4第十一章化学动力学全解
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、主要概念反应速率,依时计量学反应,(非依时计量学反应,)消耗速率,生成速率,基元反应,非基元反应,质量作用定律,级数,总级数,(基元反应的)反应分子数,速率方程,半衰期,反应级数的确定方法(积分法,微分法,初浓度法,隔离法,半衰期法),活化能,指前因子,速率常数,表观活化能或经验活化能2,对行反应,平行反应,连串反应,稳态处理法,平衡态近似法,单分子反应机理,直链反应,支链反应,爆炸,碰撞理论要点,势能面,反应途径,过渡状态理论要点。
笼罩效应,遭遇对,量子效率,催化剂二、主要定义式与公式1 .反应速率:标准反应0=1B V B B ,反应进度:d E =dn B /V B ,反应速率:r = d E /Vdt =dn B/ Vv B dt =(恒V)dC B/v B dt r生成速率(反应物):r B = -dC B/ dt消耗速率(产物):r B = dC B/ dt2. 质量作用定律:对基元反应aA + bB +... —IL +mM速率方程:-dC A/dt = k C A a C B b…a3. 速率方程的一般形式:经验式:-dc A/dt = k c A 分式)式中::反应物A,B的分级数,反应的总级数n=「:; k-速率常数,与温度有关。
4.简单级数反应的动力学特征表、简单反应浓度对反应速率的影响级数微分式积分式半衰期k量纲线形关系式°A=k C AO- CA =ktt=£AO%2 2k[浓度][时间]-1—A0L t・第十一章化学动力学注意:用浓度表示的反应速率如—d c A/d t=k c C A,则k指k c。
若用分压表示的反应速率一dp A/dt=k p p A n,则k 指k p。
两者关系为k p = k c (RT) 1-n5 •确定反应级数的方法C Aa P-dCA/ C A C B ...t(1)积分法:C A,0= k dt(积分式)把实验数据C A~t关系代入各级数的反应积分式中求出k,若k为常数则为此级数,或作其线性关系图,若呈直线则为该级数。
物理化学课后答案第⼗⼀章化学动⼒学第⼗⼀章化学动⼒学1.反应为⼀级⽓相反应,320 oC时。
问在320 oC加热90 min的分解分数为若⼲?解:根据⼀级反应速率⽅程的积分式答:的分解分数为11.2%2.某⼀级反应的半衰期为10 min。
求1h后剩余A的分数。
解:同上题,答:还剩余A 1.56%。
3.某⼀级反应,反应进⾏10 min后,反应物反应掉30%。
问反应掉50%需多少时间?解:根据⼀级反应速率⽅程的积分式答:反应掉50%需时19.4 min。
4. 25 oC时,酸催化蔗糖转化反应的动⼒学数据如下(蔗糖的初始浓度c0为1.0023 mol·dm-3,时刻t的浓度为c)使⽤作图法证明此反应为⼀级反应。
求算速率常数及半衰期;问蔗糖转化95%需时若⼲?解:数据标为利⽤Powell-plot method判断该反应为⼀级反应,拟合公式蔗糖转化95%需时5. N -氯代⼄酰苯胺异构化为⼄酰对氯苯胺为⼀级反应。
反应进程由加KI溶液,并⽤标准硫代硫酸钠溶液滴定游离碘来测定。
KI只与A反应。
数据如下:计算速率常数,以表⽰之。
解:反应⽅程如下根据反应式,N -氯代⼄酰苯胺的物质的量应为所消耗硫代硫酸钠的物质的量的⼆分之⼀,作图。
6.对于⼀级反应,使证明转化率达到87.5%所需时间为转化率达到50%所需时间的3倍。
对于⼆级反应⼜应为多少?解:转化率定义为,对于⼀级反应,对于⼆级反应,7.偶氮甲烷分解反应为⼀级反应。
287 oC时,⼀密闭容器中初始压⼒为21.332 kPa,1000 s后总压为22.732 kPa,求。
解:设在t时刻的分压为p,1000 s后,对密闭容器中的⽓相反应,可以⽤分压表⽰组成:8.硝基⼄酸在酸性溶液中的分解反应(g)的体积如为⼀级反应。
25 oC,101.3 kPa下,于不同时间测定放出的CO2下反应不是从开始的。
求速率常数。
(g)可看作理想⽓体,硝基⼄酸的初始量由时放出的解:设放出的CO2(g)算出:CO2在时刻t, 硝基⼄酸的量为,列表作图,由于反应不是从开始,⽤公式拟合得到。
