10.平行反應中，主副反應的反應速率常數(shù)之比決定了目的產物的選擇性。（）答案：正確。四、簡答題1.簡述平推流反應器和全混流反應器的特點。平推流反應器特點：物料以相同的流速向前推進，在器內無返混，所有物料在器內的停留時間相同；器內反應速率沿流動方向變化，出口組成與器內不同位置組成不同。全混流反應器特點：物料在器內充分混合，器內溫度和濃度處處均勻；出口組成與器內組成相同；返混程度最大，物料停留時間不同。2.簡述反應速率常數(shù)與溫度的關系。反應速率常數(shù)$k$與溫度$T$的關系遵循阿累尼烏斯方程$k=k_0e^{-E/RT}$，其中$k_0$為指前因子，$E$為活化能，$R$為氣體常數(shù)。溫度升高，$k$增大，反應速率加快。活化能$E$越大，溫度對$k$的影響越顯著。通過該關系，可分析溫度變化對反應速率的影響，為反應條件優(yōu)化提供依據。3.簡述停留時間分布函數(shù)$F(t)$和停留時間分布密度函數(shù)$E(t)$的物理意義。停留時間分布函數(shù)$F(t)$表示在定常態(tài)下的連續(xù)穩(wěn)定流動系統(tǒng)中，相對于某瞬間$t=0$流入反應器內的流體，在出口流體中停留時間小于$t$的物料所占的分率。停留時間分布密度函數(shù)$E(t)$表示在定常態(tài)下的連續(xù)穩(wěn)定流動系統(tǒng)中，相對于某瞬間$t=0$流入反應器內的流體，在出口流體中停留時間為$t$到$t+dt$之間的物料所占的分率與$dt$比值，反映了停留時間的分布情況。4.簡述催化劑的作用原理。催化劑能降低反應的活化能。它通過與反應物分子發(fā)生相互作用，形成中間絡合物，改變了反應途徑，使反應沿著活化能較低的新途徑進行。在反應結束后，催化劑恢復到原來的狀態(tài)，其化學性質和質量不變。雖然催化劑不改變反應的平衡常數(shù)，但能加快反應達到平衡的速度，從而提高生產效率。五、討論題1.在工業(yè)生產中，如何根據反應特點選擇合適的反應器？首先要考慮反應動力學特性，對于反應速率對濃度敏感且反應級數(shù)大于0的反應，平推流反應器可減少返混，提高反應速率和轉化率，適合此類反應；對于反應速率對濃度不敏感或自催化反應，全混流反應器可使物料充分混合，利于反應進行。其次，要考慮反應熱效應，對于強放熱反應，全混流反應器能更好地散熱，防止局部過熱；對于吸熱反應，平推流反應器可減少熱量損失。還要考慮生產規(guī)模和產品質量要求，小批量多品種生產適合間歇反應器，而大規(guī)模生產則需根據反應特性選擇平推流或全混流反應器以保證產品質量均一。2.討論溫度對反應速率和反應選擇性的影響。溫度對反應速率的影響遵循阿累尼烏斯方程，溫度升高，反應速率常數(shù)增大，反應速率加快。對于不同活化能的反應，溫度升高時，活化能高的反應速率增加得更快。對于反應選擇性，若主副反應活化能不同，升高溫度有利于活化能高的反應進行。當主反應活化能高于副反應時，升溫可提高主反應選擇性；反之，升溫會降低主反應選擇性。因此，在實際生產中，需綜合考慮反應速率和選擇性，通過優(yōu)化溫度條件來提高目的產物的收率。3.結合實際，談談停留時間分布在化學反應工程中的應用。在化學反應工程中，停留時間分布有重要應用。首先，通過測定停留時間分布，可判斷反應器內的流動狀況，如是否存在返混及返混程度大小，進而評估反應器性能。其次，利用停留時間分布數(shù)據，可對不同反應器進行比較和選擇，為反應器設計提供依據。再者，在反應過程優(yōu)化中，根據停留時間分布可調整操作條件，如流速、溫度等，使物料在反應器內停留時間更合理，提高反應轉化率和選擇性，減少副反應發(fā)生，從而提高生產效率和產品質量。4.討論如何提高串聯(lián)反應中目的產物的收率。要提高串聯(lián)反應中目的產物收率，可從以下方面入手。一是選擇合適的反應器，對于串聯(lián)反應，平