2025年化工實(shí)驗(yàn)大賽理論試題及答案一、單選題（每題2分，共30分。每題只有一個正確答案，錯選、多選均不得分）1.在測定乙醇—水體系汽液平衡數(shù)據(jù)時，若采用改進(jìn)型Rose平衡釜，下列哪項(xiàng)操作順序最合理？A.先抽真空→再加熱→最后進(jìn)料B.先進(jìn)料→再抽真空→最后加熱C.先加熱→再進(jìn)料→最后抽真空D.先抽真空→同時進(jìn)料→再緩慢升溫答案：B解析：Rose釜需先加入約60mL料液，再抽真空排除不凝氣，最后緩慢升溫至沸騰，避免干燒。2.用轉(zhuǎn)子流量計標(biāo)定CO?時，若實(shí)際氣體溫度高于標(biāo)定溫度，則體積流量讀數(shù)會：A.偏高B.偏低C.不變D.先高后低答案：A解析：轉(zhuǎn)子流量計為恒壓差變面積式，溫度升高氣體密度下降，浮子平衡位置上移，刻度按體積流量定標(biāo)，故讀數(shù)偏高。3.在管式反應(yīng)器中進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)A→B，若軸向擴(kuò)散系數(shù)D?增大，則出口轉(zhuǎn)化率X將：A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：B解析：軸向擴(kuò)散增強(qiáng)返混，使?jié)舛忍荻葴p小，反應(yīng)推動力下降，X降低。4.采用熱重法測定CaC?O?·H?O失水過程，若升溫速率由5℃/min提至20℃/min，則失水臺階對應(yīng)的TG曲線將：A.向高溫側(cè)移動且變陡B.向低溫側(cè)移動且變緩C.向高溫側(cè)移動且變緩D.位置不變但變陡答案：C解析：升溫速率越快，傳熱滯后越大，失重起始/終止溫度均升高，臺階斜率減小。5.在二元體系汽液平衡實(shí)驗(yàn)中，若冷凝器壁面輕微漏熱，則測得的相對揮發(fā)度α?xí)篈.偏大B.偏小C.不變D.無法判斷答案：A解析：漏熱導(dǎo)致冷凝液部分汽化，氣相富集輕組分，y?增大，x?基本不變，α=y?x?/(y?x?)增大。6.用烏氏粘度計測定聚苯乙烯—甲苯溶液的特性粘度時，若溶液未恒溫至25℃即開始計時，測得流出時間t將：A.偏高B.偏低C.不變D.隨機(jī)波動答案：B解析：溫度高→溶劑粘度低→流出時間短，導(dǎo)致t偏低，進(jìn)而[η]偏低。7.在填料塔用水吸收氨的實(shí)驗(yàn)中，若入口氣相氨濃度突增而液量不變，則體積總傳質(zhì)系數(shù)Kya將：A.顯著增大B.顯著減小C.基本不變D.先增后減答案：C解析：Kya主要取決于流體力學(xué)狀態(tài)與物性，氣相濃度變化對其影響可忽略。8.采用電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)時，若NaOH初始濃度0.02mol/L誤配為0.025mol/L，則測得表觀k將：A.偏大B.偏小C.不變D.與溫度有關(guān)答案：C解析：二級反應(yīng)k由電導(dǎo)—時間直線斜率求得，與初始濃度無關(guān)，僅與溫度有關(guān)。9.在二元合金步冷曲線中，若冷卻速率過快，則平臺段長度會：A.變長B.變短C.不變D.消失答案：B解析：過冷度增大，平臺因潛熱釋放滯后而縮短，甚至消失。10.用BET法測比表面積，若P/P?取值范圍0.05~0.35，但實(shí)驗(yàn)點(diǎn)僅取0.10~0.20，則比表面積結(jié)果：A.偏高B.偏低C.無系統(tǒng)偏差D.無法計算答案：C解析：BET線性區(qū)間即0.05~0.35，0.10~0.20仍在范圍內(nèi)，斜率截距可準(zhǔn)確獲得。11.在管殼式換熱器傳熱實(shí)驗(yàn)中，若殼程通蒸汽而管程走空氣，為強(qiáng)化傳熱優(yōu)先應(yīng)：A.提高空氣流速B.提高蒸汽壓力C.加裝折流板D.減小管壁厚度答案：A解析：空氣側(cè)熱阻占主導(dǎo)，提高其流速可顯著降低1/h?。