第十一章化学动力学多相催化反应多相催化主要是用固体催化剂催化气相反应或液相反应,这里主要讨论气−固相催化反应。
多相催化是在固体催化剂表面上进行的,反应物分子必须能够吸附在催化剂表面,才能发生反应,要使反应继续进行,产物必须能够从表面不断解吸下来。
催化剂是多孔的,催化剂的大量表面是由孔内表面提供。
1. 多相催化反应的7个步骤反应分子产物分子扩散外扩散(1)内扩散(2)吸附 (3) 表面化学反应(4)解吸(5)外扩散(7)内扩散(6)扩散(1)(2)(6)(7)慢—扩散控制(内扩散控制,外扩散控制) (3)(4)(5)慢—表面过程控制(动力学控制)稳态下,上述七个串联步骤的速率是相等的,速率大小受阻力最大的慢步骤控制,若能减小慢步骤的阻力,就能提高速率:✓外扩散控制—加大气体流速。
✓内扩散控制—增加孔径。
✓表面反应控制—由催化剂活性决定。
2. 表面反应控制的气− 固相催化反应动力学在上述七个步骤中,若表面反应是最慢的一步,则过程为表面反应控制。
只有一种反应物的表面反应根据表面质量作用定律,分子A的单分子反应的速率正比于分子A对表面的复盖率θA :3) A的吸附介于强弱之间,或p A不很小又不很大时内容总结对基元反应,反应速率由质量作用定律描述。
而对于一般非依时计量学反应,速率方程通常可表示为浓度幂次方的乘积,但方次一般不等于浓度相应组分的计量系数。
1.研究了零级、一级、二级和n级反应速率方程的积分形式,给出了各级反应的特征 (直线关系,半衰期等);2.讨论了确定速率方程的方法:尝试法、半衰期法、初始浓度法及隔离变量法等。
3.讨论了速率常数对温度的依赖关系─阿伦尼乌斯方程;介绍了活化能的概念。
4.对典型的复合反应 (所涉及反应均为一级)─对行反应、平行反应及连串反应的速率方程及其解进行了研究。
5.介绍了选取控制步骤法、平衡态近似法及稳态近似法等,并将之应用于给定反应机理速率方程的推导。
6.介绍了链反应(单链反应,支链反应)的特征及速率方程的推导。
物化第十一章化学动力学习题、名词解释1•反应机理 2.基元反应 3.反应级数4.反应分子数5.反应速率常数6.半衰期二、简答题1. 反应级数和反应分子数有何区别?2. 简述零级反应的主要特征有哪些?3. 简述一级反应的主要特征有哪些?4. 简述二级反应的主要特征有哪些?5. 已知气相反应2HI=H 2+I 2之正、逆反应都是二级反应:(1) 问正、逆反应速率常数 k 、k '与平衡常数K 的关系是什么? (2) 问正、逆反应的活化能与正反应恒容反应热的关系是什么? 6. 阈能的物理意义是什么?它与阿累尼乌斯经验活化能E a 在数值上的关系如何?三、判断题 1.某反应的速度常数 k=4.62 X 0-2分-1,又初始浓度为0.1mol.dm -3,该反应的半衰期为15分。
2. 单分子反应称为基元反应,双分子反应和三分子反应称为复合反应。
3. 简单反应都是简单级数反应;简单级数的反应不一定就是简单反应。
4. 双分子反应一定是二级反应5. 当温度一定时,化学反应的活化能越大其反应速率越大。
6. 在同一反应中各物质的变化速率相同。
7. 若化学反应由一系列基元反应组成,则该反应的速率是各基元反应速率的代数和。
8. 单分子反应一定是基元反应。
9. 双分子反应一定是基元反应。
10. 零级反应的反应速率不随反应物浓度变化而变化。
11. 若一个化学反应是一级反应,则该反应的速率与反应物浓度的一次方成正比。
12. 一个化学反应进行完全所需的时间是半衰期的 2倍。
13. —个化学反应的级数越大,其反应速率也越大。
14 .若反应A + B T + Z 的速率方程为:r=kC A C B ,则该反应是二级反应,且肯定是双分子反应。
15•对于一般服从阿累尼乌斯方程的化学反应,温度越高,反应速率越快,因此升高温度有利于生 成更多的产物。
16. 若反应(1)的活化能为E 1,反应(2)的活化能为E 2,且E 1 > E 2,则在同一温度下 k 1 一定小于k ?。
17. 若化学反应的A r U m V 0,则该化学反应的活化能小于零。
