2025年大学二年级（化学工程与工艺）化学反应工程试题及答案.doc

2025年大学二年级（化学工程与工艺）化学反应工程试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：每题只有一个正确答案，请将正确答案的序号填在括号内。(总共10题，每题3分)
1. 对于反应A + B → C，其反应速率方程式为r = k[A][B]，则该反应为（ ）
A. 零级反应
B. 一级反应
C. 二级反应
D. 三级反应
2. 化学反应速率常数k的大小取决于（ ）
A. 反应物浓度
B. 反应温度
C. 反应压力
D. 催化剂
3. 某反应的活化能为80kJ/mol，当温度从298K升高到308K时，反应速率常数k将（ ）
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 无法确定
4. 对于可逆反应A ⇌ B，下列说法正确的是（ ）
A. 正反应速率等于逆反应速率时，反应达到平衡
B. 反应物浓度等于生成物浓度时，反应达到平衡
C. 反应进行到一定程度时，反应达到平衡
D. 以上说法都不对
5. 下列哪种反应器属于理想置换反应器（ ）
A. 间歇反应器
B. 全混流反应器
C. 平推流反应器
D. 搅拌釜式反应器
6. 对于一级反应，其半衰期与反应速率常数k的关系为（ ）
A. t1/2 = 0.693/k
B. t1/2 = k/0.693
C. t1/2 = 1/k
D. t1/2 = k
7. 某反应在500K时的反应速率常数为k1，在600K时的反应速率常数为k2，且k2/k1 = 10，则该反应的活化能为（ ）
A. 10kJ/mol
B. 20kJ/mol
C. 40kJ/mol
D. 80kJ/mol
8. 对于平行反应A → B（主反应），A → C（副反应），下列说法正确的是（ ）
A. 提高反应物浓度有利于主反应
B. 降低反应物浓度有利于主反应
C. 改变反应物浓度对主副反应无影响
D. 以上说法都不对
9. 全混流反应器的特点是（）
A. 反应器内物料浓度处处相等
B. 反应器内物料温度处处相等
C. 反应器内物料的停留时间相同
D. 以上都是
10. 对于反应级数大于零的反应，下列哪种反应器的反应效果最好（ ）
A. 间歇反应器
B. 全混流反应器
C. 平推流反应器
D. 搅拌釜式反应器

第II卷（非选择题 共70分）
11. （10分）简述化学反应工程的研究内容。
12. （15分）某反应的速率方程式为r = k[A]^2[B]，当[A] = 2mol/L，[B] = 3mol/L时，反应速率为0.12mol/(L·s)，求反应速率常数k。
13. （15分）对于反应A + B → C，在间歇反应器中进行，反应开始时[A] = [B] = 1mol/L，反应进行到10min时，[A] = 0.5mol/L，求该反应的反应速率及反应级数。
1上4. （15分）材料：在某化工生产中，采用连续搅拌釜式反应器进行一个二级反应A + B → C，已知进料流量为10m^3/h，进料浓度[A] = [B] = 反应速率常数k = 2m^(-1)·h^(-1)。求反应器的体积。
15. （15分）材料：某反应A → B在平推流反应器中进行，反应速率常数k = 0.5h^(-1)，进料流量为5m^3/h，进料浓度[A] = 2mol/L。求反应器的长度（假设反应器内径为1m）。

答案：1. C 2. B 3.A 4. A 5. C 6. A 7. C 8. A 9. D 10. C 11. 化学反应工程主要研究化学反应的工程问题，包括反应动力学、反应器设计与分析、反应过程的优化与控制等。通过建立数学模型，研究化学反应在不同反应器中的行为，以实现反应过程的高效、稳定运行。 12. 将[A] = 2mol/L，[B] = 3mol/L，r = 0.12mol/(L·s)代入速率方程式r = k[A]^2[B]，可得0.12 = k×2^2×3，解得k = 0.01mol^(-2)·L^2·s^(-1)。 13. 反应速率r = -d[A]/dt = (1 - 0.5)/10 = 0.05mol/(L·min)。设反应级数为n，根据速率方程式r = k[A]^n[B]^m，由于反应开始时[A] = [B]，则r = k[A]^(n + m)。将r = 0.05mol/(L·min)，[A] = 0.5mol/L代入可得0.05 = k×0.5^(n + m)。又因为反应开始时r = k×1^(n + m) = k，所以k = 0.05mol/(L·min)，则0.05 = 0.05×0.5^(n + m)，解得n + m = 2，所以反应级数为二级。 14. 对于二级反应A + B → C，在连续搅拌釜式反应器中，反应速率r = k[CA][CB]。已知进料流量为10m^3/h，进料浓度[CA0] = [CB0] = 1mol/L，反应速率常数k = 2m^(-1)·h^(-1)。设反应器体积为V，则V = q0(CA0 - CA)/r。根据物料衡算，CA = CA0/(1 + kτ)，其中τ = V/q0。将CA = CA0/(1 + kτ)代入r = k[CA][CB]，可得r = kCA0^2/(1 + kτ)^2。又因为q0 = 10m^3/h，CA0 = 1mol/L，k = 2m^(-1)·h^(-1)，代入V = q0(CA0 - CA)/r，解得V = 5m^3。 15. 对于反应A → B在平推流反应器中，反应速率r = kCA。已知进料流量为5m^3/h，进料浓度CA0 = 2mol/L，反应速率常数k = 0.5h^(-1)。根据物料衡算，CA = CA0e^(-kt)。在反应器出口处，CA = CA0e^(-kL/u)，其中L为反应器长度，u为流体流速。已知反应器内径为1m，则u = q0/(πd^2/4) = 5/(π×1^2/4) = 20/π m/h。将CA = CA0e^(-kL/u)代入r = kCA，可得r = kCA0e^(-kL/u)。又因为r = kCA0，所以e^(-kL/u) = 1，即-kL/u = 0，解得L = 0。但这是不合理的，说明在给定条件下，反应在平推流反应器中可以完全进行，所需反应器长度为无穷大。实际上，由于反应不可能完全进行，当反应进行到一定程度时，认为反应达到了预期效果，则可根据实际情况确定反应器的合理长度。