物理化学简明教程(印永嘉)_化学动力学习题课
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印永嘉物理化学化学动力学基础对于一个化学反应,主要需要考虑两个方面的问题主是要了解化学反应进行的方向和最大限度以及外界条件对化学平衡的影响因素是要知道化学反应进行的速率相反应的历程(即机理)。
人们利用化学热力学解决了第一个问题,而第二个问题的解决则需耍依靠化学动力学的研究。
化学动力学也称为反应动力学,是研究化学反应速率和化学反应机理的学科,它有四个主要任务,一是研究化学反应进行的速率和外部条件如温度、压力、介质、催化剂以及各种场如电场、磁场、光辐射等因素对速率的影响,从而找到合适的化学反应条件:一是揭示化学反应的历程(也叫反应机理),即一个化学反应是经过怎样的中间步骤和中间物而生成产物的;三是研究物质的结构和反应能力之间的关系。
四是研究反应体系的化学动力学行为,自从非线性动力学行为的发现,它的丰富性引起了人们的注意,研究化学反应的动力学行为(包括行为的种类、稳定性、演变、调控),也就成了化学动力学学科的一个新的生长点。
它的最终目的是揭示化学反应的本质,使人们更好地控制化学反应过程,以满足科学研究和实际生产的需要。
如果一个化学反应在热力学上判断是可能发生的,则如何使可能性转变为现实性,并使这个反应能以一定的速率进行,就成为主要矛盾了。
如在298K时,H2(g)十O2(g)=H2O(1)G=一23719kJ·mol-1与化学热力学相比,化学动力学是一门比较年轻的学科,它的发展大体上可以分为如下几个阶段,即19世纪后半叶的宏观动力学阶段、20世纪50年代以后的微观反应动力学阶段及20世纪前叶由宏观反应动力学向微观反应动力学的过渡阶段。
在宏观动力学阶段中,研究对象是总包反应,主要的成就是质量作用定律和阿伦尼乌斯公式的确立,并由此提出了活化能的概念。
在两者的过渡阶段中,研究对象是基元反应、主要成就是对反应速率从理论上作了讨沦,提出了碰撞理论和过渡态理论,并借助量子力学计算了反应体系的势能面,指出所谓过渡态(或活化络合物)乃是势能面上的鞍点;并发现了一些重要的链反应,链反应的发现使化学动力学的研究从总包反应深入到基元反应,即实现了由宏观反应动力学向微观反应功力学的过渡在微观反应动力学阶段,研究对象是态—态反应,由于分子束和激光技术的发展和应用,开创了深入到研究态—态反应层次的分子反应动态学(或称微观反应动力学),即研究由不同量子态的反应物转化为不同量子态的产物的速率及反应的细节,这也是当今化学动力学研究的前沿领域。
第一章气体的pVT性质1.1物质的体膨胀系数与等温压缩率的定义如下试推出理想气体的,与压力、温度的关系。
解:根据理想气体方程1.2 0℃,101.325kPa的条件常称为气体的标准状况,试求甲烷在标准状况下的密度。
解:将甲烷(M w=16.042g/mol)看成理想气体:PV=nRT , PV =mRT/ M w甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PM w/RT=101.32516.042/8.3145273.15(kg/m3)=0.716 kg/m31.3 一抽成真空的球形容器,质量为25.0000g充以4℃水之后,总质量为125.0000g。
若改充以25℃,13.33 kPa的某碳氢化合物气体,则总质量为25.0163g。
试估算该气体的摩尔质量。
水的密度1g·cm3计算。
解:球形容器的体积为V=(125-25)g/1 g.cm-3=100 cm3将某碳氢化合物看成理想气体:PV=nRT , PV =mRT/ M wM w= mRT/ PV=(25.0163-25.0000)×8.314×298.15/(13330×100×10-6)M w =30.31(g/mol)1.4 两个容积均为V 的玻璃球泡之间用细管连结,泡内密封着标准状态下的空气。
若将其中的一个球加热到 100℃,另一个球则维持 0℃,忽略连接细管中气体体积,试求该容器内空气的压力。
解:由题给条件知,(1)系统物质总量恒定;(2)两球中压力维持相同。
标准状态:因此,1.5 0℃时氯甲烷(CH 3Cl )气体的密度ρ随压力的变化如下。
试作p p -ρ图,用外推法求氯甲烷的相对分子质量。
1.6 今有20℃的乙烷-丁烷混合气体,充入一抽成真空的200 cm3容器中,直至压力达101.325 kPa,测得容器中混合气体的质量为0.3897 g。
试求该混合气体中两种组分的摩尔分数及分压力。