18 .对平衡反应 AT ,在一定温度下反应达平衡时,正逆反应速率常数相等。
A -------- k 、19. 平行反应 心,k 1/k 2的比值不随温度的变化而变化。
20.复杂反应的速率取决于其中最慢的一步。
21. 反应物分子的能量高于产物分子的能量,则此反应就不需要活化能。
22. 温度升高。
正、逆反应速度都会增大,因此平衡常数也不随温度而改变。
23.碰撞理论成功处之一,是从微观上揭示了质量作用定律的本质。
7. 对于连串反应A —k1、B —k2》C ,若E I <E 2, 讨论反应的速率控制步骤随温度的变化。
1A 1< A 2,画出各步反应和总反应的Ink — 图,并T8.对于平行反应 - ,E 2>E 1,A 2>A 1,物随温度的变化。
1画出各步反应和总反应的 Ink ——图,并讨论主产T24. 确切地说:温度升高,分子碰撞次数增大,反应速度也增大”。
25. 过渡状态理论成功之处,只要知道活化络合物的结构,可以计算出速率常数k。
26. 选择一种催化剂,可以使A G > 0的反应得以进行。
27 •多相催化一般都在界面上进行。
28•光化学反应的初级阶段 A + hv ……P 的速率与反应物浓度无关。
29. 酸碱催化的特征是反应中有酸或碱存在。
30 •催化剂在反应前后所有性质都不改变。
31 •按照光化当量定律,在整个光化学反应过程中,一个光子只能活化一个分子,因此只能使一个 分子发生反应。
四、选择题1•下列复杂反应由所示的基元反应组成为: 2B B+C — —D则下列速度表示式中何者正确()。
2(A ) dC A /dt = — k i C A +2 k 2C B2(B ) dC B /dt = k i C A — 2 k ?C B — k s C b C c (C ) dC C/dt = — k 3C B 3C c2•基元反应 A T P+……其速度常数为k i ,活化能 E ai = 80kJ.mol -1 基兀反应B T P + ...... 其速度常数为k 2,活化能E a2= 100kJ.mol -1 当两反应在25C 进行时,若频率因子 A 1= A 2,则( )。
(A ) k 1= k 2 (B ) k 1> k 2 (C ) k 1< k ? 3.某反应,反应物反应掉 5/9所需的时间是它反应掉 1/3所需时间的2倍,这个反应是( )。
(A ) 一级 (B )二级 (C )零级4 •已知某化学反应速率常数的单位是 mol m -3 S -1则该化学反应的级数为( )。
(A )零级 (B ) 一级 (C )二级5 •若反应物的浓度1/C 与时间t 呈线性关系则此反应为( )。
(A )零级反应 (B ) 一级反应 (C )二级反应6•已知基元反应 A + B T P + …… 的活化能Ea = 100kJ mol —1,在定容条件下,在 50C 时,起始浓 度C A , o = C B , o = a mol dm —3时,测得其半衰期为 切2,在相同的起始浓度100C 时,半衰期为 切2/则()。
A. t 1/2 /< t”2 ;B. t 1/2 /= t ”2 ;C. t 1/2 /> t 1/2 。
7. 已知基元反应 A + B TP + …… 在定容条件下,在100C 时,起始浓度 C A ,0 = C B ,O = a mol dm 其半衰期为t 1/2,若起始浓度 C A ,0= C B ,0= b mol dm_3,其半衰期为t”2 当a > b 时( )。
A. t 1/2 > 切2 / ; B. t 1/2=切2 / ; C. t 1/2 < t 1/2 8.反应2N 2O 5(g ) T 2 2O 4(g ) + O 2(g )当N 2O 5消耗掉3/4所需时间是半衰期的 2倍,则此反应为()。
A.0级B.1级C.2级 9. 若反应aA T P + ...... , A 反应掉7/8的时间是反应掉1/2的7倍,则此反应为( )。
A.0级B.2级C.3级10. 某反应的半衰期与反应掉 3/4所需时间之比为1/3,则此反应为( )。
