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化学反应工程期末考试答案2023春

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化学反应工程

Thiele模数越大，反应物分子可以进入催化剂颗粒内部的深度（）

AI参考:正确答案是A：越深（靠近颗粒中心）。Thiele模数表示反应物分子进入催化剂颗粒内部的深度，模数越大，反应物分子可以进入催化剂颗粒内部的深度越深（靠近颗粒中心）。因此，选项A是正确答案。选项B、C、D都不符合题意。'

两个等体积的全混流反应器进行并联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率与第二釜的反应速率之间的关系为( )。两釜进料条件和反应温度等均相同。

答案:-r1 > -r2

平推流反应器，停留时间分布密度函数E(t)的特点是（）。

答案: 0AI参考:正确答案是C：平均停留时间等于空时。平推流反应器的停留时间分布密度函数E(t)的特点是平均停留时间等于空时，即没有反应物进入反应器，只有反应物离开反应器的平均停留时间。因此，选项C是正确的。选项A、B、D都不符合平推流反应器停留时间分布密度函数的特点。'

在间歇反应器中等温进行一级不可逆反应A→R，当转化率达90％时，所需反应时间为2h若反应改在管式反应器中进行，空时为2h，其它条件同间歇反应器，则转化率为（）

AI参考:答案：B推理过程：在管式反应器中等温进行一级不可逆反应A→R，转化率达90％时所需反应时间t=2h，则反应速率v=k[A]0.9=k*n*m*[R]0.1/m，其中n为反应级数；将上述结果代入条件：空时为2h中可得m，再将条件转化为等温二级不可逆反应，设反应速率与时间满足恒式r=[K/[O]^n，带入即可求解转化率。答案是75％，应该注意的是这和实际的管道是环状的、湍流的没有直接关系，主要的参数主要在于控制条件。故选B。'

在一平推流反应器中进行等温一级不可逆反应A-＞P，现有反应器体积下，出口转化率为45％，若将反应器体积增加一倍，则出口转化率将为( )，操作条件均保持相同。

答案:CA0(1-xA)n 1-(1-xA)n

在管式反应器中，反应前后总摩尔数增加，则在恒温恒压下，体积流率随转化率的提高而（）

AI参考:在管式反应器中，反应前后总摩尔数增加，因此在恒温恒压下，体积流率随转化率的提高而减小。所以，正确答案是C：减小。'

乙苯在催化剂上脱氢反应生成苯乙烯，经过一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，但乙苯仍大量存在，表明这是一个（）反应。

答案:可逆

相同直径和长度的5个PFR管式反应器串联操作，其停留时间分布的无因次方差值为( )

AI参考:单选题答案：B：0.2停留时间分布的无因次方差值即为均方停留时间与反应器入口处空间平均停留时间的比值，其数值大小反应了各处液流特性的不均匀程度，通常会越小越好。因此选项B：0.2最符合题意。请注意，此处图中的数值为某种特殊情况下的值，并非所有情况的值。在实际应用中，还需要根据具体情况进行分析和计算。'

对于一个可逆吸热反应，若升高反应温度，其平衡转化率Xe以及活化能Ea的变化情况为（）。

AI参考:正确答案是D:Xe升高，Ea降低。可逆吸热反应，升高温度，平衡正向移动，反应物转化率增大，反应活化能减小。因此，选项D为正确答案。'

两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率与第二釜的反应速率之间的关系为( )。两釜反应温度相同。

答案:A

对于A生成B的非均相反应体系，为了防止反应过热，在体系中加入了惰性组分I。实验表明，组分A、B和I均在同一种活性中心上发生了吸附，且A、I为非解离吸附，B为解离吸附，则以下正确的表达式是（）

AI参考:答案为C：C反应体系中加入了惰性组分I以防止反应过热。由于A、B和I均在同一种活性中心上发生了吸附，且A、I为非解离吸附，B为解离吸附，可以推断出组分I是惰性组分，不参与反应，而A和B是反应物，参与了反应。因此，正确的表达式是C：B。'

相同体积的5个全混釜串联操作，其停留时间分布的无因次方差值为( )

答案:0.5

如果不存在外扩散阻力，则总有效因子与内扩散有效因子相比（）

答案:较小

全混流反应器内物料的温度和浓度与反应器出口物料的温度和浓度（）。

答案:对AI参考:正确答案是A：相等。全混流反应器内物料的温度和浓度与反应器出口物料的温度和浓度相等。全混流反应器是一种理想化的反应器，其内部物料达到完全混合状态，没有空间和时间上的滞后，因此物料的温度和浓度与反应器出口的相同。'

