2025年化學(xué)工程師職業(yè)資格考試《化學(xué)反應(yīng)工程》備考題庫及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.某氣相分解反應(yīng)A→3B，在恒容間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，初始壓力為p?，反應(yīng)至某時刻總壓為p，則此時A的轉(zhuǎn)化率x?為（）A.(pp?)/(2p?)B.(pp?)/(p?)C.(pp?)/(3p?)D.(2p?p)/(p?)2.已知某反應(yīng)的速率方程為r?=kC?2C?，當(dāng)C?濃度保持過量（變化可忽略）時，反應(yīng)表現(xiàn)為（）A.零級反應(yīng)B.一級反應(yīng)C.二級反應(yīng)D.三級反應(yīng)3.對于不可逆放熱反應(yīng)，在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時，為達(dá)到最高轉(zhuǎn)化率，最佳操作溫度應(yīng)（）A.隨轉(zhuǎn)化率升高而升高B.隨轉(zhuǎn)化率升高而降低C.保持恒定D.先升高后降低4.停留時間分布的無因次方差σθ2=0.2，該反應(yīng)器流動特性更接近（）A.平推流（σθ2≈0）B.全混流（σθ2=1）C.多釜串聯(lián)模型（N=5）D.軸向擴(kuò)散模型（Pe=10）5.某一級液相反應(yīng)在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率為90%，若改用全混流反應(yīng)器且k、C??、v不變，所需反應(yīng)器體積為平推流的（）倍A.1B.10C.100D.1/106.催化劑失活的主要類型不包括（）A.燒結(jié)B.中毒C.結(jié)焦D.活化7.對于自催化反應(yīng)A+P→2P（r=kC?C?），最優(yōu)反應(yīng)器組合為（）A.平推流反應(yīng)器串聯(lián)全混流反應(yīng)器B.全混流反應(yīng)器串聯(lián)平推流反應(yīng)器C.單臺平推流反應(yīng)器D.單臺全混流反應(yīng)器8.某反應(yīng)的阿倫尼烏斯方程為k=10?exp(80000/RT)（R=8.314J/(mol·K)），則反應(yīng)的活化能E?為（）kJ/molA.80B.80000C.8.314D.10?9.對于多級全混流反應(yīng)器串聯(lián)，當(dāng)串聯(lián)級數(shù)N→∞時，總轉(zhuǎn)化率趨近于（）A.全混流反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率B.平推流反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率C.零D.100%10.下列關(guān)于間歇反應(yīng)器的描述，錯誤的是（）A.適用于小批量、多品種生產(chǎn)B.物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間相同C.反應(yīng)器內(nèi)濃度、溫度均一D.需考慮輔助操作時間對生產(chǎn)能力的影響二、多項選擇題（每題3分，共15分，少選得1分，錯選不得分）1.影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素包括（）A.反應(yīng)物濃度B.反應(yīng)溫度C.催化劑D.反應(yīng)器材質(zhì)2.平推流反應(yīng)器（PFR）的特點有（）A.軸向無返混B.徑向濃度均一C.出口物料停留時間相同D.適合快速反應(yīng)3.非理想流動的主要模型包括（）A.軸向擴(kuò)散模型B.多釜串聯(lián)模型C.全混流模型D.平推流模型4.催化劑的基本特性包括（）A.改變反應(yīng)路徑B.提高平衡轉(zhuǎn)化率C.降低活化能D.具有選擇性5.對于n級不可逆反應(yīng)（n>0），相同轉(zhuǎn)化率下，所需反應(yīng)器體積從小到大的順序可能為（）A.平推流<全混流B.全混流<平推流C.多釜串聯(lián)（N=3）<全混流D.多釜串聯(lián)（N=3）>平推流三、填空題（每空2分，共20分）1.阿倫尼烏斯公式的表達(dá)式為k=__________，其中參數(shù)E?表示__________。2.全混流反應(yīng)器（CSTR）的物料衡算基本方程為__________（用FA?、xA、r?表示）。3.停留時間分布的兩個最基本統(tǒng)計特征是__________和__________。4.對于一級反應(yīng)，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)時間t與空時τ的關(guān)系為__________（恒容條件）。5.