动力学题库及解.docx

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动力学题库及解

《动力学部分》题库及题解

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==kCαACβB，为确定α、β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α=1，β=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

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．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=2kB=kC

C．kA=1/2kB=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）lgnD．（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）

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/LB．k，=60kC．k，=Lk/1000D．k，=（L/1000）2k

∵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．69.32s－1以上B．6.392s－1以上

C．0.06932s－1以上D．6.392s－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．mol－1·dm3·s－1B．s－1

C．mol－2·dm6·s－1D．（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）

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η=m/3√2πD2；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．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/πm）1/2，m越大，平均速率越小。

平均动能：

1/2m2=3/2kBT。

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εcB．互撞分子的相对总动能超过εc

C．互撞分子连心线上的相对平均动能超过εc

D．互撞分子的内部动能超过εc

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－1B．167kJ·mol－1以上

C．0～42kJ·mol－1D．0kJ·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

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/√2πD2p=1/2πD2N，N是数密度。

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

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：

①该反应是简单反应还是复杂反应？

说明理由；

②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

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

①试写出总反应方程式；

②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]=（k2k1/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：

－dCA/dt=k1[A]－k－1[B]2；消耗速率与生成速率之和。

dCA/dt=－k1[A]+k－1[B]2

1/2dCB/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

=－2dCA/dt－2dCD/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τ表示，试证明：

kτ=1。

证：

一级反应的：

t=1/klnc0/c所以，当τ=t，c=c0/e时，

τ=1/klne=1/k所以，kτ=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/c2～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。

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0.4mol·dm－3和反应物的浓度从0.2mol·dm－3变到0.08mol·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/klnc0/c，将有关条件代入可得：

t1=1/kln1/0.4=1/kln2.5；t2=1/kln0.2/0.08=1/kln2.5

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：

①（CH3）2CO+H+B快速平衡

②B+C6H5OH—→C+H+速控步

③C+H+—→D+H2O快反应

④D+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：

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①和②均为基元反应：

—k1→B……①

A—

—k2→C……②

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{－ΔE/RT}

根据条件，当E1＞E2，所以ΔE＞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。

当然还有一种方法是加入对①反应具有选择性的正催化剂，提高①反应的速率。

五、计算题：

1．（12分）溴乙烷分解反应的活化能Ea=229.3kJ·mol－1，650K时的速率常数k为2.14×10－4s－1。

现欲使此反应在20.0min内完成80%，问应将反应温度控制在多少？

（设A不随温度变化）

解：

根据阿累尼乌斯（Arrhenius）公式：

k=Aexp（－Ea/RT）

求得指前因子A=5.73×1014；

根据一级反应速率积分式：

lnc0/c=ln1/（1－0.80）=Aexp（－Ea/RT）t

只有T是未知的，解得：

T=679K

2．（12分）在651.5K时，（CH3）2O热分解为一级反应，其半衰期为363min，活化能为217570J·mol－1，根据上述数据：

（1）试计算在651.5K时的反应速率常数；

（2）试计算在723K时的反应速率常数；

试计算在723K时，欲使75%的（CH3）2O分解，需多少时间？

解：

（略）lnk/k=E（T-T）/RTT

t=1/klnc0/c

3．（15分）某气相反应A—→2B，半衰期与初始压力成反比（设初始时只有A），在518○C下，在一定容积的容器中的压力变化有如下数据：

初始压力为40KPa，100秒后总压力为50KPa。

（1）判断该反应的级数，简述理由。

（2）根据上述数据计算该温度时反应的速率常数，半衰期及初始反应速率。

（3）若该反应的活化能为190.4KJ·mol－1，问在什么温度下其速率常数为518○C时的2倍。

解：

（略）

4、计算HI分子在300K及101.3kPa时碰撞频率和平均自由程。

已知：

kB=1.38×10－23；DHI=5.06×10－10m；MHI=128.0g·mol－1。

解：

（略）