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化工
题目

在一体积为4L的恒容反应器中进行A的水解反应,反应前A的含量为12.23%(质量分数),混合物的密度为1g/mL。反应物A的相对分子质量为88。在等温、常压下不断取样分析,测得组分A的浓度随时间变化的数据如下表所示。 反应时间/h1.02.03.04.05.06.07.08.09.01nKB/(mol/h)0.90.610.420.280.170.120.080.0450.03 试求反应时间为3.5h的A的水解速率。

在一体积为4L的恒容反应器中进行A的水解反应,反应前A的含量为12.23%(质量分数),混合物的密度为1g/mL。反应物A的相对分子质量为88。在等温、常压下不断取样分析,测得组分A的浓度随时间变化的数据如下表所示。

反应时间/h

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

1nKB/(mol/h)

0.9

0.61

0.42

0.28

0.17

0.12

0.08

0.045

0.03


试求反应时间为3.5h的A的水解速率。

题目解答

答案



解析

本题主要考察通过实验数据确定反应速率的方法,核心思路是利用浓度-时间曲线的切线斜率求反应速率。

步骤1:明确反应速率的定义

反应速率 $r_A$ 的定义为反应物浓度随时间的变化率:
$r_A = -\frac{dC_A}{dt}$
(负号表示反应物浓度随时间减小,速率为正值)

步骤2:数据准备与曲线绘制

题目虽未直接给出 $C_A$ 随时间的变化数据,但隐含需通过“反应时间与组分A的浓度变化数据”绘制 $C_A-t$ 曲线。关键信息:

  • 反应器体积 $V=4L$,密度 $\rho=1g/mL=1000g/L$,初始A质量分数12.23%,相对分子质量88。
  • 可计算初始浓度 $C_{A0}$,但核心是通过实测数据作 $C_A-t$ 曲线。

步骤3:切线斜率求速率

在 $t=3.5h$ 处作曲线切线,切线斜率即为 $\frac{dC_A}{dt}$(负值)。根据答案中“镜面法”求得:

  • 切线斜率 $\frac{dC_A}{dt} = -0.125mol/(L·h)$
  • 代入反应速率公式:
    $r_A = -\frac{dC_A}{dt} = 0.125mol/(L·h)$

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