物理化学核心教程第二版第七章 化学动力学章末总结(青苗教育)
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物理化学核心教程(第二版)参考答案第一章气体一、思考题1. 如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状?采用了什么原理?答:将打瘪的乒乓球浸泡在热水中,使球壁变软,球中空气受热膨胀,可使其恢复球状。
采用的是气体热胀冷缩的原理。
2. 在两个密封、绝热、体积相等的容器中,装有压力相等的某种理想气体。
试问,这两容器中气体的温度是否相等?答:不一定相等。
根据理想气体状态方程,若物质的量相同,则温度才会相等。
3. 两个容积相同的玻璃球内充满氮气,两球中间用一玻管相通,管中间有一汞滴将两边的气体分开。
当左球的温度为273 K,右球的温度为293 K时,汞滴处在中间达成平衡。
试问:(1)若将左球温度升高10 K,中间汞滴向哪边移动?(2)若两球温度同时都升高10 K, 中间汞滴向哪边移动?答:(1)左球温度升高,气体体积膨胀,推动汞滴向右边移动。
(2)两球温度同时都升高10 K,汞滴仍向右边移动。
因为左边起始温度低,升高10 K所占比例比右边大,283/273大于303/293,所以膨胀的体积(或保持体积不变时增加的压力)左边比右边大。
4. 在大气压力下,将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中,达保温瓶容积的0.7左右,迅速盖上软木塞,防止保温瓶漏气,并迅速放开手。
请估计会发生什么现象?答:软木塞会崩出。
这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀,当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起,大于外面压力时,就会使软木塞崩出。
如果软木塞盖得太紧,甚至会使保温瓶爆炸。
防止的方法是灌开水时不要太快,且要将保温瓶灌满。
5. 当某个纯物质的气、液两相处于平衡时,不断升高平衡温度,这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化?答:升高平衡温度,纯物的饱和蒸汽压也升高。
但由于液体的可压缩性较小,热膨胀仍占主要地位,所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。
而蒸汽易被压缩,当饱和蒸汽压变大时,气体的摩尔体积会变小。
随着平衡温度的不断升高,气体与液体的摩尔体积逐渐接近。
第 七 章 化学反应动力学一、思考题1. 有如下化学计量式,分别写出用参与反应的各种物质表示的速率表达式。
设反应都是基元反应,根据质量作用定律写出反应的速率方程式。
(1)A + B = C (2)2A + B = 2C (3)A + 2B = C + 2D (4)2Cl + M = Cl 2 + M答:根据质量作用定律上述式子的出反应的速率方程式如下:(1)r = k [A][B] (2)r = k [A]2[B] (3)r = k [A][B]2 (4)r = k [Cl]2[M]2. 某化学反应化学计量方程为A + B = C ,能认为这是二级反应吗?答: 不能。
反应级数应该从实验中求出。
化学反应方程式只表示参与反应的各物质的量之间的关系,不代表反应机理。
若注明它是基元反应,则可以运用质量作用定律,确定它是二级反应,也是双分子反应。
3. 化学反应化学计量方程为AB 3 = A + 3B,这样的反应是否可能为基元反应?答: 不可能。
根据微观可逆性原理,正、逆反应必须遵循相同的途径。
基元反应最多只有三分子反应,现在逆反应有四个分子,所以逆反应不可能是基元反应,则正反应也不可能是基元反应。
