北京化工大学2004一一2005学年第一学期 《计算化学》期末考试试卷 班级： 姓名： 学号： 分数： 题号 二 四 总分 得分 考试说明： 1.考试为开卷考试，独立完成。 2.计算原理、程序框图、运行结果请写在答题纸上。 3.源程序可提交软盘，亦可书写在答题纸上。 4.请在考试开始时先检查软盘，若发现问题，请及时向监考老师反映。 5.软盘上的程序应包括源文件和EXE文件。注明班级学号抽签号和姓名。 6.考试时间为2小时。 根据抽签序号上机完成下面的问题，并写出： 一、计算原理（化学原理和计算方法）(20分) 二、程序框图(30分) 三、源程序(30分) 四、运行结果。(20分) A 氧化偶氮苯在硫酸（质量分数为0.8822）的催化下转化为羟基偶氮苯， 反应过程中定期从反应混合物中取出已知体积的样品，并立即用碱性乙醇溶液 终止反应。产物羟基偶氨苯的浓度可通过样品溶液对一定波长(435m)光的吸 收来测定。在确定的波长下，只有产物对光有吸收。反应在29815K下进行，测 得不同反应时间样品吸光度I的实验数据如下：
1 北京化工大学 2004——2005 学年第一学期 《计算化学》期末考试试卷 班级： 姓名： 学号： 分数： 题号 一 二 三 四 总分 得分 考试说明： 1. 考试为开卷考试，独立完成。 2. 计算原理、程序框图、运行结果请写在答题纸上。 3. 源程序可提交软盘，亦可书写在答题纸上。 4. 请在考试开始时先检查软盘，若发现问题，请及时向监考老师反映。 5. 软盘上的程序应包括源文件和 EXE 文件。注明班级学号抽签号和姓名。 6. 考试时间为 2 小时。 -------------------------------------------------------------------- 根据抽签序号上机完成下面的问题，并写出： 一、计算原理（化学原理和计算方法）（20 分） 二、程序框图（30 分） 三、源程序（30 分） 四、运行结果。（20 分） A 氧化偶氮苯在硫酸（质量分数为 0.8822）的催化下转化为羟基偶氮苯， 反应过程中定期从反应混合物中取出已知体积的样品，并立即用碱性乙醇溶液 终止反应。产物羟基偶氮苯的浓度可通过样品溶液对一定波长（435nm）光的吸 收来测定。在确定的波长下，只有产物对光有吸收。反应在 298.15K 下进行，测 得不同反应时间样品吸光度 IA的实验数据如下：
t×103/s 0.0 3.6 22 10.8 14.4 18.0 0.007 0.134 0.250 0.343 0.416 0.476 1X103/s 21.6 27.0 0.529 0.590 0.781 己知反应物初始浓度co=1.87×10~3mol·dm3,试确定该反应的级数和速率常 数。（提示：若反映反应系统组成的某物理量L满足以下条件：1具的加和性： 2.与浓度成线性关系。则对于不可逆反应，系统组分A的浓度与物理量L满足 下列关系式： L-L. CA=CA Lo-L. 式中：Lo,L,L分别表示0，t,o∞时刻反应系统该物理量L的值，co,ca分 别表示O,1时刻反应组分A的浓度值。) 8 某气体混合物由4种气体组成，在常压或低压下其粘度？与各组分的物质 的量分数x,x,x,x之间有如下线性关系： =bo+bx+b2x2+b3x3+bax4 (1) 试根据下表所列实验数据确定方程中的各个系数，并计算其复相关系数。 各组分的物质的量分数 粘度n×10 X1 X2 X3 X4 g·m·s 0.402 0.153 0.053 0.387 0.625 0.503 0.301 0.133 0.013 0.826 0.306 0.109 0.224 0.361 1.182 0.296 0.365 0.009 0.330 1.044 0.309 0.405 0.109 0.171 2.372 0.055 0.153 0.506 0.289 3.243
2 t×103 / s 0.0 3.6 7.2 10.8 14.4 18.0 IA 0.007 0.134 0.250 0.343 0.416 0.476 t×103 / s 21.6 27.0 ∞ IA 0.529 0.590 0.781 已知反应物初始浓度 cA0=1.87×10-3 mol·dm-3，试确定该反应的级数和速率常 数。（提示：若反映反应系统组成的某物理量 L 满足以下条件：1.具的加和性； 2.与浓度成线性关系。则对于不可逆反应，系统组分 A 的浓度与物理量 L 满足 下列关系式： ∞ ∞ − − = L L L L c c t 0 A A0 式中：L0, Lt, L∞ 分别表示 0，t, ∞时刻反应系统该物理量 L 的值，cA0, cA 分 别表示 0，t 时刻反应组分 A 的浓度值。） B 某气体混合物由 4 种气体组成，在常压或低压下其粘度η与各组分的物质 的量分数 x1，x2，x3，x4之间有如下线性关系： 0 1 1 2 2 3 3 4 4 η = b + b x + b x + b x + b x （1） 试根据下表所列实验数据确定方程中的各个系数，并计算其复相关系数。 各组分的物质的量分数 x1 x2 x3 x4 粘度η×102 g·m-1 ·s-1 0.402 0.503 0.306 0.296 0.309 0.055 0.153 0.301 0.109 0.365 0.405 0.153 0.053 0.133 0.224 0.009 0.109 0.506 0.387 0.013 0.361 0.330 0.171 0.289 0.625 0.826 1.182 1.044 2.372 3.243
