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、单选题（每题2分，共30分。每题只有一个正确答案，错选、多选均不得分）1.在测定乙醇—水体系汽液平衡数据时，若采用改进型Rose平衡釜，下列哪项操作顺序最合理？A.先抽真空→再加热→最后进料B.先进料→再抽真空→最后加热C.先加热→再进料→最后抽真空D.先抽真空→同时进料→再缓慢升温答案：B解析：Rose釜需先加入约60mL料液，再抽真空排除不凝气，最后缓慢升温至沸腾，避免干烧。2.用转子流量计标定CO₂时，若实际气体温度高于标定温度，则体积流量读数会：A.偏高B.偏低C.不变D.先高后低答案：A解析：转子流量计为恒压差变面积式，温度升高气体密度下降，浮子平衡位置上移，刻度按体积流量定标，故读数偏高。3.在管式反应器中进行一级不可逆反应A→B，若轴向扩散系数Dₐ增大，则出口转化率X将：A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：B解析：轴向扩散增强返混，使浓度梯度减小，反应推动力下降，X降低。4.采用热重法测定CaC₂O₄·H₂O失水过程，若升温速率由5℃/min提至20℃/min，则失水台阶对应的TG曲线将：A.向高温侧移动且变陡B.向低温侧移动且变缓C.向高温侧移动且变缓D.位置不变但变陡答案：C解析：升温速率越快，传热滞后越大，失重起始/终止温度均升高，台阶斜率减小。5.在二元体系汽液平衡实验中，若冷凝器壁面轻微漏热，则测得的相对挥发度α会：A.偏大B.偏小C.不变D.无法判断答案：A解析：漏热导致冷凝液部分汽化，气相富集轻组分，y₁增大，x₁基本不变，α=y₁x₂/(y₂x₁)增大。6.用乌氏粘度计测定聚苯乙烯—甲苯溶液的特性粘度时，若溶液未恒温至25℃即开始计时，测得流出时间t将：A.偏高B.偏低C.不变D.随机波动答案：B解析：温度高→溶剂粘度低→流出时间短，导致t偏低，进而[η]偏低。7.在填料塔用水吸收氨的实验中，若入口气相氨浓度突增而液量不变，则体积总传质系数Kya将：A.显著增大B.显著减小C.基本不变D.先增后减答案：C解析：Kya主要取决于流体力学状态与物性，气相浓度变化对其影响可忽略。8.采用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数时，若NaOH初始浓度0.02mol/L误配为0.025mol/L，则测得表观k将：A.偏大B.偏小C.不变D.与温度有关答案：C解析：二级反应k由电导—时间直线斜率求得，与初始浓度无关，仅与温度有关。9.在二元合金步冷曲线中，若冷却速率过快，则平台段长度会：A.变长B.变短C.不变D.消失答案：B解析：过冷度增大，平台因潜热释放滞后而缩短，甚至消失。10.用BET法测比表面积，若P/P₀取值范围0.05~0.35，但实验点仅取0.10~0.20，则比表面积结果：A.偏高B.偏低C.无系统偏差D.无法计算答案：C解析：BET线性区间即0.05~0.35，0.10~0.20仍在范围内，斜率截距可准确获得。11.在管壳式换热器传热实验中，若壳程通蒸汽而管程走空气，为强化传热优先应：A.提高空气流速B.提高蒸汽压力C.加装折流板D.减小管壁厚度答案：A解析：空气侧热阻占主导，提高其流速可显著降低1/hᵢ。12.采用动态法测液相扩散系数时，若示踪剂注入脉冲宽度增大，则测得D将：A.偏大B.偏小C.不变D.先小后大答案：B解析：脉冲宽相当于初始条件偏离理想δ函数，拟合方差增大，D偏小。13.在恒压过滤实验中，若滤饼可压缩，则提高过滤压力ΔP，比阻r将：A.增大B.减小C.不变D.先减后增答案：A解析：可压缩滤饼r=r₀ΔPˢ，s>0，r随ΔP增大而增大。14.用阿贝折光仪测二元液相组成时，若仪器未恒温，则测得x₁与真实值相比：A.偏高B.偏低C.可能高也可能低D.无影响答案：C解析：温度升高，多数体系折光率下降，但不同组分温度系数符号可正可负，故偏差方向不确定。15.在鼓泡塔中测气含率εg，若采用压差法，测压口垂直间距1.0m，读得ΔP=8.5kPa，则εg为（ρl=1000kg/m³，g=9.81m/s²）：A.0.13B.0.25C.0.37D.0.49答案：A解析：ΔP=ρlg(1−εg)Δh→εg=1−ΔP/(ρlgΔh)=1−8500/(1000×9.81×1)=0.133。二、多选题（每题3分，共15分。每题至少有两个正确答案，多选、少选、错选均不得分）16.关于旋光法测定蔗糖水解速率常数，下列说法正确的是：A.反应级数为一级B.旋光度与浓度呈线性关系C.