第11章 化学动力学
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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 ?。
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)030609013018000.10010.19460.27700.37260.4676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0 30 60 90 130 1801.0023 0.9022 0.8077 0.7253 0.6297 0.53470 -0.1052 -0.2159-0.3235-0.4648-0.6283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:0 1 2 3 4 6 849.3 35.6 25.75 18.5 14.0 7.3 4.6 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一,0 1 2 34.930 3.560 2.575 1.8500 -0.3256 -0.6495 -0.980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。
、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。
第11章 化学动力学思考题:1. 已知在氧气存在的情况下,臭氧的分解反应:2332O O →,其速率方程为:122333)]([)]()[()(-=-O c O c O k dtO dc①该反应的总级数n=? 解释臭氧的分解速率与氧的浓度的关系。
②若以dtO dc )(2表示反应速率,)(2O k 表示相应的反应速率系数,写出该反应的速率方程。
③指出dtO dc )(3-与dtO dc )(2之间的关系,以及)(3O k 和)(2O k 的关系。
④该反应是否为基元反应?为什么?2. 阿伦尼乌斯方程RTE a ek k-=0中RTE a e-一项的含义是什么?1>-RTE a e,1<-RTE a e,1=-RTE a e,那种情况是最不可能出现的?那种情况是最可能出现的?3. 总级数为零的反应可能是基元反应么?解释原因。
选择题:1. 关于下列反应,说法正确的是 ()① 2NH 3 = N 2 + 3H 3 ② Pb(C 2H 5)4 = Pb + 4C 2H 5· ③ 2H + 2O = H 2O 2 ④ 2N 2O 5 = 4NO 2 + O 2 ⑤ 2HBr = H 2 + Br 2A .都是基元反应B .⑤是基元反应 C. ①②④是基元反应 D. 都不是基元反应2. 反应2O 3 = 3O 2的速率方程为12233-⋅⋅=-O O O cck dtdc 或12232-⋅⋅'=O O O c c k dtdc ,则k与k’的关系为()A.k = k’B.3k = 2k’C.2k = 3k’D. -k/2 = k’ /33.某反应速率常数的量纲为(浓度)-1·(时间)-1,该反应为()A.一级反应B.二级反应 C.三级反应 D. 零级反应4.某反应的速率常数为0.099 min-1,反应物初始浓度为0.2 mol·L-1,则反应的半衰期为()A.7 min B.1.01 min C. 4.04 min D. 50.5 min5.某反应的反应物消耗掉3/4的时间是其半衰期的2倍,则该反应的级数为()A.一级B.二级 C.三级 D. 零级6.基元反应的级数()A.总是小于反应分子数B.总是大于反应分子数C. 总是等于反应分子数D. 有可能与反应分子数不一致7.已知某反应历程 A + M = A* + M;A* = B + C,则该反应是()A.二级反应B.双分子反应 C.基元反应 D. 复杂反应8.某反应的速率常数k=0.214 min-1,反应物浓度从0.21 mol·L-1变到0.14mol·L-1的时间为t1;从0.12 mol·L-1变到0.08 mol·L-1的时间为t2,那么t1:t2等于()A.0.57 B.0.75 C. 1 D. 1.759.某等容反应的正向活化能为E f,逆向活化能为E b,则E f—E b等于()A.-Δr H m B.Δr H m C. -Δr U m D.Δr U m10.下面活化能为0的反应是()A .A ·+ BC = AB +C · B .A ·+ A ·+ M = A 2 + M C. A 2+ M = 2A ·+ M D. A 2 + B 2 = 2AB11. 利用反应C B A 312→⇔生产B ,提高温度对产品产率有利,这表明 () A .E 1 > E 2,E 3 B .E 2 > E 1,E 3 C. E 1 < E 2,E 3 D. E 3 > E 1,E 212. Arrhenius 公式适用于 ()A .一切复杂反应B .一切气相中的复杂反应C. 基元反应D. 具有明确反应级数和速率常数的所有反应13. 环氧乙烷的分解为一级反应。
