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首届化工总控工竞赛题库2021.06
950
单选题

69、在间歇反应器中进行一级如反应时间为1小时转化率为0.8,如反应时间为2小时转化率为( ),如反应时间为0.5小时转化率为( )

A
0.9、0.5
B
0.96、0.55
C
0.96、0.5
D
0.9、0.55

答案解析

正确答案:B

解析:


好的,让我们来详细解析这道题目。

首先,我们需要理解题目中提到的“间歇反应器”和“一级反应”。一级反应是指反应速率与反应物浓度成正比的化学反应。在一级反应中,反应速率常数(k)是一个常数,与反应时间无关。

题目给出的信息是,当反应时间为1小时时,转化率为0.8。转化率是指反应物被转化为产物的比例。我们可以用以下公式来表示一级反应的转化率:

\[ \text{转化率} = 1 - e^{-kt} \]

其中,\( e \) 是自然对数的底数(约等于2.718),\( k \) 是反应速率常数,\( t \) 是反应时间。

现在,我们需要计算当反应时间为2小时和0.5小时时的转化率。

1. 当反应时间为2小时时:
\[ 0.8 = 1 - e^{-k \times 1} \]
\[ e^{-k} = 1 - 0.8 \]
\[ e^{-k} = 0.2 \]
\[ -k = \ln(0.2) \]
\[ k = -\ln(0.2) \]

现在我们有了速率常数 \( k \),我们可以计算2小时时的转化率:
\[ \text{转化率} = 1 - e^{-k \times 2} \]
\[ \text{转化率} = 1 - e^{-2 \times (-\ln(0.2))} \]
\[ \text{转化率} = 1 - e^{2 \times \ln(0.2)} \]
\[ \text{转化率} = 1 - (0.2)^2 \]
\[ \text{转化率} = 1 - 0.04 \]
\[ \text{转化率} = 0.96 \]

2. 当反应时间为0.5小时时:
\[ \text{转化率} = 1 - e^{-k \times 0.5} \]
\[ \text{转化率} = 1 - e^{-0.5 \times (-\ln(0.2))} \]
\[ \text{转化率} = 1 - e^{0.5 \times \ln(0.2)} \]
\[ \text{转化率} = 1 - (0.2)^{0.5} \]
\[ \text{转化率} = 1 - \sqrt{0.2} \]
\[ \text{转化率} \approx 1 - 0.447 \]
\[ \text{转化率} \approx 0.553 \]

所以,当反应时间为2小时时,转化率约为0.96;当反应时间为0.5小时时,转化率约为0.55。根据题目选项,正确答案是B:0.96、0.55。

为了帮助你更好地理解这个知识点,我们可以用一个生动的例子来说明。想象一下,你有一个化学反应,就像一个水龙头在滴答作响。每滴水的滴落可以看作是一次反应。如果水龙头滴得快(反应时间短),那么在相同的时间内,更多的水滴会滴下来,反应物被转化为产物的比例(转化率)就会更高。相反,如果水龙头滴得慢(反应时间长),那么在相同的时间内,滴下的水滴就会减少,转化率也会降低。这个例子可以帮助你直观地理解一级反应的速率和转化率之间的关系。
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