对于反应，各物质反应速率之间的关系为＝（）

AI参考:正确选项为B：1:2:3。根据题目中的反应图像，可以观察到反应物A和B的反应速率之比为1:2，生成物C的反应速率为原来的两倍，即2倍的A和B的反应速率之和，因此生成物C的反应速率与反应物A和B的反应速率之比为3:2。所以，正确的物质反应速率之间的关系为1:2:3。'

对一级反应来说，影响Thiele模数的因素有（）

AI参考:正确选项为：BCD影响Thiele模数的因素包括：催化剂的比表面积、有效扩散系数和反应温度。B项正确，催化剂的比表面积越大，反应物与催化剂表面的接触面积越大，反应速率越快，Thiele模数越小。C项正确，有效扩散系数越大，反应物扩散越快，反应速率越快，Thiele模数越小。D项正确，反应温度越高，反应速率越快，Thiele模数越小。A项错误，催化剂的孔隙率不会直接影响反应速率和Thiele模数。因此答案为BCD。'

表面催化反应包括以下步骤。（）

答案:反应物由气流向催化剂颗粒外表面及产物由颗粒外表面向气流的扩散(外部扩散);反应物自颗粒表面向孔隙内部表面的扩散及产物由孔隙内部向颗粒表面的扩散(内部扩散);反应物的吸附和产物的脱吸附;表面反应AI参考:正确选项为：C,D,E。表面催化反应是指反应物吸附在催化剂表面，然后进行表面反应，最终生成产物。其基本步骤包括：1. 反应物吸附到（固体）催化剂表面；2. 产物由（固体）催化剂颗粒表面向主流体扩散；3. 反应物扩散到催化剂颗粒内、外表面；4. 反应物与催化剂表面发生化学反应；5. 生成产物并从催化剂表面脱附。因此，选项C、D、E是正确的。选项A和B不是表面催化反应的必要步骤，因此不正确。'

示踪法测定停留时间分布，常用示踪方法有（）

答案:这两种方法都是物理示踪法；;根据阶跃示踪法得到的实验数据，可以直接得到F函数;根据脉冲示踪法得到的实验数据，可以直接得到E函数AI参考:正确选项为：A:正弦函数示踪 C:脉冲示踪示踪法测定停留时间分布，常用的示踪方法有脉冲示踪和正弦函数示踪。脉冲示踪法是通过引入一个短暂的脉冲信号来追踪粒子的运动轨迹，适用于短时间停留的粒子。正弦函数示踪法是通过引入一个周期性的信号来追踪粒子的运动轨迹，适用于长时间停留的粒子。因此，选项A和C是正确的。方波函数示踪和阶跃示踪不是常用的示踪方法，因此选项B和D不正确。'

非理想反应器流动模型有（）

答案:停留时间分布AI参考:正确选项为：ABCD非理想反应器的流动模型主要有以下几种：单参数模型、平推流模型、全混合型反应器、零参数模型、双参数模型等。其中，单参数模型和双参数模型属于描述流体流动的数学模型，而平推流模型和全混合型反应器则属于描述流体与反应物料之间混合特性的模型。这些模型各有特点，适用于不同的非理想反应器。'

在一个系统体中对某一组分j进行摩尔衡算需要知道( )

AI参考:正确选项为：A:进入系统体的j组分的流率；C:离开系统体的j组分的流率。在进行摩尔衡算时，需要知道进入系统体的组分的流率和离开系统体的组分的流率，以便进行平衡计算。至于B选项，体系反应过程中生成j组分的速率通常用于反应衡算，而不是摩尔衡算。D选项系统体内j组分的累积速率，在摩尔衡算中并不需要知道。'

采用示踪法测定停留时间分布，对示踪剂的基本要求是（）

AI参考:采用示踪法测定停留时间分布，对示踪剂的基本要求是被反应器壁吸附、容易被检测。解释：A选项是错误的，因为示踪剂与反应物应具有不同的物理性质，以便追踪和检测示踪剂在反应器中的行为和分布。B选项是正确的，因为如果示踪剂被反应器壁吸附，它将在停留时间分布的计算中产生错误的结果。C选项是错误的，因为示踪剂不应当完全溶于反应物中，因为这样会导致难以追踪示踪剂在反应器中的行为。D选项也是正确的，因为只有容易检测的示踪剂才能准确追踪其在反应器中的行为。因此，正确选项为B和D。'