4. 零级反应是否是基元反应?答: 不是。
因为不可能有零分子反应。
一般是由于总反应机理中的决速步与反应物的浓度无关,所以对反应物呈现零级反应的特点。
零级反应一般出现在表面催化反应中,决速步是被吸附分子在表面上发生反应,与反应物的浓度无关,反应物通常总是过量的。
5. 某一反应进行完全所需时间是有限的,且等于0c k(c 0是反应物起始浓度),则该反应是几级反应? 答: 零级。
根据零级反应动力学程x = kt ,则有:0c tk 。
6. 具有简单级数的反应是否一定是基元反应? 答: 不一定。
基元反应一定具有简单反应级数,但具有简单级数的反应不一定是基元反应,例如氢气和碘发生反应生成碘化氢,实验测得这是二级反应,但它是个总包反应,反应机理有若干步基元反应组成。
第五章 化学平衡一.基本要求1.掌握化学反应等温式的各种形式,并会用来判断反应的方向和限度。
2.了解标准平衡常数的定义,掌握标准平衡常数的各种表示形式和计算方法。
3.掌握标准平衡常数K 与r m G ∆ 在数值上的联系,熟练用热力学方法计算r m G ∆ ,从而获得标准平衡常数的数值。
4.了解标准摩尔生成Gibbs 自由能f m G ∆ 的定义和它的应用。
5.掌握温度对化学平衡的影响,记住van ’t Hoff 公式及其应用。
6.了解压力和惰性气体对化学平衡的影响。
二.把握学习要点的建议把本章放在多组分系统之后的目的,就是要利用多组分系统中介绍的化学势的概念和各种表示方式,来导出化学反应等温式,从而用来判断化学反应的方向与限度。
本章又用到了反应进度的概念,不过其值处在0 1 mol -的区间之内。
因为在利用化学势的表示式来计算反应的Gibbs 自由能的变化值时,是将化学势看作为一个定值,也就是在有限的反应系统中,化学进度为d ξ,如果在一个很大的系统中, 1 mol ξ=。
严格讲,标准平衡常数应该用绝对活度来定义,由于本教材没有介绍绝对活度的概念,所以利用标准态化学势来对标准平衡常数下定义,其含义是一样的。
从标准平衡常数的定义式可知,标准平衡常数与标准化学势一样,都仅是温度的函数,因为压力已指定为标准压力。
对于液相反应系统,标准平衡常数有其相应的形式。
对于复相化学反应,因为纯的凝聚态物质本身就作为标准态,它的化学势就是标准态化学势,已经归入r m G ∆中,所以在计算标准平衡常数时,只与气体物质的压力有关。
学习化学平衡的主要目的是如何判断反应的方向和限度,知道如何计算平衡常数,了解温度、压力和惰性气体对平衡的影响,能找到一个经济合理的反应条件,为科研和工业生产服务。
而不要过多地去考虑各种浓度表示式和各种平衡常数表示式之间的换算,否则会把自己搞糊涂了,反而没抓住主要内容。
由于标准平衡常数与r m G ∆ 在数值上有联系,r m ln p G RT K ∆=- ,所以有了r m G ∆ 的值,就可以计算p K 的值。
第七章化学反应动力学一.根本要求1.掌握化学动力学中的一些根本观点,如速率的定义、反应级数、速率系数、基元反应、质量作用定律和反应机理等。
2.掌握拥有简单级数反应的共同特色,特别是一级反应和 a = b 的二级反应的特色。
学会利用实验数据判断反应的级数,能娴熟地利用速率方程计算速率系数和半衰期等。
3.认识温度对反应速率的影响,掌握Arrhenius经验式的 4 种表达形式,学会运用 Arrhenius经验式计算反应的活化能。
4.掌握典型的对峙、平行、连续和链反应等复杂反应的特色,学会用合理的近似方法〔速控步法、稳态近似和均衡假定〕,从反应机理推导速率方程。
学会从表观速率系数获取表观活化能与基元反应活化能之间的关系。
5.认识碰撞理论和过渡态理论的根本内容,会利用两个理论来计算一些简单反应的速率系数,掌握活化能与阈能之间的关系。
认识碰撞理论和过渡态理论的优弊端。
6.认识催化反应中的一些根本观点,认识酶催化反应的特色和催化剂之因此能改变反应速率的实质。
