物理化学动力学测试卷.pdf

1 动力学部分 题库及题解 动力学部分 题库及题解 动力学部分 题库及题解 动力学部分 题库及题解 一 填空题一 填空题 1 何为具有简单级数的反应 反应速率只与浓度有关 且组分级数和反应总级数 为零或正整数 某反应 A B P 为基元反应 则该反应的反应级数为 二级 该反应的反应速率与反应物浓度的关系可表示为r k A B 得此关系 的理由是 基元反应遵守质量作用定律 该反应的分子数为 二 得此结论的理由是基元反应的反应级数等于反应分子数 2 对 峙 反 应 AB 其正反应的速率可表示为 r正 k1 A 逆 反应的速率为 r 逆 k 1 B 该对峙反应的净速率可表示为 r r 正 r逆 k1 A k 1 B 当反应达到平衡时 正 逆反应速率常数之间的关系可表示为 k1 A k 1 B 或 k1 k 1 B A K 3 阿累尼乌斯经验式为 k Aexp Ea RT 或 lnk Ea RT lnA 从 式中可以得出活化能越大 反应速率 越慢 阿累尼乌斯的活化能意义是 对基元 反应有明确的意义 活化分子的平均能量与所有分子平均能量之差 此意义适用 于基元反应 基元反应 非基元反应 都适用 实验测定活化能的方法 是 测 不同温度下的速率常数 k 作lnk 1 T关系图 通过斜率求 得活化能 4 某气体反应 A B 3C 的速率方程为r kC AC B 为确定 值在常温 下进行实验 当初始压力为 PA 0 102Pa PB 0 105Pa 时 作反应的 lnPA t 时间 图为一直线 当初始压力为 PA 0 PB 0 5 102Pa 时 仍作反应的 lnPA t 图仍为一 直线 则 1 0 lnc t 成直线关系的是一级反应 5 何为基元反应 由反应物直接变为产物的反应 一步完成的反应 基元反 应的速率与反应物浓度的关系符合质量作用定律定律 如果反应 2A B P 为基 元反应 则反应速率与浓度的关系可表示为 r k A 2 B 该反应的反应级数为 三级 反应的分子数为 三分子反应 6 温度对反应速率的影响可用阿累尼乌斯经验式来衡量 其经验式 的数学表达式为 k Aexp Ea RT 或 lnk Ea RT lnA 从此经验式中可得 出反应速率与二个重要的动力学参量有关 它们分别是 活化能 Ea和 指前因子 A 实验测定这二个参量的方法是 测不同温度下的速率常数 k 作 2 lnk 1 T关系图 结果为一直线 通过直线的斜率求得活化能 通过直线的 截距可求得 指前因子 7 速率常数 k 是有单位的 其单位与 反应级数 有关 某反应的速率公式可表示 为r k A 2 其速率常数 k 的单位是 mol dm 3 1 n s 1 n 是反应级数 该反应的反应级数为2 对此类级数的反应的速率公式的积分形式为 1 c kt 1 c0 从此积分式中可得出用1 c 浓度的倒数 量和t 时间量作图 可得直线关系 确定反应级数的方法较多 如果某反应中 其反应物消耗 3 4 所需的 时间是它消耗 1 2 所需的时间的 2 倍 则该反应的级数为一级 t 1 klnc0 c 8 某物质按一级反应进行分解 已知反应完成 40 所需的时间是 50min 1 以 s 为单位的速率常数为1 71 10 4s 1 2 完成 80 反应所需的时间为9 45 103s 二 选择题二 选择题 1 1 1 1 如果某反应中 其反应物消耗 3 4 所需的时间是它消耗 1 2 所需的时间的 2 倍 则该反应的级数为 A A A A A 一级反应B 二级反应C 三级反应D 零级反应 2 对元反应 A 2B C 若将其速率方程写成下列形式 d A dt kA A B 2 d B dt kB A B 2 d C dt kC A B 2 则速率常数之间的关系应为 C A kA kB kCB kA 2 kB kC C kA 1 2 kB kCD kA kB 2kC r d A dt 1 2d B dt d C dt 3 反应 2A P 刚好为二级反应 其半寿期 C A 与 A 0 注 初始浓度 无关B 与 A 0成正比C 与 A 0成反比 二级反应的 t1 