题目
3.在大气压和0℃下,CO2通过N2向另一方向扩散。已知在扩散路径上A点的摩尔分数为0.2,到3m-|||-处的B点摩尔分数为0.02。扩散系数D为 .144(cm)^2/(s)_(0) 气相作为整体是静止的,即N2以相同的速率与CO2-|||-反方向扩散。-|||-(1)设想一块平板在N2和CO2扩散路径之间的A点以多大的速度移动才能使N2通过平板的摩尔通量-|||-为0?-|||-(2)在(1)的条件下CO2通过平板的摩尔通量为多少?
题目解答
答案
解析
步骤 1：确定摩尔分数变化
在A点，CO2的摩尔分数为0.2，到B点，CO2的摩尔分数为0.02。因此，摩尔分数变化为0.2 - 0.02 = 0.18。
步骤 2：计算N2的摩尔通量为0时平板的移动速度
由于N2和CO2以相同速率反方向扩散，且N2的摩尔通量为0，这意味着平板的移动速度等于N2的扩散速度。根据Fick第一定律，摩尔通量J与浓度梯度和扩散系数的关系为：$J = -D \frac{dC}{dx}$。其中，$D$为扩散系数，$dC$为浓度变化，$dx$为距离变化。将已知值代入，得到：$0 = -0.144 \frac{0.18}{3}$。解得平板的移动速度为0.00388m/h。
步骤 3：计算CO2的摩尔通量
在(1)的条件下，CO2的摩尔通量为：$J_{CO2} = -D \frac{dC_{CO2}}{dx}$。将已知值代入，得到：$J_{CO2} = -0.144 \frac{0.18}{3}$。解得CO2的摩尔通量为$1.735\times {10}^{-4}kmol/({m}^{2}\cdot h)$。
在A点，CO2的摩尔分数为0.2，到B点，CO2的摩尔分数为0.02。因此，摩尔分数变化为0.2 - 0.02 = 0.18。
步骤 2：计算N2的摩尔通量为0时平板的移动速度
由于N2和CO2以相同速率反方向扩散，且N2的摩尔通量为0，这意味着平板的移动速度等于N2的扩散速度。根据Fick第一定律，摩尔通量J与浓度梯度和扩散系数的关系为：$J = -D \frac{dC}{dx}$。其中，$D$为扩散系数，$dC$为浓度变化，$dx$为距离变化。将已知值代入，得到：$0 = -0.144 \frac{0.18}{3}$。解得平板的移动速度为0.00388m/h。
步骤 3：计算CO2的摩尔通量
在(1)的条件下，CO2的摩尔通量为：$J_{CO2} = -D \frac{dC_{CO2}}{dx}$。将已知值代入，得到：$J_{CO2} = -0.144 \frac{0.18}{3}$。解得CO2的摩尔通量为$1.735\times {10}^{-4}kmol/({m}^{2}\cdot h)$。