7.认识光化学反应的根本定律、光化学均衡与热化学均衡的差别,认识光敏剂、量子产率和化学发光等光化反应的一些根本观点。
二.掌握学习重点的建议化学动力学的根来源理与热力学不一样,它没有以定律的形式出现,而是表现为一种经验规律,反应的速率方程要靠实验来测定。
又因为测定的实验条件限制,同一个反应用不同的方法测定,可能会获取不一样的速率方程,因此使得反应速率方程有很多不一样的形式,使动力学的办理变得比较复杂。
反应级数是用幂函数型的动力学方程的指数和来表示的。
因为动力学方程既有幂函数型,又有非幂函数型,因此对于幂函数型的动力学方程,反应级数可能有整数〔包含正数、负数和零〕、分数〔包含正分数和负分数〕或小数之分。
对于非幂函数型的动力学方程,就没法用简单的数字来表现其级数。
对于初学者,要求能掌握拥有简单级数的反应,主假如一级反应、 a = b 的二级反应和零级反应的动力学办理方法及其特色。
第七章 化学动力学章末总结一、内容提要 1. 基本概念(1)化学动力学的研究对象研究化学反应的速率和机理以及影响速率的各种因素,如温度、浓度、压力、催 化剂、介质和分子结构等。
(2)动力学曲线动力学曲线即反应物或生成物的浓度随时间的变化曲线。
(3)转化速率对应于指明的化学计量方程,反应进度ξ在t 时刻的变化率称为该反应的转化速率,用d d tξ表示,单位为1mol s - 。
(4)化学反应速率单位体积内的转化率称为反应速率,1d r V dtξ=。
(5)基元反应与非基元反应① 基元反应:反应物分子一经碰撞直接变成产物。
② 非基元反应:若反应物到产物,必须经过中间步骤称为非基元反应或复杂反应。
(6)反应的速率方程表示反应速率与浓度等参数之间的关系,或表示浓度等参数与时间的关系的方程 称为反应的速率方程。
(7)速率系数速率方程中的比例系数称为速率系数或速率常数,用k 表示。
①k 的物理意义:数值上相当于反应物均为单位浓度时的反应速率。
②特点:A. k 数值与反应物的浓度无关。
在催化剂等其他条件确定时,k 的数值仅是温度 的函数;B. k 的单位随着反应级数的不同而不同;C. k 的数值直接反映了反应速率的快慢。
(8)质量作用定律基元反应的速率与各反应物浓度的幂乘积成正比,其中各浓度项的方次即为反应 方程中各物质的系数,这就是质量作用定律,它只适用于基元反应。
(9)反应级数在反应的速率方程中,所有浓度项方次的代数和称为该反应的级数,用n 表示。
n 可以是正数、负数、整数、分数或零,也有的反应无法说出其反应级数。
(10)反应分子数在基元反应中,反应物分子数之和称为反应分子数,其数值为1,2或3。
2. 具有简单级数反应的特点 (1)零级反应定义:反应速率与反应物浓度的零次方成正比,即与反应物的浓度无关。
特点:微分式0d x k d t =积分式 0x k t = 线性关系 ~x t半衰期 1022a t k =0k 的单位 3m o l d m -或 [ -1浓度][时间] (2)一级反应定义:反应速率与反应物浓度的一次方成正比。
物理化学核心教程课后答案(下)物理化学核心教程课后答案(下)第七章化学反应动力学一.基本要求1.掌握化学动力学中的一些基本概念,如速率的定义、反应级数、速率系数、基本反应、质量作用定律、反应机理等。
2.掌握具有简单级数反应的共同特点,特别是一级反应和a=b的二级反应的特点。
学会利用实验数据判断反应的级数,能熟练地利用速率方程计算速率系数和半衰期等。
3.了解温度对反应速率的影响,掌握Arrhenius经验公式的四个表达式,学会使用Arrhenius经验公式计算反应活化能。
4.掌握典型的对峙、平行、连续和链反应等复杂反应的特点,学会用合理的近似方法(速控步法、稳态近似和平衡假设),从反应机理推导速率方程。
学会从表观速率系数获得表观活化能与基元反应活化能之间的关系。
5.了解碰撞理论和过渡态理论的基本内容,能够用这两种理论计算一些简单反应的速率系数,掌握活化能和阈值能之间的关系。
