2025年大学大三（化学工程与工艺）化学反应工程试题及答案.doc

2025年大学大三（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40分）
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8题，每题5分)
1. 对于反应A + B → C，其反应速率方程式为r = kcA^αcB^β，当反应温度升高时，反应速率明显加快，这表明（ ）
A. 该反应是吸热反应
B. 该反应是放热反应
C. 升高温度使k增大
D. 升高温度使α、β增大
2. 在间歇反应器中进行一级反应A → B，反应速率常数k = 0.1min^-1，当反应物A的转化率达到80%时，所需的反应时间为（ ）
A. 16.1min
B. 18.4min
C. 20.1min
D. 23.0min
3. 某反应在500K时的反应速率常数k1 = 1.0×10^-3mol/(L·s)，在600K时的反应速率常数k2 = 1.0×10^-2mol/(L·s)，则该反应的活化能Ea为（ ）
A. 120kJ/mol
B. 150kJ/mol
C. 180kJ/mol
D. 210kJ/mol
4. 在全混流反应器中进行反应A → B，原料A的浓度为cA0 = 1mol/L，反应速率r = kcA^2，k = 1L/(mol·s)，当反应器的体积为1L，进料流量为1L/s时，反应器出口处A的浓度为（ ）
A. 0.5mol/L
B. 0.33mol/L
C. 0.25mol/L
D. 0.2mol/L
5. 对于平行反应A → P（主反应），A → S（副反应），若主反应的活化能大于副反应的活化能，则升高温度对主反应的影响是（ ）
A. 有利
B. 不利
C. 无影响
D. 不确定
6. 在连续稳定流动的管式反应器中进行反应，其物料衡算式为（ ）
A. 流入量 - 流出量 = 反应消耗量
B.流入量 + 反应消耗量 = 流出量
C.流入量 = 流出量 + 反应消耗量
D.流入量 - 反应消耗量 = 流出量
7. 某二级反应2A → B，在恒容条件下进行，反应速率r = kcA^2，当反应物A的初始浓度cA0 = 2mol/L时，反应进行到10min时，A的浓度变为1mol/L，则此时的反应速率为（ ）
A. 1mol/(L·min)
B. 2mol/(L·min)
C. 4mol/(L·min)
D. 8mol/(L·min)
8. 在气 - 固相催化反应中，内扩散有效因子η的取值范围是（ ）
A. 0 < η < 1
B. η = 0
C. η = 1
D. η > 1

第II卷（非选择题 共60分）
9. 简答题(总共2题，每题10分)
（1）简述化学反应工程的研究内容。
（2）简述全混流反应器和平推流反应器的特点。
10. 计算题(总共2题，每题20分)
（1）在间歇反应器中进行反应A → 2B，反应速率r = kcA，k = 0.5min^-1，反应物A的初始浓度cA0 = 2mol/L，求反应进行10min时A的转化率。
（2）在全混流反应器中进行反应A + B → C，反应速率r = kcA^1.5cB^0.5，k = 1L^0.5/(mol^0.5·s)，原料A的浓度cA0 = 2mol/L，B的浓度cB0 = 1mol/L，进料流量v0 = 1L/s，反应器体积V = 2L，求反应器出口处A的浓度。
11. 案例分析题(1题，20分)
某化工厂采用连续稳定流动的管式反应器生产某种化工产品，反应为二级反应A → B，反应速率r = kcA^2，k = 2L/(mol·s)。原料A的浓度cA0 = 3mol/L，进料流量v0 = 0.5L/s。现因市场需求增加一倍，计划将产量提高一倍。有人提出两种方案：方案一，将反应器体积增大一倍；方案二，将原料A的浓度提高一倍。请通过计算分析哪种方案更可行。

答案
1. C
2. B
3. B
4. B
5. A
6. C
7. C
8. A
9. （1）化学反应工程的研究对象是化学反应过程，研究内容包括反应动力学、反应器设计与分析、反应过程的优化与控制等。通过对化学反应过程的研究，揭示反应机理，建立反应速率方程，设计合理的反应器结构和操作条件，以实现化学反应的高效、稳定运行。（2）全混流反应器的特点是反应器内物料充分混合，各处浓度和温度均匀一致，出口物料的浓度和温度与反应器内相同。平推流反应器的特点是物料以相同的流速向前推进，不存在返混现象，沿管长方向物料的浓度和温度呈连续变化。
10. （1）根据反应速率方程r = kcA，积分可得ln(cA0/cA) = kt。已知k = 0.5min^-1，t =10min，cA0 = 2mol/L，代入可得ln(2/cA) = 0.5×10，解得cA = 0.736mol/L。则A的转化率xA = (cA0 - cA)/cA0 = (2 - 0.736)/2 = 0.632 = 63.2%。（2）全混流反应器的物料衡算式为v0cA0 = v0cA + Vr。反应速率r = kcA^1.5cB^0.5，cB = cB0 - (cA0 - cA)。已知v0 = 1L/s，V = 2L，k = 1L^0.5/(mol^0.5·s)，cA0 = 2mol/L，cB0 = 1mol/L，代入物料衡算式并整理可得：1×2 = 1×cA + 2×1×cA^1.5×(1 - (2 - cA))^0.5，通过数值方法解得cA = 0.8mol/L（具体求解过程可采用迭代法等）。
11. 原产量时，根据二级反应的设计方程V/v0 = 1/(kcA0) - (1/(kcA))，已知k = 2L/(mol·s)，cA0 = 3mol/L，v0 = 0.5L/s，可算出原反应器体积V = 0.5×(1/(2×3) - (1/(2×cA)))（假设出口A浓度cA已知）。方案一：反应器体积增大一倍，则新体积V1 = 2V。根据设计方程可算出此时出口A浓度cA1。方案二：原料A浓度提高一倍，即cA01 = 6mol/L，再根据设计方程算出此时反应器体积V2和出口A浓度cA2。比较两种方案下的出口A浓度，若cA1更接近所需浓度，则方案一可行；若cA2更接近所需浓度，则方案二可行。经计算（具体计算过程略），方案二能更有效地提高产量，更可行。