12.采用動態(tài)法測液相擴(kuò)散系數(shù)時，若示蹤劑注入脈沖寬度增大，則測得D將：A.偏大B.偏小C.不變D.先小后大答案：B解析：脈沖寬相當(dāng)于初始條件偏離理想δ函數(shù)，擬合方差增大，D偏小。13.在恒壓過濾實(shí)驗(yàn)中，若濾餅可壓縮，則提高過濾壓力ΔP，比阻r將：A.增大B.減小C.不變D.先減后增答案：A解析：可壓縮濾餅r=r?ΔP?，s>0，r隨ΔP增大而增大。14.用阿貝折光儀測二元液相組成時，若儀器未恒溫，則測得x?與真實(shí)值相比：A.偏高B.偏低C.可能高也可能低D.無影響答案：C解析：溫度升高，多數(shù)體系折光率下降，但不同組分溫度系數(shù)符號可正可負(fù)，故偏差方向不確定。15.在鼓泡塔中測氣含率εg，若采用壓差法，測壓口垂直間距1.0m，讀得ΔP=8.5kPa，則εg為（ρl=1000kg/m3，g=9.81m/s2）：A.0.13B.0.25C.0.37D.0.49答案：A解析：ΔP=ρlg(1?εg)Δh→εg=1?ΔP/(ρlgΔh)=1?8500/(1000×9.81×1)=0.133。二、多選題（每題3分，共15分。每題至少有兩個正確答案，多選、少選、錯選均不得分）16.關(guān)于旋光法測定蔗糖水解速率常數(shù)，下列說法正確的是：A.反應(yīng)級數(shù)為一級B.旋光度與濃度呈線性關(guān)系C.需用Guggenheim法處理數(shù)據(jù)可避免測t∞D(zhuǎn).溫度每升高1℃，k約增4%~6%E.可用鈉燈D線作為光源答案：ABCE解析：D項(xiàng)錯誤，溫度系數(shù)約8%~10%。17.在液液萃取實(shí)驗(yàn)中用30%TBP—煤油萃取水相醋酸，若相比O/A增大，則：A.萃取率增大B.平衡分配系數(shù)m增大C.理論級數(shù)減少D.萃余相濃度降低E.萃取相濃度降低答案：ACD解析：m為熱力學(xué)常數(shù)，與相比無關(guān)；萃取相濃度y=mx，因x降低而y降低，但總量增大。18.下列哪些措施可有效降低恒溫槽溫度波動度：A.提高攪拌強(qiáng)度B.采用PID控溫C.增大加熱器功率D.加裝級聯(lián)冷卻E.采用高比熱容介質(zhì)答案：ABDE解析：單純增大加熱器功率反而加劇波動。19.在氣相色譜法測無限稀釋活度系數(shù)時，需滿足：A.載氣不與固定相作用B.溶質(zhì)在柱溫下不聚合C.進(jìn)樣量趨于零D.檢測器為TCDE.固定相為高分子量非揮發(fā)性液體答案：ABCE解析：檢測器類型不限，F(xiàn)ID亦可。20.關(guān)于差示掃描量熱法(DSC)測定聚合物Tg，下列正確的是：A.升溫速率越快，Tg越高B.樣品量越大，Tg越明顯C.二次掃描可消除熱歷史D.氮?dú)饬魉賹g無影響E.可用半外推切線法確定Tg答案：ACE解析：樣品量過大導(dǎo)致熱滯后，氮?dú)饬魉儆绊懟€穩(wěn)定性。三、判斷題（每題1分，共10分。正確打“√”，錯誤打“×”）21.在恒壓過濾中，若濾布阻力為零，則過濾常數(shù)K與壓力無關(guān)。答案：×解析：K=2ΔP/(μrν)，仍含ΔP。22.采用電導(dǎo)法測乙酸乙酯皂化反應(yīng)，若反應(yīng)物初始濃度相等，則電導(dǎo)率隨時間線性下降。答案：×解析：二級反應(yīng)1/κ與t呈線性。23.在二元汽液平衡實(shí)驗(yàn)中，若采用Ellis平衡釜，則回流比越大，平衡數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確。答案：√解析：足夠回流可使汽液兩相充分接觸，趨近平衡。24.用落球法測粘度時，若小球未達(dá)終端速度即通過第一個光電門，則測得粘度偏低。答案：√解析：平均速度偏大，按Stokes公式η=2r2g(ρs?ρf)/(9v)得η偏低。25.在管式反應(yīng)器停留時間分布實(shí)驗(yàn)中，若示蹤劑注入方式為階躍輸入，則出口響應(yīng)曲線F(t)即為E(t)。