李绍芬版反应工程第二版完整答案(4)

（3）A?T rT?2.1CAmol/l?min

式中CA为反应物A的浓度（mol/l），原料中A和惰性气体各为一半（体积比），试求当A的转化率达85%时，其转化速率是多少？ 解：方法（1），先求出总摩尔变化数?A。

首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率：

1rAR?rR?0.4CA31rAS?rS?0.25CA2rAT?rT?2.1CA

总反应速率为：

以一摩尔反应物A为基准，总摩尔变化数为：

RA?rAR?rAS?rAT?2.75CA

?A?初始浓度为：

0.40.252.1?3??2??1?0.3822.752.752.75

P0yA00.1013?0.5?2??1.288?10mol/l?3RT8.314?10?473

CA0?则有

CA0(1?XA)1.288?10?2?0.15CA???1.6625?10?3mol/l1??AyA0XA1?0.5?0.38?0.85方法（2），可将CA表示为：

RA?2.75CA?2.75?1.6625?10?3?4.572?10?3mol/l.min CA0(1?XA)CA?1?yA0??AjXAj?AR??AS?AT3?1?212?1??11?0

方法（3），利用物料衡算可分别求出反应物A生成R及S的瞬间选择性SR,SS,因而可求出产物R及S的收率yR,yS,求得A转化率为85%时的分率：

0.40.25?0.85?1??0.85?0.32452.752.751.288?10?2?0.15CA??1.6623?10?3mol/l1?0.3245?0.5RA?2.75CA?2.75?1.6623?10?3?4.571?10?3mol/l.min

??AjXAj?2?yA?yA0(1?yR?yS?yT)?0.064531?2yA0yR?yA0ySCA?2CAOyA?1.288?10?2?0.06453?2?1.6623?10?3mol/lRA?2.75CA?2.75?1.6623?10?3?4.571?10?3mol/l.min其中：

SR?0.4CA0.4?(0.4?0.25?2.1)CA2.750.25CA0.25SS??(0.4?0.25?2.1)CA2.750.4?0.85?0.12362.750.25yS??0.85?0.077272.75yR?

2.14在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应：

以A,B及R分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：

（1）A???A? （2）A??B??R

（3）B??B??

若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。

解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应外，其它两步达到平衡，描述如下：

C6H5CH(CH3）2?C6H6?C3H6

A???A?A??B??RKA?pA?VB??B????rA?k?A?kpR?B

?A?rA?k?A?kpR?B

p?KB?BV?B?KBpB?V??A?KApA?V?B以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程：

由于?A??B??V?1 将?A,?B代入上式得：

KApA?V?KBpB?V??V?1

整理得：

1?KApA?KBpB

将?A,?B,?V代入速率方程中

??kKApAkpRKBpBk(pA?pBpR)/KPrA???1?KApA?KBpB1?KApA?KBpB1?KApA?KBpB

其中

???k?kKAKP?kKA/kKB

2.15在银催化剂上进行乙烯氧化反应：

?V?12C2H4?O2?2C2H4O

化作2(A)?(B2)?2(R) 其反应步骤可表示如下：

（1）A???A? （2）B2?2??2B? （3）A??B??R???

（4）R??R??

若是第三步是速率控制步骤，试推导其动力学方程。

解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应步骤外，其余近似达到平衡，写出相应的覆盖率表达式：

(1)A???A??A?KApA?V 整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示： 根据总覆盖率为1的原则，则有： 或 整理得：

(2)B2?2??2B??B?KBpB?V (4)R??R???R?KRpR?V ??rA?k?A?B?k?R?V

?A??B??R??V?1

KApA?V?KBpB?V?KRpR?V??V?1

1?V?KApA?KBpB?KRpR

将?A,?B,?R,?V代入反应速率方程，得：