A.0 级B.1 级C.2 级_11. 反应A + B T c + D 为二级反应,当C A ,0= C B ,0= 0.02 mol dm 3时,反应转化率达 90%需—380.8min ,若C A ,0= C B ,0= 0.01 mol dm 时,反应达同样转化率需时为( )。
A. 40.4min B. 80.8min C. 161.6min 12. 二级反应的1/C 〜t 作图为一直线,直线的斜率为 A. k=slope B. k= — slope C. k=slope/C 0 13. 零级反应的C 〜t 作图为一直线,直线的斜率为 A. k=slope B. k= — slope C. k=slope/C 014. 某反应1/C 〜t 作图为一直线,则该反应为( )。
A.0级B.1级C.2级15. 某反应C 〜t 作图为一直线,则该反应为( )。
A.0级 B.1级 C.2级slope ,则此反应速率常数 k 为( )。
slope ,则此反应速率常数 k 为( )。
16. 对于一个化学反应来说,在下列说法中的那一种是正确的()。
A. AS0越负,反应速率越快B. AH越负,反应速率越快C.活化能越大,反应速度越快D.活化能越小,反应速度越快17. 对于基元反应( )。
A.反应级数与反应分子数总是相同的B.反应级数与反应分子数总是不相同C.反应级数与反应分子数不一定总是相同或不相同1&反应302^203,其速率方程-d[02]/dt = k[O3]2[O2]或d[03]/dt = k'[O3]2[O2],那么k 与k啲关系是( )。
A. 2k = 3k /B. k = k xC. 3k = 2k'D. 1/2k = 1/3k /19.关于反应速率v,表达不正确的是( )。
(A) 与体系的大小无关而与浓度大小有关;(B)与各物质浓度标度选择有关;(C)可为正值也可为负值;(D)与反应方程式写法有关。
20•进行反应A + 2D T3G在298K及2dm3容器中进行,若某时刻反应进度随时间变化率为0.3 mol s-1,则此时G的生成速率为(单位:mol-1 dm3 s-1)()。
(A) 0.15 ; (B) 0.9 ; (C) 0.45 ; (D) 0.2。
21. 基元反应体系aA + dD T gG的速率表达式中,不正确的是( )。
ad ad(A) -d[A]/d t = k A[A] [D] ; (B) -d[D]/d t = k D[A] [D];(C) d[G]/d t = k G[G]g; (D) d[G]/d t = k G[A] a[D]d。
22. 某一反应在有限时间内可反应完全,所需时间为C0/k,该反应级数为( )。
(A)零级;(B) —级;(C)二级;(D)三级。
23. 某一基元反应,2A(g) + B(g) TE(g),将2mol的A与1mol的B放入1升容器中混合并反应,那么反应物消耗一半时的反应速率与反应起始速率间的比值是( )。
(A) 1 : 2 ; (B) 1 : 4 ; (C) 1 : 6 ; (D) 1 : 8。
24•关于反应级数,说法正确的是( )。
(A)只有基元反应的级数是正整数;(B)反应级数不会小于零;(C)催化剂不会改变反应级数;(D)反应级数都可以通过实验确定。
25. 某反应,其半衰期与起始浓度成反比,则反应完成87.5%的时间t1与反应完成50%的时间t2之间的关系是( )。
(A) t1 = 2t2 ;(B) t1 = 4t2 ;(C) t1 = 7t2 ;(D) t1 = 5t2。
26. 某反应只有一种反应物,其转化率达到75%的时间是转化率达到50%的时间的两倍,反应转化率达到64%的时间是转化率达到x%的时间的两倍,贝U x为( )。
(A) 32 ; (B) 36 ; (C) 40 ; (D) 60。
27. 有相同初始浓度的反应物在相同的温度下,经一级反应时,半衰期为t1/2 ;若经二级反应,其半衰期为t1/2',那么( )。
(A) t1/2 = t”2‘;(B) t1/2 > t”2‘;(C) t1/2 < t1/2' ;(D)两者大小无法确定。
28 .某一气相反应在500 C下进行,起始压强为p时,半衰期为2秒;起始压强为0.1p可寸半衰期为20秒,其速率常数为( )。