答案：×解析：E(t)=dF(t)/dt。26.采用熱重法測CaCO?分解動力學(xué)，若樣品粒徑減小，則表觀活化能Ea一定降低。答案：×解析：Ea為本征參數(shù)，與粒徑無關(guān)，但擴(kuò)散阻力減小使反應(yīng)移至動力學(xué)區(qū)。27.在萃取塔實(shí)驗(yàn)中，若界面張力增大，則液滴平均直徑增大，傳質(zhì)系數(shù)降低。答案：√解析：We數(shù)減小，d32增大，a減小，Kya降低。28.用沸點(diǎn)儀測汽液平衡時，若冷凝器未充分冷卻，則測得氣相組成y?將偏小。答案：×解析：部分汽化導(dǎo)致y?偏大。29.在鼓泡塔中，表觀氣速增大，則氣含率εg與比表面積a均單調(diào)增大。答案：×解析：εg增大，但d32亦增大，a可能下降。30.采用動態(tài)光散射法測納米粒子流體力學(xué)半徑時，若溶液含微量灰塵，則測得粒徑分布會出現(xiàn)大顆粒尾峰。答案：√解析：灰塵散射強(qiáng)度∝d?，對分布影響顯著。四、填空題（每空2分，共20分）31.在恒壓過濾中，若濾液體積V與時間θ的關(guān)系滿足拋物線V2=Kθ，則過濾常數(shù)K的單位為________。答案：m?/s解析：由量綱[V2]=m?，[θ]=s，得K=m?/s。32.用烏氏粘度計測得純?nèi)軇┝鞒鰰r間t?=95.2s，溶液流出時間t=135.6s，則相對粘度ηr=________。答案：1.424解析：ηr=t/t?=135.6/95.2=1.424。33.在二元體系汽液平衡中，若已知lnγ?=Ax?2，lnγ?=Ax?2，則體系為________型溶液。答案：對稱解析：Margules單參數(shù)方程，對稱。34.采用電導(dǎo)法測得25℃時0.01mol/LNaCl溶液電導(dǎo)率κ=1413μS/cm，則其摩爾電導(dǎo)率Λm=________S·cm2/mol。答案：141.3解析：Λm=κ/c=1413/(0.01×10?3)=141.3×10?μS·cm2/mol=141.3S·cm2/mol。35.在管式反應(yīng)器中進(jìn)行一級反應(yīng)，若空時為τ，則其無量綱方差σθ2=________。答案：0解析：理想活塞流σθ2=0。36.用BET法測得氮?dú)鈫螌游搅縑m=35.2cm3(STP)/g，則比表面積SBET=________m2/g。（氮分子截面積0.162nm2）答案：153.6解析：SBET=Vm·NA·σ/(22400×10?1?)=35.2×6.022×0.162/22.4=153.6。37.在液液萃取中，若分配系數(shù)m=2.5，相比O/A=1，則單級萃取率E=________%。答案：71.4解析：E=m/(m+1)=2.5/3.5=0.714。38.采用DSC測得聚乙烯熔融峰面積ΔH=180J/g，則其結(jié)晶度Xc=________%。（100%結(jié)晶ΔH?=293J/g）答案：61.4解析：Xc=180/293×100%=61.4%。39.在鼓泡塔中，若氣含率εg=0.25，則平均密度ρ?=________kg/m3。（ρl=1000kg/m3，ρg=1.2kg/m3）答案：750.3解析：ρ?=εgρg+(1?εg)ρl=0.25×1.2+0.75×1000=750.3。40.用阿倫尼烏斯方程擬合得lnk=?4200/T+12.5，則指前因子A=________s?1。答案：2.69×10?解析：A=exp(12.5)=2.69×10?。五、計算與綜合題（共75分）41.（10分）在管式反應(yīng)器中進(jìn)行氣相分解反應(yīng)A→2B，已知速率方程?rA=kCA，k=0.15s?1，進(jìn)料純A，CA0=0.1mol/L，流量Q0=2L/min，反應(yīng)器體積VR=5L，求出口轉(zhuǎn)化率X。解：空時τ=VR/Q0=5/(2/60)=150s對一級反應(yīng)：τ=CA0∫?^XdX/(?rA)=∫?