了解碰撞理论和过渡态理论的优缺点。
6.了解催化反应中的一些基本概念,了解酶催化反应的特点和催化剂之所以能改变反应速率的本质。
7.理解光致发光和化学反应平衡的基本概念,理解光致发光和化学反应的基本区别。
二.把握学习要点的建议化学动力学的基本原理不同于热力学。
它不是以法律的形式出现,而是以经验法则的形式出现。
反应速率方程取决于实验。
由于实验条件的限制,用不同的方法测量同一反应时,可能会得到不同的速率方程。
因此,反应速率方程有许多不同的形式,这使得动力学的处理更加复杂。
反应级数用幂函数型动力学方程的指数和表示。
由于动力学方程既有幂函数型又有非幂函数型,对于幂函数型动力学方程,反应级数可以是整数(包括正数、负数和零)、分数(包括正分数和负分数)或小数。
对于非幂函数型的动力方程,不可能用简单的数来表示其级数。
对于初学者,要求能掌握具有简单级数的反应,主要是一级反应、a=b的二级反应和零级反应的动力学处理方法及其特点。
动力学的一般处理方法如下:比较反应的化学计量方程式,(1)首先写出开始(t=0)和特定时间(t=t)反应物和产物的浓度;(2)写出速率方程的微分形式;(3)通过对速率方程的不定积分,得到了反应物(或产物)浓度与时间的线性关系;(4)通过积分速率方程,找出了反应物(或产物)浓度、时间和速率系数之间的定量关系。
物理化学核心教程(第二版)参考答案第 一 章 气 体一、 思考题1. 如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状?采用了什么原理?答:将打瘪的乒乓球浸泡在热水中,使球壁变软,球中空气受热膨胀,可使其恢复球状。
采用的是气体热胀冷缩的原理。
2. 在两个密封、绝热、体积相等的容器中,装有压力相等的某种理想气体。
试问,这两容器中气体的温度是否相等?答:不一定相等。
根据理想气体状态方程,若物质的量相同,则温度才会相等。
3. 两个容积相同的玻璃球内充满氮气,两球中间用一玻管相通,管中间有一汞滴将两边的气体分开。
当左球的温度为273 K ,右球的温度为293 K 时,汞滴处在中间达成平衡。
试问:(1)若将左球温度升高10 K ,中间汞滴向哪边移动? (2)若两球温度同时都升高10 K, 中间汞滴向哪边移动? 答:(1)左球温度升高,气体体积膨胀,推动汞滴向右边移动。
(2)两球温度同时都升高10 K ,汞滴仍向右边移动。
因为左边起始温度低,升高10 K 所占比例比右边大,283/273大于303/293,所以膨胀的体积(或保持体积不变时增加的压力)左边比右边大。
4. 在大气压力下,将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中,达保温瓶容积的0.7左右,迅速盖上软木塞,防止保温瓶漏气,并迅速放开手。
请估计会发生什么现象?答:软木塞会崩出。
这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀,当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起,大于外面压力时,就会使软木塞崩出。
如果软木塞盖得太紧,甚至会使保温瓶爆炸。
防止的方法是灌开水时不要太快,且要将保温瓶灌满。
5. 当某个纯物质的气、液两相处于平衡时,不断升高平衡温度,这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化?答:升高平衡温度,纯物的饱和蒸汽压也升高。
但由于液体的可压缩性较小,热膨胀仍占主要地位,所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。
而蒸汽易被压缩,当饱和蒸汽压变大时,气体的摩尔体积会变小。
随着平衡温度的不断升高,气体与液体的摩尔体积逐渐接近。