在连续流反应器中，关于不可逆反应焓变下列描述中正确的是（）

答案:一级反应的转化率与反应物的初始浓度无关AI参考:正确选项为C：反应焓变等于产物的生成焓减去反应物的生成焓。反应焓变是指当一个化学反应在恒压以及不作非膨胀功的情况下进行时，反应体系的焓的改变量。所以反应器稳态时，反应焓变并不为0，A选项错误。反应焓变和反应热不同，反应热是指在恒温恒压下化学反应体系内部所吸收或放出的热量，而反应焓变是在恒压下体系发生化学反应的能量变化，不仅仅是热量的变化。B、D选项表述不准确。对于一个已知的反应，其反应焓变只与反应的途径有关，而与反应条件无关，因此C选项正确。'

对于在绝热反应器中进行的放热可逆反应，假设停留时间足够长，下列哪些操作可以提高反应物A的最终转化率（）。

AI参考:正确答案是 ABD。对于在绝热反应器中进行的放热可逆反应，假设停留时间足够长，进行以下操作可以提高反应物A的最终转化率：反应过程不断移除C（移除反应物C有助于减少反应物浓度，从而降低反应速率，降低平衡转化率）、进行级间冷却的多釜串联（冷却有利于平衡向正反应方向移动）、加入催化剂（催化剂可以降低反应活化能，加快反应速率，提高平衡转化率）以及反应过程不断移除B（移除生成物B有助于减少生成物浓度，从而降低逆反应速率，提高反应物转化率）。因此，选项ABD都是正确的。'

化学反应工程中三传一反中“三传”指的是( )

AI参考:正确答案是C：动量传递，D：化学反应。化学反应工程中三传一反是指热量传递、质量传递、动量传递和化学反应。其中，“三传”指的是热量传递、质量传递和动量传递，而化学反应属于反应工程的内容。因此，选项C和D是正确的。"

反应速率常数的大小与下述哪些因素有关（）

AI参考:正确选项为：A:反应温度 C:反应涉及的组分 D:催化剂反应速率常数的大小与反应温度、反应涉及的组分以及催化剂等因素有关。其中，反应温度是影响反应速率最主要的因素之一，因为温度升高会导致分子运动加快，反应速率也随之加快。此外，反应涉及的组分也会影响反应速率，不同组分之间的相互作用和化学反应速率取决于它们的性质和浓度。催化剂也会影响反应速率，一些催化剂可以显著加快反应速率。而反应器的类型通常不会直接影响反应速率常数的大小。'

在平推流反应器内等温进行一级不可逆液相反应，反应器出中转化率可达40％，若使转化率提高到80％，在同样操作条件下，则反应器体积应增加一倍。 ( )

答案:正确AI参考:B.对。在平推流反应器内进行一级不可逆液相反应，转化率随反应器体积的增加而提高。根据题意，当转化率从40%提高到80%时，反应器体积应增加一倍。因此，答案为B，即“对”。"

对于可逆的放热或吸热反应，采用级间冷却或级间加热的方式可以得到更高的转化率。（）

AI参考:答案是B：对。对于可逆的放热或吸热反应，采用级间冷却或级间加热的方式，可以降低中间产物的温度或提高反应物的温度，有利于平衡正向移动，从而提高转化率。因此，可以得到更高的转化率。"

化学反应速率只取决于温度和浓度。（）

答案:错误

多釜串联模型的无因次方差等于釜数n的倒数。（）

AI参考:答案是A：对。多釜串联模型是无因次方差等于釜数n的倒数，这是该模型的一个重要性质。"

平衡转化率是指可逆反应的净反应速率为零时的转化率。（）

AI参考:答案：B：对。平衡转化率是指某一反应物（或生成物）的转化浓度与反应物起始浓度之比，用符号α表示。当可逆反应的净反应速率为零时，说明正逆反应速率相等，达到了化学平衡状态，此时某反应物的转化浓度与初始浓度之比就是该物质的平衡转化率。因此，本题说法正确。"

