2025年大学大三（化学工程与工艺）反应工程基础试题及答案.doc

2025年大学大三（化学工程与工艺）反应工程基础试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第 I 卷（选择题，共30分）
本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 对于反应A + B → C，其反应速率表达式为r = kc(A)c(B)，该反应为几级反应？
A. 一级
B. 二级
C. 零级
D. 三级

2. 某反应的活化能为80kJ/mol，当温度从300K升高到310K时，反应速率常数k将增大多少倍？
A. 1.1
B. 1.2
C. 1.3
D. 1.4

3. 在间歇反应器中进行某反应，反应物A的初始浓度为2mol/L，反应1小时后，A的浓度变为1mol/L，则该反应的反应速率为？
A. 1mol/(L·h)
B. 2mol/(L·h)
C. 0.5mol/(L·h)
D. 0.25mol/(L·h)

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. 反应进行到一半时，反应达到平衡
D. 以上说法都不对

5. 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，则该反应的活化能约为？
A. 10kJ/mol
B. 20kJ/mol
C. 30kJ/mol
D. 40kJ/mol

6. 在连续流动釜式反应器中进行某反应，已知进料流量为10m³/h，反应器体积为5m³，则该反应器的空时为？
A. 0.5h
B. 1h
C. 2h
D. 3h

7. 对于平行反应A → P（主反应），A → S（副反应），下列哪种情况有利于提高主产物P的收率？
A. 提高反应温度
B. 降低反应温度
C. 增加反应物浓度
D. 减小反应物浓度

8. 某反应的速率方程为r = kc(A)²c(B)，若将反应物A的浓度增大一倍，反应物B的浓度减小一半，则反应速率将？
A. 增大一倍
B. 减小一半
C. 不变
D. 增大四倍

9. 在全混流反应器中进行某反应，已知进料中反应物A的浓度为1mol/L，反应速率常数为0.5mol/(L·min)，要求反应物A的转化率达到80%，则反应器的体积与进料流量之比为？
A. 1.6min
B. 2min
C. 2.4min
D. 3min

10. 对于串联反应A → B → C，若要获得最大中间产物B的浓度，应选择？
A. 平推流反应器
B. 全混流反应器
C. 间歇反应器
D. 多个全混流反应器串联

第 II 卷（非选择题，共70分）

填空题（共20分，每空2分）
1. 化学反应速率的定义式为______。
2. 阿伦尼乌斯公式为______。
3. 对于一级反应，其半衰期与反应速率常数的关系为______。
4. 在间歇反应器中进行等温恒容反应，反应物A的浓度随时间的变化关系为______。
5. 连续流动釜式反应器的特点是______。
6. 平推流反应器的特点是______。
7. 对于可逆放热反应，存在一个最佳反应温度，此时______。
8. 平行反应的选择性定义为______。
9. 串联反应的收率定义为______。
10. 化学反应工程的研究内容包括______、______、______。

简答题（共20分，每题5分）
1. 简述化学反应速率的影响因素。
2. 说明间歇反应器、连续流动釜式反应器和平推流反应器的特点及适用场合。
3. 什么是反应级数？如何确定反应级数？
4. 简述可逆反应的平衡转化率与哪些因素有关。

计算题（共20分，每题10分）
1. 在间歇反应器中进行某一级反应A → B，反应物A的初始浓度为1mol/L，反应速率常数k = 0.1min⁻¹，求反应进行10min后反应物A的浓度。
2. 在全混流反应器中进行某反应，已知进料流量为5m³/h，进料中反应物A 的浓度为2mol/L，反应速率常数k = 0.5mol/(L·h)，要求反应物A的转化率达到75%，求反应器的体积。

分析题（共10分）
某反应在不同温度下的反应速率常数如下表所示：
|温度T/K|300|310|320|330|340|
|----|----|----|----|----|----|
|反应速率常数k/mol⁻¹·L·s⁻¹|0.01|0.02|0.04|0.08|0.16|

1. 请根据以上数据确定该反应的活化能。（5分）
2. 若该反应在350K时进行，预测反应速率常数k的值。（5分）

答案
第 I 卷答案
1. B
2. C
3. A
4. A
5. D
6. A
7. B
8. C
9. C
10. A

第 II 卷答案
填空题答案
1. r = -dc(A)/dt（对于反应物A）
2. k = Aexp(-E/RT)
3. t1/2 = ln2/k
4. c(A) = c(A0)exp(-kt)
5. 反应器内物料浓度和温度处处均匀，且等于出口物料的浓度和温度
6. 物料在反应器内以相同的流速向前移动，不存在返混现象
7. 反应速率最大
8. 生成目的产物所消耗的反应物的量与反应物转化的总量之比
9. 生成目的产物所消耗的反应物的量与反应物起始量之比
10.化学反应动力学、反应器设计与分析、反应过程的优化与控制

简答题答案
1. 化学反应速率的影响因素包括：温度，温度升高，反应速率加快；浓度，一般反应物浓度增加，反应速率加快；压力，对于有气体参与的反应，压力影响反应速率；催化剂，能降低反应活化能，加快反应速率；此外，反应物的性质、反应体系的酸碱度等也会影响反应速率。
2. 间歇反应器：特点是反应物料一次性加入，反应过程中无物料进出，反应结束后产物一次性取出。适用于小规模、反应时间长、产品质量要求高的反应。连续流动釜式反应器：特点是物料连续稳定流入和流出，反应器内浓度和温度均匀。适用于大规模、反应速率较慢的反应。平推流反应器：特点是物料以相同流速向前移动，无返混。适用于对反应选择性要求高的反应。
3. 反应级数是指反应速率方程中各反应物浓度项的指数之和。确定反应级数的方法有：积分法，通过对反应速率方程积分，根据实验数据确定反应级数；微分法，通过对实验数据求导，确定反应速率与浓度的关系，从而确定反应级数；半衰期法，利用一级反应半衰期与反应物初始浓度无关的特点来确定反应级数等。
4. 可逆反应的平衡转化率与温度、压力、反应物浓度、反应体系的组成等因素有关。对于放热反应，升高温度平衡转化率降低；对于吸热反应，升高温度平衡转化率升高。增大压力，平衡向气体分子数减少的方向移动，影响平衡转化率。增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动，提高平衡转化率。此外，加入惰性气体等也会影响平衡转化率。

计算题答案
1. 对于一级反应，c(A) = c(A0)exp(-kt)，已知c(A0) = 1mol/L，k = 0.1min⁻¹，t = 10min，则c(A) = 1×exp(-0.1×10) = 1×exp(-1) = 0.368mol/L。
2. 全混流反应器中，xA = (c(A0) - c(A))/c(A0)，已知xA = 0.75，c(A0) = 2mol/L，则c(A) = c(A0)(1 - xA) = 2×(1 - 0.75) = 0.5mol/L。根据全混流反应器的设计方程V = q0(c(A0) - c(A))/k，q0 = 5m³/h，k = 0.5mol/(L·h)，则V = 5×(2 - 0.5)/0.5 = 15m³。

分析题答案
1. 根据阿伦尼乌斯公式ln(k2/k1) = (E/R)(1/T₁ - 1/T₂)，取T₁ = 300K，k₁ = 0.01mol⁻¹·L·s⁻¹，T₂ = 310K，k₂ = 0.02mol⁻¹·L·s⁻¹，R = 8.314J/(mol·K)，代入可得：ln(0.02/0.01) = (E/8.314)(1/300 - 1/310)，解得E = 53.6kJ/mol。
2. 由ln(k/k1) = (E/R)(1/T₁ - 1/T₂)，已知E = 53.6kJ/mol，T₁ =