Tải bản đầy đủ (.docx) (8 trang)

Bài tập Kỹ Thuật Phản Ứng (giải)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (85.35 KB, 8 trang )

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



×