Bài tập Kỹ Thuật Phản Ứng (giải)

BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM

Bài tập Kỹ thuật phản ứng

Bài tập 1
1.1. Cho phản ứng A + 3B → 2C với điều kiện ban đầu: CB0 = 2CA0 và CC0 = 0. Phản ứng bậc
zero và thể tích khơng đổi,
a/ Hãy mô tả sự biến đổi nồng độ theo thời gian phản ứng
b/ Khi nào nồng độ A và B cân bằng nhau
c/ Tác chất nào sẽ hết trước ? Biễu diễn trên đồ thị.
1.2. Hằng số tốc độ phản ứng K của một phản ứng bậc zero được xác định ở các nhiệt độ khác
nhau:
K (mol/m3.min)
522
755
1700
4020
5030

Nhiệt độ (°C)
319
330
354
378
383

a/ Ảnh hưởng của nhiệt độ lên K có tn theo mơ hình Arrhenius khơng?
b/ Nếu phản ứng có dạng A → B với CA0 = 2 kmol/m3 và CB0 = 1 kmol/m3. Hãy biểu diễn sự thay
đổi nồng độ của 2 chất trên theo thời gian phản ứng tại nhiệt độ 340°C.
c/ Khi nào toàn bộ chất A được sử dụng hết cho phản ứng ? Tại đó, nồng độ chất B là bao nhiêu?
d/ Tính thời gian để A giảm một nửa lượng ban đầu (tại 340°C).

1.3. Cho phản ứng pha khí đồng thể bậc 0: A → 2.7 R, được thực hiện trong bình phản ứng thế
tích khơng đổi với hỗn hợp ban đầu gồm 80%A và 20% khí trơ ta có kết quả sau:
Thời gian, h

0

1

Áp suất tổng, at

1

1.5

a/ Nếu hỗn hợp ban đầu có áp suất tổng là 10 at gốm A ngun chất (khơng chứa khí trơ), hãy
xác định áp suất tổng sau 1h.
b/ Nếu ban đầu A có áp suất riêng phần là 1 at, khí trơ có áp suất riêng phần ban đầu là 9at. Xác
định áp suất tổng sau 1h.
1.4. Phản ứng pha lỏng A → R + S xày ra như sau:
Thời gian, ph

0

36

65

1

100

160

∞


BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM

CA, mol/l

Bài tập Kỹ thuật phản ứng

0.1823

0.1453

0.1216

0.1025

0.0795

0.0494

với CA0 = 0.1823 mol/l; CR0 = 0; CS0 = 55 mol/l. Tìm phương trình vận tốc của phản ứng trên.
1.5. Tìm bậc tổng qt của phản ứng khơng thuận nghịch:
2H2 + 2NO → N2 + 2H2O
từ số liệu thí nghiệm trong một bình phản ứng có thể tích khơng đổi dùng lượng đẳng mol H2O
và NO:
Áp suất tổng , mmHg

200

240

280

320

360

t1/2, s

265

186

115

104

67

1.6. Cho phản ứng sau: (ở 279.2°C)
SO2Cl2 → Cl2 + SO2
Ở điều kiện thể tích hỗn hợp khơng đổi, theo dõi áp suất tổng cộng theo thời gian được dữ liệu
sau:
t, ph

3.4

15.7

28.1

41.1

54.5

68.3

82.4

96.3

Pt, mmHg

325

335

345

355

365

375

385

395

1.7. Một phản ứng pha khí giữa A và B. A được lấy dư. Xác định tốc độ phản ứng dựa trên kết
quả thực nghiệm như sau:
PA0 (mmHg)

PB0 (mmHg)

t1/2 (min)

500

10

80

125

15

213

250

10

160

250

20

80

1.8. Cho phản ứng A + B + C → P. Dựa trên kết quả thực nghiệm, hãy xây dựng biểu thức tốc
độ phản ứng.
2


BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM

Bài tập Kỹ thuật phản ứng

TN

CA0 (M)

CB0 (M)

CC0 (M)

r0 (M/s)

1

0.151

0.213

0.398

0.480

2

0.251

0.105

0.325

0.356

3

0.151

0.213

0.525

1.102

4

0.151

0.250

0.480

0.988

Nếu nồng độ các tác chất đều là 0.1 M thì tốc độ phản ứng là bao nhiêu?