380℃时t 1/2=363 min ,活化能为217kJ ·mol -1,则 450℃时分解75%环氧乙烷所需时间为 ()A .5 minB .10 min C. 15 min D. 20 min14. H 2O 2分解成H 2O 和O 2反应的活化能为75.3 KJ ·mol -1,用酶作催化剂则活化能降为 25.1 KJ ·mol -1,此时其反应速率大致改变了A .5×104倍B .5×1010倍 C. 6×1010倍 D. 6×108倍15. 某反应的反应物消耗掉7/8的时间恰是其消耗掉3/4所需时间的1.5倍,则该反应的级数为()A .一级B .二级 C. 三级 D. 零级16. 某反应A →Y ,速率常数为6.93 min -1,反应物A 的浓度从0.1 mol ·L -1变到0.050.1 mol ·L -1所需的时间为()A .0.2 minB .0.1 min C. 1 min D. 2 min17. 某反应A →Y ,如果反应物A 初始浓度减少一半,其半衰期也缩短一半,则该反应的级数为( )A .一级B .二级 C. 三级 D. 零级18. 基元反应:ClHCl Cl H+→+2的反应分子数为( )A .单分子反应 B. 双分子反应 C .三分子反应 D. 四分子反应19. 物质A 发生两个平行的一级反应,若k i > k ii ,二反应的指前参量相近且与温度无关,则升温时,下列叙述正确的是( ) A .对(i)有利 B. 对(ii)有利 C .对(i)和(ii)都有利 D. 不能确定20. 某反应速率系数与各基元反应速率系数的关系为21412)2(k k k k=,则反应的表观活化能Ea 与各基元反应活化能的关系为( ) A. 41221E E E E a -+=B.)(21412E E E E a -+=C.21412)2(E E E E a -+= D.4122E E E E a -+=21. 对于反应A →Y ,初始时仅有反应物A ,A 完全转化为Y 所需时间为t ,且2/1t t =2,则此反应的级数为( )A .一级B .二级 C. 三级 D. 零级判断题1. 催化剂能改变反应历程,降低反应活化能,但不改变反应的标准摩尔反应吉布斯函数。
2. 反应速率常数k A 与反应物A 的浓度有关。
3. 反应级数不可能为负值。
4. 一级反应一定是单分子反应。
5. 质量作用定律仅适用于基元反应。
6. 对二级反应,反应物转化率相同时,若反应物的初始浓度越低,则所需时间越短。
7. 对同一反应,活化能一定,则反应起始温度越低,反应的速率系数对温度的变化越敏感。
8. 阿伦尼乌斯活化能的定义为dTk d RTEdef a}ln{2=。
9. 对于基元反应,反应速率常数总随温度的升高而增大。
10. 若反应A →Y ,反应级数是零级,则A 的半衰期为AA k c t 20,21=。
11. 设对行反应的正方向是放热的,并假定正、逆都是基元反应,则升高温度更有利于增大正反应的速率常数。
填空题1. 二级反应的半衰期与反应物初始浓度的关系为 。
2. 若反应A+2B →Y 是基元反应,则其反应的速率方程可以表示为dtdc A -= 。
3. 链反应的一般步骤是 、 、 。
4. 链反应可分为 和 。
5. 爆炸反应有 和 两种。
6. 反应B A Ak−→−2为基元反应,k A 是与A 的消耗速率相对应的速率常数。
若用B 的生成速率和k A 表示反应速率,其速率方程为 。
7. 已知某反应的反应物无论其初始浓度c A,0是多少,转化率为0.66时所需要的时间均相同,则此反应为 级反应。
8. 基元反应A →B+C 的半衰期为10h ,经30h 后反应物浓度c A 与其初始浓度c A,0的比值为 。
9. 温度为500K 时,某理想气体恒容反应的速率常数k c = 20 mol -1·L ·s -1。
则此反应用压力表示的反应速率常数k p = 。
10. 反应①和②具有相同的指前因子,在相同温度下升高20K 时,反应①和②的反应速率分别提高2和3倍。
则E a,1 E a,2,k 1 k 2。
(<,>,=) 11. 某复合反应的表观速率常数k 与各基元反应的速率常数的关系为23312)2(2k k k k =,则反应的表观活化能E a 与各基元反应活化能E a,1、E a,2和E a,3的关系为 。
12. 一级平行反应)2()1(21CB A kk−→−−→−→,其中B 为所需产物,C 为副产物。
已知两反应指前因子A 1 = A 2,活化能E a,1 =100 kJ ·mol -1,E a,2 = 70 kJ ·mol -1。
欲加速反应(1),应采取 (升高或降低)温度的措施。
A 的半衰期与k 1 和 k 2的关系为 ;初始时,仅有反应物A ,那么当T= 500K 时,c Bc c :=。
13. 某一级对行反应D A k k 11-⇔,当加入催化剂后'=113k k ,那么1-k 和'-1k 的关系为 。
14. 光化学反应的初级过称*B h B −→−+ν,其反应速率与 呈正比,与 无关。