第 1 题

顺-2-丁烯与反-2-丁烯的气相异构化为可逆单分子反应，平衡常数为

K

，正逆速率常数分别为

k_1

与

k_{-1}

：

\ce{cis-but-2-ene <=>[

k_1

][

k_{-1}

] trans-but-2-ene}

。初始系统仅含浓度为

C_s^0

的顺式异构体。(a) 写出反应速率的微分表达式。(b) 导出浓度比

C_s^t/C_s^0

关于

t

、

K

和

k_{-1}

的表达式。(c)

K = 1

时，下列哪个图是线性的：(H-1)

\ln(C_s^t - 0.5C_s^0)

对

t

；(H-2)

\ln(C_s^t)

对

t

；(H-3)

1/\ln(C_s^t - 0.5C_s^0)

对

t

；(H-4)

1/(C_s^t - 0.5C_s^0)

对

t

。(d) 在

690\ \text{K}

下，

K = 1.14

，

k_1 = 1.6 \times 10^{-6}\ \text{s}^{-1}

。计算顺-2-丁烯达到最大平衡转化量 30 % 所需的时间（小时）。(e) 计算反应进行 10 小时后混合物中反-2-丁烯的百分比。

第 4/5 步：达到最大转化量30 %所需时间

k_{-1} = \frac{1.6 \times 10^{-6}}{1.14} = 1.404 \times 10^{-6}\ \text{s}^{-1};\quad \exp[-k_{-1}t(K+1)] = 0.70 \Rightarrow t = 32.98\ \text{h}

分析

最大转化量为 $\frac{K C_s^0}{K+1}$ 。达到30 %时 $\exp[-k_{-1}t(K+1)] = 0.7$ 。解得 $t = 118712$ 秒 = 32.98 小时，与官方答案完全一致。