Bài tập 2
2.1. Cho phản ứng thuận nghịch sau:
k1

A + B C
k2

Giả sử phản ứng là stoichiometry và: dCC/dt = k2.CA.CB – k1.CC
Điều kiện ban đầu: CA0 = 2 mol/L, CB0 = 2 mol/L, CC0 = 0.1 mol/L
Với k1 = 0.5/ph; k2 = 2.0 L/ph.mol
Xác định nồng độ các chất A, B , C theo thời gian phản ứng.
2.2. Cho chuỗi phản ứng:
Ak 1Bk 2C
→

→

Biết cả 2 phản ứng trên đều là bậc 1 và có:
K1 = 0.1/min ; K2 = 0.05 /min;
CA0 = 1.0 mol/L; CB0 = CC0 = 0 mol/L
Xác định nồng độ các chất A, B , C theo thời gian phản ứng.
2.3. Cho các phản ứng song song sau:
3

BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM

Bài tập Kỹ thuật phản ứng

A + B → P1 (bậc n)
A + B → P2 (bậc n*)
Giả sử n = n*. Nồng độ chất A theo thời gian như sau:
t, ph

0

5

10

20

40

60

80

100

CA, mol/L

20

18.2

16.7

14.3

11.1

9.1

7.7

6.7

Sau 100 phút, nồng độ cácsản phẩm lần lượt là 2.66 mol/L và 10.64 mol/L.
Xác định bậc các phản ứng trên và hằng số tốc độ phản ứng.

2.4. Cho phản ứng sau: 2A + B → C
Phản ứng có bậc 2 với phương trình động học là: r = -k.CA.CB với k = 0.002 L/mol.s
Thiết bị phản ứng có các thơng số đầu vào như sau:
Lưu lượng: 10 L/phút
CA = 5 mol/L; CB = 3 mol/L; CC = 0 mol/L
Độ chuyển hóa phản ứng X = 0.8
a/ Xác định thể tích bình CSTR dùng cho phản ứng
b/ Xác định thể tích thiết bị PFR dùng cho phản ứng.
2.5. Phản ứng pha lỏng A → 2R thực hiện trong bình phản ứng thể tích 5 Lít hoạt động liên tục.
Ta có CA0 = 1 M. Xác định phương trình vận tốc dựa trên kết quả thực nghiệm
TN

Lưu lượng nhập liệu (cm3/s)

Nhiệt độ (°C)

Đầu ra: CR (mol/L)

1

2

13

1.8

2

15

13

1.5

3

15

84

1.8

2.6. Cho bình phản ứng dạng ống thể tích khơng đổi hoạt động ở 100°C, 1 at thực hiện phản ứng:

2A → R + S
4


BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM

Bài tập Kỹ thuật phản ứng

Trong dòng nhập liệu có lưu lượng 100 molA/h.
Tính thể tích thiết bị để đạt độ chuyển hóa 95% dựa trên các dữ liệu khảo sát về phản ứng:
t, s

PA, at

t, s

PA, at

0

1.00

140

0.31

20

0.80

200

0.17

40

0.68

260

0.09

60

0.58

330

0.04

80

0.49

420

0.01

100

0.42

2.7. Cho phản ứng bậc 2: 2N2O → 2N2 + O2 ,
có k = 977 cm3/mol.s ở 895°C.
Biết áp suất ban đầu là 1 at, hãy tính độ chuyển hóa của phản ứng tại các thời điểm 1s, 10s và 10
phút.
2.8. Cho phản ứng A → B có phương trình động học sau: dCA/dt = -k.CA với k = 4.2x10-4/s.
Các điều kiện ban đầu là: CA0 = CB0 = 1 kmol/m3 và lưu lượng dịng chảy là 10 m3/h
Có 2 phương án thiết kế:
- Chỉ dùng bình CSTR
- Dùng kết hợp CSTR nối PFR (đầu vào thiết bị PFR có CA = 0.5 kmol/m3)
Giả sử nhiệt độ ổn định.
a/ Tính thời gian lưu trung bình cho cả 2 phương án để đạt độ chuyển hóa 90%.
b/ Tính thể tích các thiết bị
c/ So sánh 2 phương án trên
2.9. Phản ứng không thuận nghịch sau thực hiện ở điều kiện khối lượng riêng và nhiệt độ không
đổi:
Ak 1R k2 S
→