催化劑失活的三種主要類型是__________、__________和__________。四、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述平推流反應(yīng)器（PFR）與全混流反應(yīng)器（CSTR）的本質(zhì)區(qū)別，并說明對于n>0的不可逆反應(yīng)，為何PFR所需體積通常小于CSTR。2.解釋“空速”與“空時”的定義及兩者關(guān)系，說明空速增大對反應(yīng)器生產(chǎn)能力的影響（恒容反應(yīng)）。3.什么是“停留時間分布（RTD）”？如何通過脈沖示蹤法測定RTD曲線？4.催化劑的“活性”“選擇性”“穩(wěn)定性”分別指什么？工業(yè)上如何評價催化劑的綜合性能？5.對于可逆放熱反應(yīng)，為何存在“最佳反應(yīng)溫度曲線”？實際操作中如何接近該曲線？五、應(yīng)用題（共35分）（一）計算題（15分）某一級液相分解反應(yīng)A→B，速率常數(shù)k=0.2min?1，原料中A的初始濃度C??=2mol/L，體積流量v=10L/min。（1）若采用間歇反應(yīng)器，輔助操作時間t?=10min，要求A的轉(zhuǎn)化率xA=90%，求反應(yīng)器的有效體積V（假設(shè)反應(yīng)過程中體積不變）。（2）若改用全混流反應(yīng)器（CSTR），保持xA=90%，求所需反應(yīng)器體積V?，并比較與間歇反應(yīng)器的體積差異（忽略間歇反應(yīng)器的輔助時間影響時）。（二）分析題（10分）某公司擬用平推流反應(yīng)器（PFR）生產(chǎn)產(chǎn)品P，反應(yīng)為A→P（一級不可逆），現(xiàn)發(fā)現(xiàn)實際轉(zhuǎn)化率低于理論計算值。請從反應(yīng)器流動特性、動力學(xué)參數(shù)、操作條件三個方面分析可能的原因。（三）綜合題（10分）某氣相反應(yīng)A→2B，在恒壓平推流反應(yīng)器中進(jìn)行（可視為理想氣體），初始溫度T?=500K，壓力p?=0.1MPa，體積流量v?=10m3/h，速率常數(shù)k=0.5h?1（以分壓表示的速率方程：r?=kp?）。（1）推導(dǎo)以轉(zhuǎn)化率xA表示的反應(yīng)器體積V的表達(dá)式（提示：恒壓下體積隨轉(zhuǎn)化率變化）。（2）計算當(dāng)xA=80%時所需的反應(yīng)器體積V。答案及解析一、單項選擇題1.A解析：恒容氣相反應(yīng)A→3B，總物質(zhì)的量n=n?(1+2xA)，總壓p=p?(1+2xA)，解得xA=(pp?)/(2p?)。2.C解析：C?過量時，C?≈常數(shù)，速率方程簡化為r?=k’C?2（k’=kC?），表現(xiàn)為二級反應(yīng)。3.B解析：放熱反應(yīng)的最佳溫度隨轉(zhuǎn)化率升高而降低，以平衡反應(yīng)速率與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。4.C解析：多釜串聯(lián)模型中σθ2=1/N，N=1/0.2=5，故接近5釜串聯(lián)。5.B解析：平推流體積V?=vC??∫(0→0.9)dxA/(kC??(1xA))=v/k·ln(10)；全混流體積V?=vC??xA/(kC??(1xA))=v·0.9/(0.1k)=9v/k；V?/V?=9/(ln10)≈10（ln10≈2.303）。6.D解析：催化劑失活包括燒結(jié)（高溫下晶粒長大）、中毒（活性位被覆蓋）、結(jié)焦（積碳覆蓋），活化是提高活性的過程。7.B解析：自催化反應(yīng)初期速率低（C??。?，需用全混流提高C?濃度；后期速率高，用平推流提高轉(zhuǎn)化率。8.A解析：阿倫尼烏斯公式k=Aexp(E?/RT)，對比得E?=80000J/mol=80kJ/mol。9.B解析：N→∞時，多釜串聯(lián)反應(yīng)器趨近于平推流，轉(zhuǎn)化率趨近于平推流結(jié)果。10.C解析：間歇反應(yīng)器內(nèi)濃度隨時間變化，非均一（僅同一時刻各點均一）。二、多項選擇題1.ABC解析：反應(yīng)器材質(zhì)一般不直接影響反應(yīng)速率（除非參與催化）。2.ABCD解析：平推流軸向無返混，徑向均一，出口停留時間相同，適合快速反應(yīng)（減少返混損失）。3.AB解析：非理想流動模型包括軸向擴(kuò)散模型（連續(xù)模型）和多釜串聯(lián)模型（離散模型），全混流和平推流是理想模型。4.ACD解析：催化劑不改變平衡轉(zhuǎn)化率（僅改變達(dá)到平衡的速率）。5.AC解析：n>0時，平推流體積<多釜串聯(lián)<全混流；N越大，多釜串聯(lián)越接近平推流，體積越小。三、填空題1.Aexp(E?/RT)；活化能2.V=FA?xA/(r?)3.平均停留時間t（或τ）；方差σ2（或σθ2）4.t=τ5.中毒；燒結(jié)（或熱失活）；結(jié)焦（或積碳）四、簡答題1.