判断题
对于连串反应,若目的产物是中间产物,则反应物转化率越高其目的产物的选择性越低。
A
正确
B
错误
答案解析
正确答案:A
解析:
### 解析
**结论:正确**
**详细推导与分析:**
1. **连串反应的定义与模型**
连串反应(Consecutive Reaction)通常表示为:
$$ A \xrightarrow{k_1} B \xrightarrow{k_2} C $$
其中:
* $A$ 是反应物(原料)。
* $B$ 是中间产物,也是本题中的**目的产物**。
* $C$ 是最终产物(副产物)。
* $k_1, k_2$ 分别为两步反应的速率常数。
2. **转化率与选择性的关系分析**
* **反应初期**:反应物 $A$ 浓度高,主要发生第一步反应 $A \to B$,此时中间产物 $B$ 的生成速率大于消耗速率,$B$ 的浓度逐渐升高。此时转化率较低,但相对于生成的 $B$ 而言,转化为 $C$ 的量很少,因此选择性较高。
* **反应后期**:随着反应进行,反应物 $A$ 不断消耗,转化率不断提高。与此同时,中间产物 $B$ 的浓度积累到一定程度后,第二步反应 $B \to C$ 显著进行。由于 $B$ 会继续反应生成 $C$,导致已生成的 $B$ 被消耗。
* **极限情况**:如果反应时间无限长或转化率接近 100%(即 $A$ 完全转化),所有的 $A$ 最终都会转化为最稳定的终产物 $C$。此时,中间产物 $B$ 的浓度将趋近于 0,其选择性也趋近于 0。
3. **数学直观理解**
对于一级连串反应,中间产物 $B$ 的收率(Yield)随转化率的变化存在一个**最大值**。
* 在达到最大收率之前,提高转化率有利于 $B$ 的积累。
* 但是,题目强调的是普遍趋势:“转化率越高...选择性越低”。在工业生产和化学动力学的一般语境下,为了获得较高的中间产物选择性,通常需要控制较低的转化率(或通过分离手段移出产物),以避免中间产物过度转化为副产物。
* 更严谨地说,**瞬时选择性** $S_B = \frac{r_B}{-r_A}$ 会随着 $A$ 的消耗和 $B$ 的积累而下降。因为 $-r_A = k_1 C_A$,而 $B$ 的净生成速率 $r_B = k_1 C_A - k_2 C_B$。随着转化率升高,$C_A$ 降低,$C_B$ 升高,导致 $r_B$ 减小甚至变负,而分母 $-r_A$ 也在减小,但从整体累积选择性来看,高转化率意味着更多的 $B$ 有机会转化为 $C$,从而降低了整体选择性。
4. **总结**
在连串反应中,若目的产物为中间产物,过高的转化率会导致中间产物进一步反应生成副产物,从而降低目的产物的选择性。因此,通常需要在**最佳转化率**下操作,以平衡收率和选择性。就“转化率越高,选择性越低”这一总体趋势而言(特别是在高转化率区间),该描述是正确的。
**故答案为:正确。**
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化工总控工理论题库