(提示：由于各组分摩尔分数之和等于1，故第4种气体的摩尔分数可以 看成非独立变量，不必列入回归方程。) 将氯化氢进行气相催化氧化是对有机化合物氯化过程中所产生尾气的综 合利用的方法之一。HC1氧化后产生的氯气，对许多有机合成是一种有价值的原 料。反应式可表示如下： 4HC1+02亡2C12+2H20 若原料气的初始组成是：HC135.5%,空气64.5%（体积分数）。 反应条件：温度370℃，压力10Pa。 反应的经验平衡常数： K。=P,Pig Puc Po: 己知该温度下，K=2.225×10(1Pa),试计算反应达到平衡时氯气在混合物 中的体积分数。 D 棉籽油催化加氢的主要反应如下，其中A一亚油酸，B一顺油酸，C 一异油酸，D一硬脂酸。上述各步反应均为一级反应，开始时体系中只有A, 且c0=1.000 mol dm'3,现由实验测得k=0.0133min,k2=0.0108min,k=0.0024 min,k4=0.0024min',ks=0.0080min。试计算反应进行0、20、40、60、80 100、150、200、300min时各物质的浓度。 B、a A D
3 （提示：由于各组分摩尔分数之和等于 l，故第 4 种气体的摩尔分数可以 看成非独立变量，不必列入回归方程。） C 将氯化氢进行气相催化氧化是对有机化合物氯化过程中所产生尾气的综 合利用的方法之一。HCl 氧化后产生的氯气，对许多有机合成是一种有价值的原 料。反应式可表示如下： 4HCl+O2 2Cl2+2H2O 若原料气的初始组成是：HCl 35.5%，空气 64.5%（体积分数）。 反应条件：温度 370℃，压力 105 Pa。 反应的经验平衡常数： 已知该温度下，Kp=2.225×10-4(1/Pa)，试计算反应达到平衡时氯气在混合物 中的体积分数。 D 棉籽油催化加氢的主要反应如下，其中 A——亚油酸，B——顺油酸，C— —异油酸，D——硬脂酸。上述各步反应均为一级反应，开始时体系中只有 A， 且 cA0=1.000 mol·dm-3，现由实验测得 k1=0.0133 min-1，k2=0.0108 min-1，k3=0.0024 min-1，k4=0.0024 min-1，k5=0.0080 min-1。试计算反应进行 0、20、40、60、80、 100、150、200、300min 时各物质的浓度。 2 2 2 O 4 HCl 2 H O 2 Cl p p p p Kp = A B C D k1 k2 k3 k4 k5
在简单蒸馏釜内蒸馏1000Kg含C2H,OH(B)质量分数为60%和HO质 量分数为40%的混合液。蒸馏结束时，残液中含C2H0H(B)质量分数为5%。 试求残液的质量是多少千克？该体系的汽液平衡数据如下：其中x为液相中B 的质量分数，y为汽相中B的质量分数。 1 1 y-x y-x 0.025 5.00 0.35 2.64 0.05 3.22 0.40 2.90 0.10 2.40 0.45 3.29 0.15 2.22 0.50 3.74 0.20 2.20 0.55 4.38 0.25 2.27 0.60 5.29 0.3 2.44 0.65 6.66 (提示：简单蒸馏的雷利公式为： 式中，F为原料液量，W为残液量：(B)为原料液组成，(B)为残液组 成。)
4 E 在简单蒸馏釜内蒸馏 1000 Kg 含 C2H5OH（B）质量分数为 60%和 H2O 质 量分数为 40%的混合液。蒸馏结束时，残液中含 C2H5OH（B）质量分数为 5%。 试求残液的质量是多少千克？该体系的汽液平衡数据如下：其中 x 为液相中 B 的质量分数，y 为汽相中 B 的质量分数。 x x 0.025 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.3 5.00 3.22 2.40 2.22 2.20 2.27 2.44 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 2.64 2.90 3.29 3.74 4.38 5.29 6.66 （提示：简单蒸馏的雷利公式为： 式中，F 为原料液量，W 为残液量；xF(B)为原料液组成，xW(B)为残液组 成。） y − x 1 y − x 1 F W (B) (B) ln x x F dx W yx = − ∫