本質(zhì)區(qū)別：PFR軸向無返混，物料停留時間相同；CSTR軸向完全返混，物料停留時間分布寬。對于n>0的反應(yīng)，反應(yīng)速率隨C?降低而減小。PFR中反應(yīng)物濃度沿程遞減，平均反應(yīng)速率高于CSTR（CSTR內(nèi)濃度等于出口濃度，為最低值），故達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率時PFR體積更小。2.空速（SV）：單位時間內(nèi)通過反應(yīng)器的物料體積與反應(yīng)器體積之比（SV=v/V），單位h?1；空時（τ）：反應(yīng)器體積與物料體積流量之比（τ=V/v），單位h。兩者關(guān)系：SV=1/τ（恒容）?？账僭龃螅é訙p?。?，反應(yīng)器處理能力提高，但轉(zhuǎn)化率可能降低（停留時間不足）。3.停留時間分布（RTD）：反應(yīng)器中物料停留時間的概率分布，描述物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動狀態(tài)。脈沖示蹤法：在入口瞬間注入示蹤劑（如階躍輸入改為脈沖），記錄出口示蹤劑濃度隨時間變化的曲線C(t)，RTD函數(shù)E(t)=C(t)/∫C(t)dt（歸一化后）。4.活性：催化劑加速反應(yīng)的能力（常用單位時間單位質(zhì)量催化劑的反應(yīng)量表示）；選擇性：催化劑促進(jìn)目標(biāo)反應(yīng)、抑制副反應(yīng)的能力（選擇性=目標(biāo)產(chǎn)物生成量/反應(yīng)物轉(zhuǎn)化總量）；穩(wěn)定性：催化劑在長期使用中保持活性和選擇性的能力（抗失活能力）。工業(yè)評價需綜合考察活性選擇性穩(wěn)定性的平衡，同時考慮成本、再生性能等。5.可逆放熱反應(yīng)的速率由動力學(xué)（隨溫度升高而加快）和熱力學(xué)（隨溫度升高平衡轉(zhuǎn)化率降低）共同決定。存在一個最佳溫度T_opt，使反應(yīng)速率最大。隨著轉(zhuǎn)化率升高，平衡溫度降低，最佳溫度曲線需隨轉(zhuǎn)化率升高而降低。實際操作中可通過分段控溫（如多段絕熱反應(yīng)器間設(shè)置冷卻）或使用換熱式反應(yīng)器接近該曲線。五、應(yīng)用題（一）計算題（1）間歇反應(yīng)器反應(yīng)時間t=(1/k)ln(1/(1xA))=(1/0.2)ln(10)=5×2.303≈11.515min總操作時間t總=t+t?=11.515+10=21.515min處理量=v×t總=10L/min×21.515min=215.15L（體積流量為10L/min，即每分鐘處理10L原料，故反應(yīng)器體積需滿足一次處理量）但正確計算應(yīng)為：間歇反應(yīng)器體積V=v×t總（因每批處理時間t總內(nèi)，需處理v×t總體積的原料），但實際應(yīng)為V=v×t（反應(yīng)時間內(nèi)的體積）+輔助時間不影響體積（體積由反應(yīng)時間內(nèi)的物料量決定）。正確公式：V=v×t=10L/min×11.515min≈115.15L（輔助時間影響生產(chǎn)頻率，不直接影響反應(yīng)器體積，體積由反應(yīng)時間內(nèi)的物料量決定）。（2）全混流反應(yīng)器體積V?=vC??xA/(kC??(1xA))=vxA/(k(1xA))=10×0.9/(0.2×0.1)=450L間歇反應(yīng)器忽略輔助時間時體積V=v×t=10×11.515≈115.15L，故全混流體積約為間歇的4倍（450/115≈3.9）。（二）分析題可能原因：1.流動特性：實際反應(yīng)器存在返混（如軸向擴(kuò)散或死角），導(dǎo)致停留時間分布變寬，部分物料未達(dá)到足夠反應(yīng)時間；或存在溝流，部分物料短路。2.動力學(xué)參數(shù)：實驗測定的k值偏小（如溫度控制不準(zhǔn)確、催化劑活性降低），或反應(yīng)級數(shù)判斷錯誤（實際級數(shù)低于假設(shè)值）。3.操作條件：進(jìn)料溫度低于設(shè)計值（k下降）；進(jìn)料濃度C??低于設(shè)計值（反應(yīng)速率降低）；壓力波動導(dǎo)致實際體積流量變化（空時減?。?。（三）綜合題（1）恒壓下，氣相反應(yīng)A→2B，膨脹因子ε?=(21)/1=1。體積流量v=v?(1+ε?xA)=v?(1+xA)。分壓p?=p?(1xA)/(1+ε?xA)=p?(1xA)/(1+xA)（理想氣體，p?=P總×y?，y?=(1xA)/(1+xA)）。速率方程r?=kp?=kp?(1xA)/(1+xA)。平推流反應(yīng)器物料衡算：dV=FA?dxA/(r?)，F(xiàn)A?=p?v?/(RT?)（摩爾流量）。代入得V=FA?∫(0→xA)(1+xA)dxA/[kp?(1xA)]=(v?/(RT?))∫(0→xA)(1+xA)