解:将乙烷(M w=30g/mol,y1),丁烷(M w=58g/mol,y2)看成是理想气体:PV=nRT n=PV/RT=8.3147⨯10-3mol(y1⨯30+(1-y1) ⨯58)⨯8.3147⨯10-3=0.3897y1=0.401P1=40.63kPay2=0.599P2=60.69kPa1.7 如图所示,一带隔板的容器内,两侧分别有同温同压的氢气与氮气,二者均可视为理想气体。
第十二章表面现象练习题一、判断题:1.只有在比表面很大时才能明显地看到表面现象,所以系统表面增大是表面张力产生的原因。
2.对大多数系统来讲,当温度升高时,表面张力下降。
3.比表面吉布斯函数是指恒温、恒压下,当组成不变时可逆地增大单位表面积时,系统所增加的吉布斯函数,表面张力则是指表面单位长度上存在的使表面张紧的力。
所以比表面吉布斯函数与表面张力是两个根本不同的概念。
4.恒温、恒压下,凡能使系统表面吉布斯函数降低的过程都是自发过程。
5.过饱和蒸气之所以可能存在,是因新生成的微小液滴具有很大的比表面吉布斯函数。
6.液体在毛细管内上升或下降决定于该液体的表面张力的大小。
7.单分子层吸附只能是化学吸附,多分子层吸附只能是物理吸附。
8.产生物理吸附的力是范德华力,作用较弱,因而吸附速度慢,不易达到平衡。
9.在吉布斯吸附等温式中,Γ为溶质的吸附量,它随溶质(表面活性物质)的加入量的增加而增加,并且当溶质达饱和时,Γ达到极大值。
10.由于溶质在溶液的表面产生吸附,所以溶质在溶液表面的浓度大于它在溶液内部的浓度。
11.表面活性物质是指那些加人到溶液中,可以降低溶液表面张力的物质。
二、单选题:1.下列叙述不正确的是:(A) 比表面自由能的物理意义是,在定温定压下,可逆地增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的增量;(B) 表面张力的物理意义是,在相表面的切面上,垂直作用于表面上任意单位长度功线的表面紧缩力;(C) 比表面自由能与表面张力量纲相同,单位不同;(D) 比表面自由能单位为J·m2,表面张力单位为N·m-1时,两者数值不同。
2.在液面上,某一小面积S周围表面对S有表面张力,下列叙述不正确的是:(A) 表面张力与液面垂直;(B) 表面张力与S的周边垂直;(C) 表面张力沿周边与表面相切;(D) 表面张力的合力在凸液面指向液体内部(曲面球心),在凹液面指向液体外部。
3.同一体系,比表面自由能和表面张力都用σ表示,它们:(A) 物理意义相同,数值相同;(B) 量纲和单位完全相同;(C) 物理意义相同,单位不同;(D) 前者是标量,后者是矢量。
物理化学简明教程课后答案【篇一:物理化学简明教程习题答案】xt>1.1 物质的体膨胀系数与等温压缩率的定义如下试推出理想气体的,与压力、温度的关系。
解:根据理想气体方程1.20℃,101.325kpa的条件常称为气体的标准状况,试求甲烷在标准状况下的密度。
解:将甲烷(mw=16.042g/mol)看成理想气体:pv=nrt , pv =mrt/ mw甲烷在标准状况下的密度为=m/v= pmw/rt解:球形容器的体积为v=(125-25)g/1 g.cm-3=100 cm3将某碳氢化合物看成理想气体:pv=nrt , pv =mrt/ mwmw =30.31(g/mol)1.4两个容积均为v的玻璃球泡之间用细管连结,泡内密封着标准状态下的空气。
若将其中的一个球加热到 100℃,另一个球则维持 0℃,忽略连接细管中气体体积,试求该容器内空气的压力。
解:由题给条件知,(1)系统物质总量恒定;(2)两球中压力维持相同。
标准状态:.042/8.3145kg/m3)=0.716 kg/m3因此,?p?p图,用外推法求氯甲烷的相1.6 今有20℃的乙烷-丁烷混合气体,充入一抽成真空的200cm3容器中,直至压力达101.325 kpa,测得容器中混合气体的质量为0.3897 g。
试求该混合气体中两种组分的摩尔分数及分压力。
解:将乙烷(mw=30g/mol,y1),丁烷(mw=58g/mol,y2)看成是理想气体:pv=nrt n=pv/rt=8.3147?10-3mol (y1?30+(1-y1) ?58)?8.3147?10-3=0.3897 y1=0.401 p1=40.63kpa y2=0.599 p2=60.69kpa1.7 如图所示,一带隔板的容器内,两侧分别有同温同压的氢气与氮气,二者均可视为理想气体。
(1)保持容器内温度恒定时抽去隔板,且隔板本身的体积可忽略不计,试求两种气体混合后的压力。