题目
某一级气相反应 A → 2B,反应速率常数为k =1min-1,反应器入口处原料的体积流量为υ0 = 0.2 L/min,纯A进料,反应在等温等压下进行。如果反应在间歇反应器中进行,当达到90%转化率时所需的反应时间_______min。( )A. 2.0B. 2.1C. 2.2D. 2.3
某一级气相反应 A → 2B,反应速率常数为k =1min-1,反应器入口处原料的体积流量为υ0 = 0.2 L/min,纯A进料,反应在等温等压下进行。如果反应在间歇反应器中进行,当达到90%转化率时所需的反应时间_______min。( )
A. 2.0
B. 2.1
C. 2.2
D. 2.3
题目解答
答案
D. 2.3
解析
考查要点:本题主要考查一级反应的转化率与时间关系,需要掌握一级反应动力学方程的应用。
解题核心思路:
对于一级反应,转化率(α)与时间(t)的关系遵循公式:
$\ln\left(\frac{1}{1-\alpha}\right) = kt$
其中,k为速率常数。题目中给出α=90%(即α=0.9),k=1 min⁻¹,直接代入公式即可求解时间t。
破题关键点:
- 明确一级反应的公式形式,正确代入转化率α。
- 注意单位一致性(k的单位为min⁻¹,时间t的单位为分钟)。
- 题目中给出的体积流量(υ₀)为干扰信息,与间歇反应器的计算无关。
步骤1:写出一级反应的转化率公式
对于一级反应,转化率α与时间t的关系为:
$\ln\left(\frac{1}{1-\alpha}\right) = kt$
步骤2:代入已知条件
已知α=90%=0.9,k=1 min⁻¹,代入公式:
$\ln\left(\frac{1}{1-0.9}\right) = 1 \cdot t$
$\ln(10) = t$
步骤3:计算自然对数ln(10)
$\ln(10) \approx 2.3026$
步骤4:确定最终时间
$t \approx 2.3026 \, \text{min}$
四舍五入后,t≈2.3 min,对应选项D。