对于的反应，如果反应物A吸附在活性位S上，而产物B吸附在另一种活性位S’
上，则其活性位平衡方程可以写成：。（）

AI参考:A：错。反应物的活性位是吸附在某个特定的活性位点上，而产物的活性位可能是另一个位置或同一位置的另一面。反应平衡时，两者会达到一个平衡状态，而不能简单表示为用一幅图表示。所以答案是A:错。答案可能涉及图片处理上的误解或者语言表达的问题，需要进行更为严谨的分析。如果有进一步的问题，建议向专业的科研人员或者相关的专业机构进行咨询。"

在管式反应，物料所经历的反应时间可由反应管的体积和进料流量计算得到。（）

AI参考:正确答案是【对】。在管式反应中，物料所经历的反应时间可以通过反应管的体积和进料流量进行计算，因为反应管的体积和进料流量决定了物料在反应管内流动的速度和停留时间。因此，判断题的说法是正确的。"

对于基元反应来说，反应物的反应级数与化学计量系数是相同的。（）

AI参考:A. 对。基元反应的反应级数与其化学计量系数是相同的，这是基元反应的概念之一。"

反应级数都只能为整数（）

AI参考:答案：B。根据化学反应动力学相关理论，反应级数可以是整数、分数或零，因此选项A是错误的，而选项B是正确的。"

绝热条件下，对于放热反应，反应系统温度上升的热量来自反应热;吸热反应所需要的热量来自反应系统温度降低释放出来的热量。（）

AI参考:答案是B:错。在绝热条件下，反应系统与外界没有热交换，因此放热或吸热反应的热量来自反应物和生成物的化学反应热。对于放热反应，反应物释放热量，系统温度上升；对于吸热反应，系统从环境中吸收热量，从而降低了自身温度。因此，本题的正确答案是B:错。"

催化剂颗粒结焦失活后的烧焦再生过程可以用缩核模型来进行模拟和计算。（）

AI参考:答案是B：错。催化剂颗粒结焦失活后的烧焦再生过程不能用缩核模型来进行模拟和计算。催化剂颗粒在高温环境下容易结焦失活，影响其性能和使用效果，需要采取相应措施进行再生处理。再生过程中需要使用一些技术手段，如通过改变操作条件、加入化学添加剂等来恢复催化剂的性能。缩核模型主要用于描述物质的传质和反应过程，不能用来模拟催化剂颗粒的烧焦再生过程。因此，判断题的说法是错误的。"

宏观混合只描述停留时间分布。（）

AI参考:答案是B：对。宏观混合是指描述流体在管道中流动时，不同流体质点的混合过程和混合程度的概念。宏观混合通常不涉及停留时间分布，而是考虑流体质点的运动速度、扩散效应等宏观因素。因此，宏观混合只描述停留时间分布的说法是不正确的。"

不可逆平行反应的活化能，则可以通过降低温度的方式来提高主产物的选择性。（）

AI参考:判断题中的描述是不准确的。活化能是反应进行的一个重要参数，它描述了反应的难易程度。对于不可逆平行反应，活化能是恒定的，与反应条件（如温度）无关。因此，降低温度并不能改变不可逆平行反应的活化能。因此，如果想要提高主产物的选择性，不能简单地通过降低温度来实现。可能需要根据反应的具体性质和条件，采取其他措施，如改变反应条件（如压力、浓度等）、使用催化剂等。综上所述，答案为A：错。"

脱附平衡常数正好是吸附平衡常数的倒数。（）

AI参考:答案是B：对。根据题目中的图片和描述，可以得出脱附平衡常数正好是吸附平衡常数的倒数，因此判断题中的陈述是正确的。"

内扩散对多相催化反应的影响可以用有效因子来表示。（）

AI参考:【判断题】内扩散对多相催化反应的影响可以用有效因子来表示。B:对。内扩散对多相催化反应的影响可以用有效因子来表示，这是正确的。有效因子是一个衡量反应物质通过扩散在反应物相中分布不均匀性的参数，可以用来描述内扩散对多相催化反应的影响。因此，本题答案为B。"

可以根据停留时间分布函数方差的大小判断反应器中的返混大小（）

AI参考:答案：B：错。停留时间分布函数的方差可以反映反应器中的返混大小，但并不是直接根据停留时间分布函数方差的大小判断反应器中的返混大小。对于具有复杂几何结构和多组分体系的反应器，还需要考虑其他因素，如浓度梯度、传质和传热效率等。因此，仅根据停留时间分布函数的方差大小来判断反应器中的返混大小是不准确的。"