2 1 k A 0 4 一级反应 反应物反应悼 1 n 所需的时间是 B A 0 6932 kB 2 303 k lg n n 1 C 2 303 n lg nD 2 303 k lg 1 n 一级反应 t 1 klnc0 c c0 1 c 1 1 n lnX 2 303lgX 5 下列反应中活化能最小的为 A 3 A Cl Cl M Cl2 MB HI C2H4 C2H5I C H CH4 H2 CH3D N2 M N N M 自由基或自由原子复合反应的活化能为 0 6 根据下列反应的计量方程式 题中给出的反应速率表示式正确的是 D A H2 I2 2HI d H2 dt d I2 dt d HI dt B 2NO2 2NO O2d O2 dt 2d NO2 dt C I I M I2 M d I dt d I2 dt D CH3 CH3 C2H6 1 2d CH3 dt d C2H6 dt r 1 ad A dt 1 bd B dt 1 gd G dt 1 hd H dt 7 如果一个二级反应的速率常数为 k mol 1 dm3 s 1 当浓度以 molec1 cm 3 为单位表示的速率常数为 k molec 1 cm3 s 1 时 则 C A k 1000k L B k 60k C k Lk 1000 D k L 1000 2 k k mol 1 dm3 s 1 1000 L molec 1 cm3 s 1 8 对于一个一级反应 如果半寿期t1 2在 0 01 秒以下即可称为快速反应 此时它 的速率常数 k 值在 A A 69 32 s 1以上 B 6 392 s 1 以上 C 0 06932 s 1以上 D 6 392 s 1 以下 一级反应 k 1 tlnc0 c 9 某反应 当反应物反应悼 5 9 所需的时间是它反应悼 1 3 所需时间的 2 倍 则该 反应是 D A 一级反应B 二级反应C 零级反应D 3 2 级反应 3 2 级反应的t 2 k A 01 2 A 1 2 A 01 2 A 1 2 t1 t2 2 22 2 10 若某反应进行完全所需的时间是有限的 且等于 c0 k 则此反应为 C A 一级反应B 二级反应C 零级反应D 三级反应 零级反应 c0 c kt 只有零级反应 反应进行完全所需的时间才是有限的 11 二级反应的速率常数的单位是 A A A A A mol 1 dm3 s 1 B s 1 C mol 2 dm6 s 1 D mol dm 3 s 1 反应速率常数的单位为 mol dm 3 1 n s 1 n 是反应级数 12 气体分子运动论指出 气体的粘度将 C 4 A 随气体密度的平方根而变化 B 随气体密度的降低而降低 C 与气体的密度无关 D 随气体密度的降低而增大 粘度系数与气体的密度无关 粘度系数 m 3 2 D 2 当分子分母同乘 自由程 l 时 分母为体积 分子项中有质量 m 可得密度 增在密度 只有增大自由 程 密度增大一倍 自由程增大一倍 刚好抵消 13 同温同压下 相同体积的 CO2和 H2进行比较 下列说法正确的是 A A A A A CO2分子的平均运动速率比 H2慢 B CO2分子的平均运动速率比 H2快 C CO2分子的平均动能比 H2大 D CO2分子的数目比 H2多 8kBT m 1 2 m 越大 平均速率越小 平均动能 1 2m 2 3 2 k BT 14 某反应活化能不随温度而变化 且活化能是 33kJ mol 1 当 T 300K 温度每 增加 10K 则反应速率常数增加的百分数约为 D A 5 B 90 C 10 D 50 lnk1 k2 Ea T2 T1 RT1T2 k2 k1 k1 100 15 下列反应哪一个可能是元反应 D A N2 3H2 2NH3 B CO NO2 CO2 NO r k NO2 2 C H2 Cl2 2HCl r k H2 Cl2 1 2 D H OH H2O r k H OH A 四分子同时碰撞的几率几乎为 0 B C 不符合质量作用定律 均可排除 16 在简单碰撞理论中 有效碰撞的定义是 C A 互撞分子的总动能超过 