2025年化工实验大赛理论试题及答案

2025年化工实验大赛理论试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.在测定乙醇水体系汽液平衡数据时，若采用改进的Rose平衡釜，下列哪项操作最能有效减少因取样汽化带来的误差？A.提高加热功率使汽相迅速逸出B.在汽相取样口外加一段保温电伴热C.降低冷凝器冷却水温度至5℃以下D.将平衡釜外壁包覆石棉网隔热答案：B解析：汽相取样口外加保温电伴热可避免汽相在管线内提前冷凝，保证样品组成与平衡汽相一致，是最直接有效的措施。A项过热会破坏平衡；C项过冷会导致汽相重组分冷凝；D项仅减少热损，对取样误差无本质改善。2.用转子流量计标定CO₂流量时，若实际气体温度高于标定温度，则体积流量读数将：A.偏高B.偏低C.不变D.先偏高后偏低答案：A解析：转子流量计为恒压差变面积仪表，其刻度基于标定状态下气体密度。温度升高，CO₂密度减小，浮子平衡位置上移，读数偏高。需用ρ₁T₁=ρ₂T₂校正。3.在管式反应器中进行一级不可逆反应A→B，若采用内径减半、长度加倍、入口体积流量不变的替换方案，则反应器出口转化率：A.升高B.降低C.不变D.先升高后降低答案：A解析：管径减半使线速度增至4倍，长度加倍使停留时间增至2倍，综合停留时间增至2倍；对一级反应，kτ增大，转化率升高。4.采用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数时，若NaOH初浓度过高，导致电导率时间曲线线性差，其根本原因是：A.离子强度效应使活度系数显著变化B.反应放热使体系温度漂移C.乙酸乙酯溶解度下降D.电极极化加剧答案：A解析：高浓度下离子间相互作用增强，活度系数偏离1，电导率与浓度不再呈线性，需用DebyeHückel校正。5.在精馏塔全回流稳态操作中，若再沸器热负荷恒定，塔顶冷却水流量突增，则塔顶温度将：A.升高B.降低C.不变D.先降后升答案：B解析：冷却水流量突增使冷凝器传热系数增大，塔顶蒸汽冷凝更充分，塔压微降，对应汽液平衡温度降低。6.用重量法测定Ca²⁺时，若沉淀为CaC₂O₄·H₂O，灼烧至恒重后形式为CaCO₃，则换算因数F（Ca/CaC₂O₄·H₂O）为：A.0.4119B.0.2743C.0.3618D.0.3125答案：B解析：F=M(Ca)/M(CaC₂O₄·H₂O)=40.08/146.12=0.2743。7.在气相色谱内标法测定乙醇含量时，若内标物峰面积因进样量波动而减小，而待测物峰面积不变，则计算结果将：A.偏高B.偏低C.不变D.无法判断答案：A解析：内标法公式Ci=Cs·(Ai/As)·(fi/fs)，As减小导致Ci计算值偏高。8.采用落球法测液体黏度时，若小球未达终端速度即开始计时，则测得黏度：A.偏高B.偏低C.不变D.与液体密度无关答案：A解析：未达终端速度时平均阻力小于重力，表现“阻力偏小”，按Stokes公式反推黏度偏高。9.在二元体系汽液平衡实验中，若采用Ellis平衡釜，下列哪项措施最能加快达到平衡：A.增大汽相回流比B.提高搅拌转速至800rpmC.升高系统压力D.减小取样量答案：B解析：Ellis釜靠搅拌强化传质，转速800rpm可显著缩短平衡时间；回流比已内置于设计，压力与取样量对平衡速度影响小。10.用热电偶测温时，若参考端温度高于实际参考端设定值，则显示温度将：A.偏高B.偏低C.不变D.随机漂移答案：B解析：热电偶电动势E∝T热T冷，T冷偏高导致E减小，仪表按原冷端设定反推T热偏低。二、填空题（每空1分，共20分）11.在测定液体表面张力实验中，若毛细管半径为0.200mm，液体密度为0.980g·cm⁻³，测得最大泡压为368Pa，则该液体表面张力为________mN·m⁻¹。（g=9.81m·s⁻²）答案：36.0解析：γ=rΔP/2=0.200×10⁻³×368/2=0.0368N·m⁻¹=36.0mN·m⁻¹。12.对一级反应A→P，半衰期t₁/₂=25min，则速率常数k=________min⁻¹。