需用Guggenheim法处理数据可避免测t∞D.温度每升高1℃，k约增4%~6%E.可用钠灯D线作为光源答案：ABCE解析：D项错误，温度系数约8%~10%。17.在液液萃取实验中用30%TBP—煤油萃取水相醋酸，若相比O/A增大，则：A.萃取率增大B.平衡分配系数m增大C.理论级数减少D.萃余相浓度降低E.萃取相浓度降低答案：ACD解析：m为热力学常数，与相比无关；萃取相浓度y=mx，因x降低而y降低，但总量增大。18.下列哪些措施可有效降低恒温槽温度波动度：A.提高搅拌强度B.采用PID控温C.增大加热器功率D.加装级联冷却E.采用高比热容介质答案：ABDE解析：单纯增大加热器功率反而加剧波动。19.在气相色谱法测无限稀释活度系数时，需满足：A.载气不与固定相作用B.溶质在柱温下不聚合C.进样量趋于零D.检测器为TCDE.固定相为高分子量非挥发性液体答案：ABCE解析：检测器类型不限，FID亦可。20.关于差示扫描量热法(DSC)测定聚合物Tg，下列正确的是：A.升温速率越快，Tg越高B.样品量越大，Tg越明显C.二次扫描可消除热历史D.氮气流速对Tg无影响E.可用半外推切线法确定Tg答案：ACE解析：样品量过大导致热滞后，氮气流速影响基线稳定性。三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）21.在恒压过滤中，若滤布阻力为零，则过滤常数K与压力无关。答案：×解析：K=2ΔP/(μrν)，仍含ΔP。22.采用电导法测乙酸乙酯皂化反应，若反应物初始浓度相等，则电导率随时间线性下降。答案：×解析：二级反应1/κ与t呈线性。23.在二元汽液平衡实验中，若采用Ellis平衡釜，则回流比越大，平衡数据越准确。答案：√解析：足够回流可使汽液两相充分接触，趋近平衡。24.用落球法测粘度时，若小球未达终端速度即通过第一个光电门，则测得粘度偏低。答案：√解析：平均速度偏大，按Stokes公式η=2r²g(ρs−ρf)/(9v)得η偏低。25.在管式反应器停留时间分布实验中，若示踪剂注入方式为阶跃输入，则出口响应曲线F(t)即为E(t)。答案：×解析：E(t)=dF(t)/dt。26.采用热重法测CaCO₃分解动力学，若样品粒径减小，则表观活化能Ea一定降低。答案：×解析：Ea为本征参数，与粒径无关，但扩散阻力减小使反应移至动力学区。27.在萃取塔实验中，若界面张力增大，则液滴平均直径增大，传质系数降低。答案：√解析：We数减小，d32增大，a减小，Kya降低。28.用沸点仪测汽液平衡时，若冷凝器未充分冷却，则测得气相组成y₁将偏小。答案：×解析：部分汽化导致y₁偏大。29.在鼓泡塔中，表观气速增大，则气含率εg与比表面积a均单调增大。答案：×解析：εg增大，但d32亦增大，a可能下降。30.采用动态光散射法测纳米粒子流体力学半径时，若溶液含微量灰尘，则测得粒径分布会出现大颗粒尾峰。答案：√解析：灰尘散射强度∝d⁶，对分布影响显著。四、填空题（每空2分，共20分）31.在恒压过滤中，若滤液体积V与时间θ的关系满足抛物线V²=Kθ，则过滤常数K的单位为________。答案：m⁶/s解析：由量纲[V²]=m⁶，[θ]=s，得K=m⁶/s。32.用乌氏粘度计测得纯溶剂流出时间t₀=95.2s，溶液流出时间t=135.6s，则相对粘度ηr=________。答案：1.424解析：ηr=t/t₀=135.6/95.2=1.424。33.在二元体系汽液平衡中，若已知lnγ₁=Ax₂²，lnγ₂=Ax₁²，则体系为________型溶液。答案：对称解析：Margules单参数方程，对称。34.采用电导法测得25℃时0.01mol/LNaCl溶液电导率κ=1413μS/cm，则其摩尔电导率Λm=________S·cm²/mol。答案：141.3解析：Λm=κ/c=1413/(0.01×10⁻³)=141.3×10⁴μS·cm²/mol=141.3S·cm²/mol。35.在管式反应器中进行一级反应，若空时为τ，则其无量纲方差σθ²=________。答案：0解析：理想活塞流σθ²=0。36.用BET法测得氮气单层吸附量Vm=35.2cm³(STP)/g，则比表面积SBET=________m²/g。（氮分子截面积0.162nm²）答案：153.6解析：SBET=Vm·NA·σ/(22400×10⁻¹⁸)=35.2×6.022×0.162/22.4=153.6。37.在液液萃取中，若分配系数m=2.5，相比O/A=1，则单级萃取率E=________%。答案：71.4解析：E=m/(m+1)=2.5/3.5=0.714。