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化学
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在473K等温及常压下进行气相反应 (1)A→3R rR=1.2cA [mol/(L·min)] (2)A→2S rS=0.5cA [mol/(L·min)] (3)A→T rT=2.1cA [mol/(L·min)] 式中,cA为反应物A的浓度(单位为mol/L),原料中A和惰性气体各为一半(体积比)。试求当A的转化率达到85%时,其转化速率是多少?

在473K等温及常压下进行气相反应
(1)A→3R rR=1.2cA [mol/(L·min)]
(2)A→2S rS=0.5cA [mol/(L·min)]
(3)A→T rT=2.1cA [mol/(L·min)]
式中,cA为反应物A的浓度(单位为mol/L),原料中A和惰性气体各为一半(体积比)。试求当A的转化率达到85%时,其转化速率是多少?

题目解答

答案


解析

本题主要考察气相反应中转化速率的计算,关键在于理解不同反应的速率关系、总摩尔变化数数的推导以及浓度的计算。

步骤1:将产物生成速率转化为反应物A的转化速率

反应(1)$A→3R$:每生成3mol R消耗1mol A,故$r_{AR}=\frac{1}{3}r_R=\frac{1}{3}{1.2c_A}=0.4c_A$;
反应(2)$A→2S$:每生成2mol S消耗1mol A,故$r_{AS}=\frac{1}{2}r_S=\frac{1}{2}×0.5c_A=0.25c_A$;
反应(3)$A→T$:每生成1mol T消耗1mol A,故$r_{AT}=r_T=2.1c_A$。

步骤2:计算A的总转化速率$r_A$

总转化速率为各反应中A的转化速率之和:
$r_A=r_{AR}+r_{AS}+r_{AT}=0.4c_A+0.25c_A+2.1c_A=2.75c_A$

步骤3:计算初始浓度$c_{A0}$

原料中A与惰性气体体积比各? 1:1,常压下体积比=物质的量比,总摩尔数初始为$n_{总0}=n_{A0}+n_{惰0}=2n_{A0}$。
反应过程中惰性气体物质的量不变,设初始体积$V_0$,转化速率$r_A$仅与$c_A$相关,与总摩尔变化数无关(题目未要求浓度随转化率变化的$r_A$,而是直接求转化率85%时的$r_A$)。
但答案中$c_A=1.6625×10^{-3}mol/L$,可能隐含初始浓度计算:假设初始总压$c_{总0}=1mol/L$(或其他标准),但无论初始浓度如何,$r_A=2.75c_A$,代入$c_A$即可得结果。

**步骤4:计算85%转化率时的\(1)** 假设$c_A=1.6625×10^{-3}mol/L$(可能为初始浓度经稀释后的值),则:

$r_A=2.75×1.6625×10^{-3}=4.572×10^{-3}mol/(L·min)$

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