^XdX/[kCA0(1?X)]=?ln(1?X)/k得：?ln(1?X)=kτ=0.15×150=22.51?X=exp(?22.5)=1.73×10?1?X≈1.000答案：出口轉(zhuǎn)化率≈100%。解析：反應(yīng)極快，150s內(nèi)已完全轉(zhuǎn)化。42.（12分）在填料塔用水吸收CO?，塔徑0.1m，填料高1.5m，入口CO?摩爾分?jǐn)?shù)y?=0.02，出口y?=0.004，液量L=200mol/h，水量極大可視為恒定，操作溫度25℃，壓力1atm，已知液相總傳質(zhì)單元數(shù)NOL=4.2，求體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa（mol/(m3·h)）。解：對數(shù)平均推動力Δym=(y??y?)/ln(y?/y?)=0.016/ln5=0.00994傳質(zhì)速率NA=G(y??y?)=G×0.016G=πD2/4×Gs，Gs未知，但NOL=∫dy/(y?y)=4.2因水量極大，y=0，故NOL=ln(y?/y?)=ln5=1.609≠4.2，題設(shè)矛盾。修正：題目應(yīng)為NOL=4.2已給定，則HOL=Z/NOL=1.5/4.2=0.357m又HOL=L/(Kxa·A)A=π×0.12/4=7.854×10?3m2Kxa=L/(HOL·A)=200/(0.357×7.854×10?3)=7.13×10?mol/(m3·h)答案：Kxa=7.1×10?mol/(m3·h)。解析：注意NOL定義與操作線關(guān)系。43.（13分）用DSC測得某聚合物在升溫速率β=5℃/min時表現(xiàn)Tg=105℃，β=20℃/min時Tg=115℃，已知Tg隨β變化滿足Tg=Tg?+c·lnβ，求當(dāng)β=10℃/min時Tg。解：115=Tg?+c·ln20105=Tg?+c·ln5兩式相減：10=c(ln20?ln5)=c·ln4→c=10/1.386=7.22代入：Tg?=105?7.22·ln5=105?11.62=93.4℃β=10℃/min：Tg=93.4+7.22·ln10=93.4+16.6=110.0℃答案：110℃。解析：利用對數(shù)線性關(guān)系外推。44.（15分）在液液萃取實(shí)驗(yàn)中，用30%TBP—煤油萃取水相醋酸，平衡數(shù)據(jù)如下：x(mol/L)0.51.01.52.0y(mol/L)0.751.351.852.25若采用單級萃取，料液xF=1.8mol/L，相比O/A=1，求萃余相xR及萃取率E。解：作y~x曲線，xF=1.8對應(yīng)yE≈2.05（插值）物料衡算：A·xF+O·yS=A·xR+O·yE，yS=01.8=xR+yE，又yE=f(xR)試差：設(shè)xR=0.9→yE=1.25，不符設(shè)xR=0.7→yE=1.10，仍低線性插值平衡線：y=1.85+(2.25?1.85)/(2.0?1.5)×(x?1.5)=1.85+0.8(x?1.5)代入衡算：1.8=xR+1.85+0.8xR?1.2→1.8=0.65+1.8xR→xR=0.638mol/LyE=1.85+0.8(0.638?1.5)=1.85?0.69=1.16mol/L萃取率E=(xF?xR)/xF=(1.8?0.638)/1.8=64.6%答案：xR=0.64mol/L，E=64.6%。解析：平衡線與操作線聯(lián)立求解。45.（25分）實(shí)驗(yàn)設(shè)計：需測定氣固催化反應(yīng)A→B的本征動力學(xué)，已知反應(yīng)為一級，催化劑為φ2mm球形顆粒，操作溫度200℃，壓力1atm，A在顆粒內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù)De=0.08cm2/s，外部傳質(zhì)系數(shù)kg=5cm/s，為避免內(nèi)外擴(kuò)散影響，請設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并計算最大允許粒徑及最