38.采用DSC测得聚乙烯熔融峰面积ΔH=180J/g，则其结晶度Xc=________%。（100%结晶ΔH₀=293J/g）答案：61.4解析：Xc=180/293×100%=61.4%。39.在鼓泡塔中，若气含率εg=0.25，则平均密度ρ̅=________kg/m³。（ρl=1000kg/m³，ρg=1.2kg/m³）答案：750.3解析：ρ̅=εgρg+(1−εg)ρl=0.25×1.2+0.75×1000=750.3。40.用阿伦尼乌斯方程拟合得lnk=−4200/T+12.5，则指前因子A=________s⁻¹。答案：2.69×10⁵解析：A=exp(12.5)=2.69×10⁵。五、计算与综合题（共75分）41.（10分）在管式反应器中进行气相分解反应A→2B，已知速率方程−rA=kCA，k=0.15s⁻¹，进料纯A，CA0=0.1mol/L，流量Q0=2L/min，反应器体积VR=5L，求出口转化率X。解：空时τ=VR/Q0=5/(2/60)=150s对一级反应：τ=CA0∫₀^XdX/(−rA)=∫₀^XdX/[kCA0(1−X)]=−ln(1−X)/k得：−ln(1−X)=kτ=0.15×150=22.51−X=exp(−22.5)=1.73×10⁻¹⁰X≈1.000答案：出口转化率≈100%。解析：反应极快，150s内已完全转化。42.（12分）在填料塔用水吸收CO₂，塔径0.1m，填料高1.5m，入口CO₂摩尔分数y₁=0.02，出口y₂=0.004，液量L=200mol/h，水量极大可视为恒定，操作温度25℃，压力1atm，已知液相总传质单元数NOL=4.2，求体积总传质系数Kxa（mol/(m³·h)）。解：对数平均推动力Δym=(y₁−y₂)/ln(y₁/y₂)=0.016/ln5=0.00994传质速率NA=G(y₁−y₂)=G×0.016G=πD²/4×Gs，Gs未知，但NOL=∫dy/(y−y)=4.2因水量极大，y=0，故NOL=ln(y₁/y₂)=ln5=1.609≠4.2，题设矛盾。修正：题目应为NOL=4.2已给定，则HOL=Z/NOL=1.5/4.2=0.357m又HOL=L/(Kxa·A)A=π×0.1²/4=7.854×10⁻³m²Kxa=L/(HOL·A)=200/(0.357×7.854×10⁻³)=7.13×10⁴mol/(m³·h)答案：Kxa=7.1×10⁴mol/(m³·h)。解析：注意NOL定义与操作线关系。43.（13分）用DSC测得某聚合物在升温速率β=5℃/min时表现Tg=105℃，β=20℃/min时Tg=115℃，已知Tg随β变化满足Tg=Tg₀+c·lnβ，求当β=10℃/min时Tg。解：115=Tg₀+c·ln20105=Tg₀+c·ln5两式相减：10=c(ln20−ln5)=c·ln4→c=10/1.386=7.22代入：Tg₀=105−7.22·ln5=105−11.62=93.4℃β=10℃/min：Tg=93.4+7.22·ln10=93.4+16.6=110.0℃答案：110℃。解析：利用对数线性关系外推。44.（15分）在液液萃取实验中，用30%TBP—煤油萃取水相醋酸，平衡数据如下：x(mol/L)0.51.01.52.0y(mol/L)0.751.351.852.25若采用单级萃取，料液xF=1.8mol/L，相比O/A=1，求萃余相xR及萃取率E。解：作y~x曲线，xF=1.8对应yE≈2.05（插值）物料衡算：A·xF+O·yS=A·xR+O·yE，yS=01.8=xR+yE，又yE=f(xR)试差：设xR=0.9→yE=1.25，不符设xR=0.7→yE=1.10，仍低线性插值平衡线：y=1.85+(2.25−1.85)/(2.0−1.5)×(x−1.5)=1.85+0.8(x−1.5)代入衡算：1.8=xR+1.85+0.8xR−1.2→1.8=0.65+1.8xR→xR=0.638mol/LyE=1.85+0.8(0.638−1.5)=1.85−0.69=1.16mol/L萃取率E=(xF−xR)/xF=(1.8−0.638)/1.8=64.6%答案：xR=0.64mol/L，E=64.6%。解析：平衡线与操作线联立求解。45.（25分）实验设计：需测定气固催化反应A→B的本征动力学，已知反应为一级，催化剂为φ2mm球形颗粒，操作温度200℃，压力1atm，A在颗粒内有效扩散系数De=0.08cm²/s，外部传质系数kg=5cm/s，为避免内外扩散影响，请设计实验方案并计算最大允许粒径及最