cB 互撞分子的相对总动能超过 c C 互撞分子连心线上的相对平均动能超过 c D 互撞分子的内部动能超过 c 可见动力学中 P116页的定义 17 自由基复合反应的活化能一般在 D A 0 167kJ mol 1 B 167kJ mol 1 以上 C 0 42 kJ mol 1 D D D D 0 kJ mol 1 可见动力学中 P131 页 自由基或原子复合反应的活化能为零 18 根据气体分子运动论 关于分子的平均自由程l 下列说法正确的是 C A 与温度 T 成反比B 与单位体积内的分子数 数密度 成正比 5 C 与单位体积内的分子数 数密度 成反比D 与压力 P 成正比 平均自由程公式为 l kBT 2 D2p 1 2 D2N N 是数密度 三 是非题三 是非题 正确的打 错误的打 1 单分子反应一定是一级反应 不一定 单分子反应的定义有所扩展 2 基元反应一定符合质量作用定律 3 基元反应也可称为简单反应 4 简单反应的反应级数与其反应的反应分子数相同 或 简单反应的反应级数与其反应的反应分子数不相同 5 三分子反应 不一定是三级反应 如果是简单反应则反应级数与反应分子数相同 但是对复杂反应中某一步骤 的基元反应是三分子反应 但总反应级数不一定为三级 6 只有零级反应进行完全所需的时间才是有限的 7 元反应 其温度对反应速率的影响一般可用 Arrhenius 公式表示 8 相同反应级数的平行反应 其总速率常数等于各反应的速率常数之和 平行反应中的每个反应不一定是元反应 如当出现r1 1k A 2 r k2 A B 根 据其总速率等于各反应速率之和 得不到上述关系 9 N2 3H2 2NH3不可能是元反应 10 总级数为零的反应一定不是元反应 11 由二个基元反应组成的平行反应 其总速率常数等于二反应的速率常数之和 四 简答题四 简答题 1 某反应反应 2A B2 2AB 实验测得其速率方程为 r 1 2d A dt k A B2 请回答 该反应是简单反应还是复杂反应 说明理由 试推测能导出与实验速率方程相一致的可能反应历程 并写出导出 速率方程的过程 动力学 P193 答 是复杂反应 因为速率方程不符合质量作用定律 可能历程为 A B2 AB B速控步 B A AB快反应 6 反应速率等于速控步反应速率 r 1 2d A dt k A B2 2 因为简单反应一定是基元反应 所以基元反应一定是简单反应 此说法对吗 说明理由 答 错 简单反应或复杂反应 计量方程式 是相对于总反应而言的 而基 元反应是相对于反应历程中的某一步骤而言的 一个基元反应构成的总反应称为简 单反应 所以 简单反应一定是基元反应 如果若干个基元反应构成总反应 则称 为复杂反应 所以 基元反应不一定是简单反应 3 基元反应一定符合质量作用定律 所以 符合质量作用定律的一定是基元反应 此说法对吗 说明理由 答 错 基元反应一定符合质量作用定律 但是 符合质量作用定律不能作为基 元反应的充要条件 如 H2 I2 2HI 的反应 其速率公式与质量作用定律的形式相 同 为 r k H2 I2 但是 实验得出的历程为 I2 2I 和 2I H2 2HI 总反应是一复杂反应 显然不是基元反应 4 设一个化学总反应分二步进行 为 1 AC 2 C B k2 P 试写出总反应方程式 当 k 1 k2 B k1和 k 1 k2 B 时 试写出总反应的速率方程 答 根据条件 k 1 k2 B 时 说明 k 1 k2 说明第二步反应为速控步反应 且 k 1 k1 第一步反应的化学平衡可以实现 所以 总反应的速率方程等于速控 步反应速率 所以可得 r k2 C B 根据平衡 1 可得 C k1 A k 1 代入速率方程可得 r k C B k2k 1 k 1 A B 5 反应 A2B k2 D 各步都符合质量作用定律 用质量作用定律写 出 A B C 的净速率表达式中的 dCA dt dCB dt dCD dt 的表达式 并写出 dCA dt dCB dt dCD dt 三者间的关系式 答 答 答 答 dCA dt k1 A k 1 B 2 消耗速率与生成速率之和 7 