→

với k1 = 0.15/phút và k2 = 0.05/phút.
5


BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM

Bài tập Kỹ thuật phản ứng

Phản ứng hoạt động liên tục với lưu lượng nhập liệu 150 L/phút. Biết CR0 = CS0 = 0.
Hãy cho biết trong các phương án sau, phương án nào cho năng suất R tốt nhất
a/ Bình khuấy trộn liên tục V = 300 L
b/ 2 bình khuấy trộn liên tục V =150 L/bình nối tiếp nhau
c/ 2 bình khuấy như trên mắc song song
d/ Thiết bị dạng ống có V = 300 L

Bài tập 3 (Ứng dụng computer)
3.1. Trong một thiết bị phản ứng có các phản ứng sau :
A + B → C

r1=k1.cA.cB

C + B → D

r2=k2.cC.cB

Gọi nồng độ các chất ở trạng thái ổn định là :
x1 = cA

x2 = cB

x3 = cC

x4 = cD

Sau khi biến đổi các biểu thức ta có được hệ phương trình sau :
v(cA0 − x1) + V(−k1.x1.x2) = 0
v(cB0 − x2) + V(−k1.x1.x2 − k2.x3.x2) = 0
v(cC0 − x3) + V(k1.x1.x2 − k2.x3.x2) = 0

v(cD0 − x4) + V(k2.x3.x2) = 0
Với v là thể tích hệ trước khi phản ứng , V là thể tích hệ tại thời điểm cân bằng.
Cho các thơng số sau : V = 100; v = 1; k1 = 1; k2 = 1
cA0 = 1; cB0 = 2; cC0 = cD0 = 0
Tìm nồng độ các chất tại trạng thái cân bằng.
3.2. Cho một hệ phản ứng sau :
A + B → C

r1=k1.cA.cB
6


BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM

Bài tập Kỹ thuật phản ứng

C + B → D

r2=k2.cC.cB

A→E

r3 = k3.cA

Cho lưu lượng dòng vào: v = 0.1 lit/s chỉ gồm 2 chất A và B.
Nồng độ ban đầu của A : cA0 = 0.5 M
Gọi y = cB0 / cA0.
Giả sử thể tích hỗn hợp khơng đổi trong suốt q trình xảy ra phản ứng. Tìm nồng độ các chất tại
thời điểm cân bằng với y = 0.5, y = 1 và y = 2.
Biết các hệ số phản ứng tại 298K và 315K có các giá trị sau :

k1(298K) = 2.1 × 10−2 l/mol.s

k1(315K) = 3.6 × 10−2 l/mol.s

k2(298K) = 1.5 × 10−2 l/mol.s

k2(315K) = 4.5 × 10−2 l/mol.s

k3(298K) = 0.00012 s−1

k3(315K) = 0.00026 s−1

3.3. Cho chuỗi phản ứng :

A→B→C

Vận tốc phản ứng được biểu diễn qua hệ phương trình vi phân sau :
dCA/dt = -k1.CA
dCB/dt = k1.CA – k2.CB
dCC/dt = k2.CB
Tại thời điểm t =0 , ta có : CA = 5 ; CB = CC = 0.
Cho k1 = 1 và k2 = 2. Hãy viết chương trình biểu diễn sự biến đổi nồng độ các chất trong 5 giờ
đầu tiên.
3.4. Vận tốc biến đổi nồng độ các tác chất trong một hỗn hợp phản ứng được mơ tả bởi hệ
phương trình sau :
dCE/dt = -k1.CE1.5.CS + k2.CES + k3.CES0.8
dCES/dt = k1.CE1.5.CS - k2.CES – k3.CES0.8
dCS/dt = -k1.CE1.5.CS + k2.CES
dCP/dt = k3.CES0.8
Vào thời điểm t = 0, nồng độ các chất như sau :

CE0 = 10 mol/l

CES = 0

CS0 = 100 mol/l

Cho k1 = 10 ; k2 = 5 ; k3 = 10
Viết chương trình xác định nồng độ các chất tại thời điểm t = 10s
7

CP0 = 0


BM.CNHH – ĐNHL TP.HCM

Bài tập Kỹ thuật phản ứng

8