Test

Bài 6 (trang 46)

Một phản ứng đồng thể trong pha lỏng có phương trình phản ứng và phương trình tốc độ như sau:

​ A → R

​ -rA = kCA2

Khi phản ứng tiến hành trong 1 thiết bị IMR có thể tích V thì độ chuyển hóa của phản ứng là 50%.

  1. Độ chuyển hóa của pứ sẽ là bao nhiêu nếu phản ứng được tiến hành trong thiết bị IMR có thể tích bằng 6 lần thể tích thiêt bị IMR ban đầu?
  2. Độ chuyển hóa của pứ sẽ là bao nhiêu nếu phản ứng được tiến hành trong 1 thiết bị PFR có thể tích bằng thể tích thiêt bị IMR ban đầu?

Biết:

  • Thiết bị IMR: \tau=\dfrac{C_{A0}-C_{Af}}{kC_{Af}^2}
  • Thiết bị PFR: \tau=-\displaystyle\int\limits_{C_{A0}}^{C_{Af}}\dfrac{dC_A}{kC_A^2}

Giải

  1. Với thiết bị IMR:\tau=\dfrac{C_{A0}-C_{Af}}{kC_{Af}^2} \to k\tau_1 C_{A0} = \dfrac{1-\dfrac{C_{Af1}}{C_{A0}}}{\dfrac{C_{Af1}}{C_{A0}}} = \dfrac{1-\dfrac{1}{2}}{(\dfrac{1}{2})^2} = 2

Thể tích thiết bị tăng 6 lần thì: \tau_1 = 6\tau_2 nên:

k\tau_2C_{A0} = k(6\tau_1)C_{A0} = 6(k\tau_1C_{A0} = 6.2 = 12 = \dfrac{1-\dfrac{C_{Af2}}{C_{A0}}}{\dfrac{C_{Af2}}{C_{A0}}}

\to \dfrac{C_{Af2}}{C_{A0}}=\dfrac{-1\pm\sqrt{1+48}}{24}=0.24

\to X_{A2} = 0.75

  1. Với thiết bị PFR:\tau_3=-\displaystyle\int\limits_{C_{A0}}^{C_{Af3}}\dfrac{dC_A}{kC_A^2}=\dfrac{1}{k}.(\dfrac{1}{C_{Af3}}-\dfrac{1}{C_{A0}}) \to k\tau_3C_{A0}=\dfrac{C_{A0}}{C_{Af3}}-1

Thể tích 2 thiết bị bằng nhau nên: $\tau_1=\tau_3​$ nên:

​ $k\tau_1C_{A0}=2=k\tau_3C_{A0}=\dfrac{C_{A0}}{C_{Af3}}-1$

​ $\to \dfrac{C_{A0}}{C_{Af3}}=3$

​ $\to X_{A3}=0.667$

Matlab

Bài 8 trang 46

Phản ứng phân hủy 1 chất lỏng A được tiến hành trong phòng thí nghiệm bằng 1 thiết bị IMR. Tại trạng thái dừng xác định được các số liệu động học như sau:

Nồng độ A (trong nguyên liệu) Nồng độ A (trong sản phẩm) Thời gian lưu (s)
2.00 0.65 300
2.00 0.92 240
2.00 1.00 250
1.00 0.56 110
1.00 0.37 360
0.48 0.42 24
0.48 0.28 200
0.48 0.20 560
  1. Dựng đồ thị $(C_A, -r_A)$ và $(C_A, \dfrac{1}{-r_A})$.
  2. Để phản ứng đạt được độ chuyển hóa 75% khi nồng độ chất A trong nguyên liệu ban đầu là CA0 = 0.8 mol/L thì thời gian lưu cần thiết là bao nhiêu nếu:a. Phản ứng được tiến hành trong thiết bị PFR?

    b. Phản ứng được tiến hành trong thiết bị IMR?

Biết:

  • Thời gian lưu của thiết bị IMR: $\tau=\dfrac{C_{A0}-C_A}{-r_A}$
  • Thời gian lưu của thiết bị PFR: $\tau=-\displaystyle\int\limits_{C_{A0}}^{C_A}\dfrac{dC_A}{-r_A}$

Giải

  1. Trong thiết bị IMR, thời gian lưu: $\tau=\dfrac{C_{A0}-C_A}{-r_A}$

$\to$ Tốc độ phản ứng: $\dfrac{1}{-r_A}=\dfrac{\tau}{C_{A0}-C_A}$

→ Tốc độ phản ứng: $\dfrac{1}{-r_A}=\dfrac{\tau}{C_{A0}-C_A}$

$\to$ Tốc độ phản ứng tại các thời điểm:

$\tau (s)$ CA0 CA $\dfrac{1}{-r_A}=\dfrac{\tau}{C_{A0}-C_A}$ -rA
300 2 0.65 $\dfrac{300}{2-0.65}=222$
240 2 0.92 222
250 2 1.00 250
110 1 0.56 250
360 1 0.37 572
24 0.48 0.42 400
200 0.48 0.28 1000
560 0.48 0.20 2000

Vẽ đồ thị: sẽ ra xấu

  1. Từ đồ thị sẽ thấy bậc của phản ứng rất phức tạp vì vậy sử dụng phương pháp đồ thị để tính (tính tay) hoặc dùng lệnh trapz của Matlab.