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 không đổi, a Hãy mô tả sự biến đổi nồn.

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 không 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:

a/ Ảnh hưởng của nhiệt độ lên K có tuân theo mô hình Arrhenius không?

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 không đổi với hỗn hợp ban đầu gồm 80%A và 20% khí trơ ta có kết quả sau:

a/ Nếu hỗn hợp ban đầu có áp suất tổng là 10 at gốm A nguyên chất (không 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:

C A , mol/l 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 quát của phản ứng không thuận nghịch:

2H2 + 2NO → N2 + 2H2O

từ số liệu thí nghiệm trong một bình phản ứng có thể tích không đổi dùng lượng đẳng mol H2O

và NO:

1.6 Cho phản ứng sau: (ở 279.2°C)

SO2Cl2 → Cl2 + SO2

Ở điều kiện thể tích hỗn hợp không đổi, theo dõi áp suất tổng cộng theo thời gian được dữ liệu sau:

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:

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

độ phản ứng

TN C A0 (M) C B0 (M) C C0 (M) r 0 (M/s)

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:

A + B  C

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:

A k 1

→ B k 2

→ C

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:

k1 k2

A + B → P1 (bậc n)

A + B → P2 (bậc n*)

Giả sử n = n* Nồng độ chất A theo thời gian như sau:

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.C A C B với k = 0.002 L/mol.s

Thiết bị phản ứng có các thông 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 (cm 3 /s) Nhiệt độ (°C) Đầu ra: C R (mol/L)

1

2

3

2 15 15

13 13 84

1.8 1.5 1.8

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

2A → R + S

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:

0

20

40

60

80

100

1.00 0.80 0.68 0.58 0.49 0.42

140 200 260 330 420

0.31 0.17 0.09 0.04 0.01

2.7 Cho phản ứng bậc 2: 2N 2 O → 2N 2 + O 2 ,

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 dòng 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:

A k 1

→ R k2

→ S

với k1 = 0.15/phút và k2 = 0.05/phút

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 :

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 thông 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

C + B → D r2=k2.cC.cB

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 không đổi trong suốt quá 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 :

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 mô 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 CP0 = 0 Cho k1 = 10 ; k2 = 5 ; k3 = 10

Viết chương trình xác định nồng độ các chất tại thời điểm t = 10s