答案：0.0277解析：k=ln2/t₁/₂=0.693/25=0.0277min⁻¹。13.在二元体系Txy图中，若总压恒定，当液相组成x=0.40时对应泡点为78℃，则该点自由度F=________。答案：1解析：二元汽液平衡固定压力，据相律F=CP+2=22+2=2，但温度已确定，仅剩一个强度变量可独立变化，故F=1。14.用比重瓶法测液体密度时，空瓶质量为25.418g，加水总质量为75.206g，加待测液总质量为68.492g，则待测液密度为________g·cm⁻³。（水密度0.997g·cm⁻³，忽略空气浮力）答案：0.862解析：水质量=49.788g，V=49.788/0.997=49.94cm³；待测液质量=43.074g；ρ=43.074/49.94=0.862g·cm⁻³。15.在管壳式换热器传热实验中，若冷流体流量增加一倍而入口温度不变，总传热系数K近似与流量的________次方成正比。答案：0.8解析：湍流强制对流，Nu∝Re^0.8，故K∝u^0.8。16.用分光光度法测KMnO₄浓度时，若比色皿光程由1cm换为2cm，相同浓度下吸光度将变为原来的________倍。答案：2解析：A=εbc，b加倍A加倍。17.在反应器停留时间分布实验中，若用阶跃法测得出口浓度C(t)曲线，则平均停留时间t̄=∫₀^∞________dt。答案：1C(t)/C₀解析：阶跃法E(t)=dF/dt，F(t)=C(t)/C₀，t̄=∫₀^∞(1F(t))dt。18.在精馏实验数据处理中，若测得理论塔板数N=8，实际板数Nₐ=15，则全塔效率E=________%。答案：53.3解析：E=(N/Nₐ)×100%=8/15×100%=53.3%。19.用阿贝折光仪测得某液体n_D=1.4285，若温度校正系数为4×10⁻⁴℃⁻¹，则20℃下的标准折射率为________。（测量温度25℃）答案：1.4305解析：n₂₀=n₂₅+(4×10⁻⁴)×(2025)=1.4285+0.0020=1.4305。20.在二元体系汽液平衡中，若相对挥发度α=2.35，则当液相组成x=0.30时，汽相组成y=________。答案：0.502解析：y=αx/[1+(α1)x]=2.35×0.30/(1+1.35×0.30)=0.502。三、判断题（每题1分，共10分）21.对同一反应，活化能越大，速率常数随温度变化越敏感。答案：√解析：阿伦尼乌斯方程dlnk/dT=Eₐ/RT²，Eₐ越大斜率越大。22.在电导法测弱酸解离常数时，离子强度越高，测得Ka越接近热力学常数。答案：×解析：离子强度越高，活度系数偏离1越远，需外推至无限稀释方可得热力学Ka。23.用转子流量计测气体流量时，若气体密度减小，则刻度读数偏高。答案：√解析：浮子平衡ρVg=ΔP·A，ρ减小则V增大，读数偏高。24.在管式反应器中，对零级反应，转化率与初浓度无关。答案：√解析：零级反应速率与浓度无关，τ=C₀X/k，X=kτ/C₀，与C₀无关。25.精馏塔全回流时，操作线与对角线重合，所需理论板数最少。答案：√解析：全回流操作线斜率1，与对角线重合，分离能力最大。26.用DSC测纯度时，熔融峰越宽，说明样品纯度越高。答案：×解析：峰宽反映杂质导致熔程变宽，纯度越低。27.在气相色谱中，载气线速度越高，柱效一定越高。答案：×解析：VanDeemter曲线存在最佳线速度，过高则涡流扩散与传质阻力增大，柱效下降。28.用落球法测黏度时，小球密度与液体密度差越小，终端速度越小。答案：√解析：v_t∝(ρ_sρ_f)，差值越小v_t越小。29.在二元体系汽液平衡中，恒沸点处相对挥发度等于1。答案：√解析：恒沸时y=x，故α=1。30.用热电偶测温时，补偿导线可延长冷端至控制室，但材质必须与热电极完全一致。答案：×解析：补偿导线只需在0100℃范围内与热电极热电势一致，无需完全同材质。四、简答题（每题6分，共30分）31.在乙酸乙酯皂化反应电导法实验中，为何可用G₀G_t代替C₀C_t？写出推导过程。