dCA dt k1 A k 1 B 2 1 2 dCB dt k1 A k 1 B 2 k2 B 2 所以 dCB dt 2k1 A 2k 1 B 2 2k2 B 2 dCD dt k2 B 2 三者间的关系 根据 dCB dt 2k1 A 2k 1 B 2 2k2 B 2 2 dCA dt 2 dCD dt 2 dCA dt dCD dt 6 对一级反应来说 当反应完成了 1 e 即 c c0 e 时 所需的时间称为反应的 平 均寿命 用 表示 试证明 k 1 证 一级反应的 t 1 k lnc0 c所以 当 t c c0 e 时 1 k lne 1 k所以 k 1得证 7 因为 H2 I2 2HI 的反应速率公式可表示为 r k H2 I2 与质量作用定律 相符合 所此该反应为简单反应 对吗 说明理由 答 错 H2 I2 2HI 的反应 其速率公式与质量作用定律的形式相同 为 r k H2 I2 但是 实验得出的历程为 I2 2I 和 2I H2 2HI 总反应是一复 杂反应 显然不是基元反应 8 何谓 简单级数反应 指出 一级反应 二级反应 三级反应 零级 反应 中分别用哪二个量作图可得直线关系 答 速率方程符合 r k A a B b 其中 a b 或 n a b 为 0 或正整数的反应为 具有简单级数的反应 其中一级反应 lnc t 为直线 二级反应 1 c t 为直线 三级反应 1 c 2 t 为直线 零级反应 c t 为直线 9 在温度为 T 时 某一级反应 A 2B 以压力表示速率方程式为 dPA dt kPPA 以浓度表示的速率方程式为 dCA dt kCCA 试证明 kP kC 证 因为是一级反应 所以 lnPA0 PA kPt lnCA0RT CART lnCA0 CA kCt 所以 kP kC 8 10 若某反应为一级反应 在相同的温度下 反应物的浓度从 1mol dm 3 变到 0 4 mol dm 3 和反应物的浓度从 0 2mol dm 3 变到 0 08 mol dm 3所需的时间是否相同 为什么 答 相同 因为在相同温度下 k 为定值 且一级反应的时间为 t 1 k lnc0 c 将有关条件代入可得 t1 1 k ln1 0 4 1 k ln2 5 t2 1 k ln0 2 0 08 1 k ln2 5 所以 t1 t2 11 阿累尼乌斯 Arrhenius 公式中 当温度T 时 速率常数 k 为何值 为什 么 k A指前因子 答 根据阿累尼乌斯 Arrhenius 公式 k Aexp Ea RT 当温度T 时 k A 12 为什么说总级数为零的零级反应一定不是基元反应 答 任何一反应 其反应分子数不为 0 根据零级反应的速率方程 r k 与反应物浓度无关 不可能遵守质量作用定律 所以 一定不是基 元反应 13 酚和丙酮在酸性介质中经缩合反应生成双酚 A 实验测得反应速率方程为 r k C6H5OH CH3 2CO H 反应的历程为 CH3 2CO H B快速平衡 B C6H5OH C H 速控步 C H D H2O快反应 D C6H5OH 双酚 A H 快反应 已知其中 C 的结构式和双酚 A 的结构式如下 C 的结构 双酚 A 结构 试写出B和 D 的结构式 并按此机理推导出速率方程 答 B 和 D 的结构式为 9 速率方程 总速率方程等于速控步反应的速率方程 略 关于获此反应的历程信息 酚的计量数为 2 反应级为 1 动力学 根据规则 II P205 速控步后必有酚作反应物的反应存在 H 为正催化剂 且速控步后有此 催化剂的再生过程 二种反应物酚和丙酮 哪一个更容易与催化剂反应 应是丙酮 易形成正离子 14 平行反应中 和 均为基元反应 k1 B A k2 C 若指前因子 A1 A2 E1 E2 可采取什么措施对提高 B 的产率有利 答 根据阿累尼乌斯公式及条件 A1 A2 可得平行反应的二速率常数之比为 k1 k2 B C exp E1 E2 RT exp E RT 根据条件 当E1 E2 所以 E 0 当温度升高时 k1 k2增大 所以 对 提高 B 的产率有利 故可采用升高温度的办法