答案与解析：反应：CH₃COOEt+OH⁻→CH₃COO⁻+EtOH电导率G=Σλᵢcᵢ，其中λ_OH⁻远大于λ_Ac⁻，且Na⁺浓度恒定。设初浓度a，t时刻OH⁻浓度为ax，Ac⁻为x，则G_t=κ₀+λ_OH⁻(ax)+λ_Ac⁻x+λ_Na⁺aG₀=κ₀+λ_OH⁻a+λ_Na⁺aG_∞=κ₀+λ_Ac⁻a+λ_Na⁺a得G₀G_t=(λ_OH⁻λ_Ac⁻)x又C₀C_t=x，故G₀G_t∝C₀C_t，比例常数=(λ_OH⁻λ_Ac⁻)，为定值，可代替。32.简述Ellis平衡釜与Rose平衡釜在结构上的主要差异，并指出哪种更适合测含少量水的酯类体系。答案与解析：Ellis釜为玻璃一体式，带电磁搅拌，汽液两相在釜内循环，无外加回流泵，死体积小；Rose釜为金属耐压型，带外部汽相循环泵，可高温高压。含微量水的酯类易水解，Ellis釜玻璃材质惰性好、死体积小，可减少水解副反应，更适合。33.在管壳式换热器传热实验中，如何判断实验已达稳态？列出至少三项判据。答案与解析：①冷、热流体出口温度在5min内波动小于±0.2℃；②热平衡误差|(Q_hQ_c)/Q_h|<5%；③连续三次（间隔2min）测得总传热系数K相对偏差<3%。34.解释“恒沸精馏”与“萃取精馏”在原理上的本质区别，并各举一例工业应用。答案与解析：恒沸精馏通过加入第三组分与原组分之一形成新恒沸物，使相对挥发度跨越1，如乙醇水加苯脱水；萃取精馏加入高沸点溶剂，仅改变组分活度系数，不形成恒沸物，如丁烯丁二烯加DMF分离。本质区别：是否形成新恒沸物。35.在气相色谱定量分析中，为何内标法比外标法更能抵消进样量波动带来的误差？给出数学说明。答案与解析：内标法公式Ci=Cs·(Ai/As)·(fi/fs)，进样量波动使Ai、As同比例变化，比值Ai/As不变，故Ci不变；外标法Ci=ki·Ai，Ai随进样量线性变化，导致Ci波动。五、计算题（共40分）36.（10分）在间歇搅拌釜中进行液相反应A→B，实验测得c_A(t)数据如下：t/min010203040c_A/mol·L⁻¹1.000.820.670.550.45（1）用微分法判断反应级数；（2）求50℃下的速率常数k。答案与解析：（1）作lnc_A~t图，线性良好，R²=0.9998，斜率=0.0200min⁻¹，故为一级。（2）k=0.0200min⁻¹=3.33×10⁻⁴s⁻¹。37.（10分）用连续逆流萃取实验测得分配系数K=2.50（有机相/水相），水相流量F=50L·h⁻¹，初浓度c_x0=0.120kg·L⁻¹，要求出口水相浓度c_x1≤0.010kg·L⁻¹，有机相入口c_y0=0，若采用纯溶剂，求最小溶剂用量S_min。答案与解析：平衡时c_y1=Kc_x0=0.300kg·L⁻¹，物料衡算F(c_x0c_x1)=S_min(c_y10)S_min=F(c_x0c_x1)/c_y1=50×0.110/0.300=18.3L·h⁻¹。38.（10分）在精馏塔实验中，全回流下测得塔顶x_D=0.895，塔釜x_W=0.058，相对挥发度α=2.45，求最小理论板数N_min（含再沸器）。答案与解析：Fenske方程：N_min=ln[(x_D/(1x_D))/(x_W/(1x_W))]/lnα=ln[(0.895/0.105)/(0.058/0.942)]/ln2.45=ln(8.52×16.24)/0.895=ln138.4/0.895=4.93/0.895=5.51取6块（含再沸器）。39.（10分）在管式反应器中进行气相分解反应A→2B，纯A进料，流量Q_0=2.0L·min⁻¹，反应器体积V=0.50L，温度200℃，速率常数k=0.36min⁻¹，求出口转化率X，并计算膨胀因子影响带来的误差（与恒容假设比较）。答案与解析：膨胀因子δ=(21)/1=1，ε=y_A0δ=1×1=1恒容：kτ=0.36×0.50/2.0=0.09，一级反应X=1e^(kτ)=0.086变容：τ=C_A0∫₀^XdX/(r_A)=∫₀^XdX/[k(1X)