第八章化学动力学基础.docx

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第八章化学动力学基础

第八章化学动力学基础

（一）主要公式及其适用条件

1、化学反应速率的定义

式中：

d/dt为反应进度随时间的变化率；V为反应系统的体积；vB参加化学反应的物质B的计量系数，对产物取正值，对反应物则取负值；cB为参加反应B的物质的量浓度。

此式适用于恒容反应，反应无中间产物或dc（中间产物）/dt0的反应。

2、反应速率与反应物消耗的速率及产物生成速率之间的关系

反应：

用参加反应的不同物质表示反应速率时，其速率常数k之间的关系：

上式二式适用于恒温、恒容反应，且反应中间产物或dc（中间产物）/dt0。

3、速率方程的一般形式

式中：

和分别称为反应物A的分级数和反应物B的分级数；+=n称为反应的总级数。

和可分别为整数、分数或者是零，既可以是正值也可以是负值。

kA称为用反应物A表示反应速率时的速率常数，其物理意义为当cA=cB=1mol·dm3时的反应速率。

4、零级反应

速率方程式：

dcA/dt=k

速率方程的积分式：

cA,0cA=kt

式中：

cA,0为反应前反应物A的初始浓度；cA为反应进行t时刻时的反应物A的浓度。

零级反应的半衰期：

t1/2=cA,0/2k

5、一级反应

速率方程式：

d/cA/dt=kAcA

速率方程的的积分式：

式中：

xA为反应A初始浓度c0经过时间t的转化率。

此式适用于恒温、恒容一级反应。

一级反应的半衰期：

t1/2=ln2/k

6、二级反应

速率方程式：

dcA/dt=kA

速率方程的积分式：

若速率方程为dcA/dt=kAcAcB，在任何时刻cA/cB皆为定值，速率方程的积分式为

上式中：

k值的大小与cA/cB的大小有关。

当cA/cB=1时，k=kA。

二级反应的半衰期：

t1/2=1/kcA,0

7、n级反应

速率方程式：

dcA/dt=kA

速率方程的积分式：

（n1）kAt=1/1/

n级反应的半衰期：

以上二式除一级反应之外，n为其它任何值时皆可应用。

8、kp与kc的关系

恒温、恒容理想气体反应的速率，用压力表示与用浓度表示时的速率常数kp和kc之间的关系（设反应为n级）为dpA/dt=kp,A

kp,A=kc,A（RT）1n

由pA=cART可知，表示反应速率的压力的单位应为Pa，反应物A的物质的量浓度cA的单位应为mol·m3。

上式适用于任何级数的恒温、恒容反应。

9、阿累尼乌斯方程的三种形式

（1）微分式：

dln（k/[k]）/dt=Ea/RT2

（2）指数形式：

k=k0e

（3）定积分式：

ln（k2/k1）=Ea（T2T1）/RT1T2

式中：

k为温度T时的速率常数，[k]表示k的单位；k0称为指（数）前因子，其单位与k相同；Ea称为化学反应的活化能，其单位为J·mol1。

上述三式主要用于说明温度对反应速率的影响，活化能及不同温度下反应速率常数的计算。

上式适用于所有基元反应，某些非基元反应，甚至有些多相反应也符合阿累尼乌斯方程。

（二）概念题

8·2·1填空题

1、在一定温度下，反应

A+B→2D

的反应速率既可表示为dcA/dt=kAcAcB，也可表示为dcD/dt=kDcAcB。

速率常数kA和kD的关系为（）。

2、在一定温度下，反应物A（g）进行恒容反应的速率常数kA=2.5103s1·mol1·dm3,A（g）的初始浓度cA,0=0.02mol·dm3。

此反应的级数n=（），反应物A的半衰期t1/2=（）。

3、在T、V恒定的条件下，反应A（g）+B（s）→D（s），t=0时,pA,0=800kPa;t1=30s时，pA,1=400kPa;t2=60s时，pA,2=200kPa;t3=90s时，pA,3=100kPa。

此反应的半衰期t1/2=（）；反应的级数n=（）；反应的速率常数k=（）。

4、在一定的T、V下，反应A（g）→B（g）+D（g），当pA,0=100kPa时，反应的半衰期t1/2=25min；当A（g）气体的初始压力pA,0=200kPa时，反应的半衰期t1/2=50min。

此反应的级数n=（），反应的速率常数k=（）。

5、在一定温度下，液相反应A+2B→D的速率常数kA=42.5min1，则cA从2.0mol·dm3变到0.50mol·dm3所需的时间为t1，从0.40mol·dm3变化到0.10mol·dm3所需的时间为t2，两者之比t2/t1=（）。

6、在一定T、V下，反应2A（g）→A2（g），A（g）反应掉3/4所需的时间t3/4是A（g）的半衰斯t1/2的2.0倍，则此反应的级数n=（）。

7、温度为500K时，某理想气体恒容反应的速率常数kc=20mol1·dm3·s1。

若改用压力表示反应速率时，则此反应的速度常数kp=（）。

8、反应的机理为AB

tcAcB

则此反应的速率方程dcB/dt=（）。

9、反应的机理为ABD，反应开始时只有反应物A，经过时间t，A、B及D三种物质的量浓度分别为cA、cB和cD。

由此反应的速率方程dcB/dt=（），dcA/dt=（）。

10、恒温、恒容理想气体反应的机理为

D（g）

A（g）

B（g）

反应开始时只有A（g），任意时刻t时，A、B、D的物质的量浓度分别为cA、cB和cD。

则反应物A（g）消耗的速率可表示为dcA/dt=（），在上述条件下，任意时刻t时，cB/cD=（）=（）=（）。

11、已知25℃时，（HCl,g）=92.307kJ·mol1。

化学反应H2（g）+Cl2（g）2HCl（g）

在催化剂的作用下，可大大加快此反应的速率，则此反应的（298.15K）=（）。

12、催化剂能够大大缩短化学反应达到化学平衡的时间，而不能改变化学反应的（）。

8·2·2单项选择填空题

1、在T、V恒定的条件下，基元反应A（g）+B（g）→D（g）

若初始浓度cA,0》cB,0，即在反应过程中物质A大量过剩，其反应掉的物质的量浓度与cA,0相比较，完全可以忽略不计。

则此反应的级数n=（）。

选择填入：

（a）1；（b）2；（c）3；（d）0

2、在指定条件下，任一基元反应的反应分子数与反应级数之间的关系是（）。

选择填入：

（a）反应经数等于反应分子数；（b）反应级数小于反应分子数；（c）反应级数大于反应分子数；（d）反应级数等于或小于反应分子数

3、在化学动力学中，质量作用定律（）/

选择填入：

（a）适用任一恒温反应；（b）只适用于理想气体恒温反应；（c）只适用基元反应；（d）只适用于恒温恒容化学反应

4、基元反应的分子数是个微观的概念，其值（）。

选择填入：

（a）可为0、1、2、3；（b）只能是1、2、3这三个正整数；（c）也可是小于1的数值；（d）可正，可负，可为零

5、化学反应的反应级数是个宏观的概念，实验的结果，其值（）。

选择填入：

（a）只能是正整数；（b）一定是大于一的正整数；（c）可以是任意值；（d）一定是小于一的负数

6、25℃时，气相反应2A（g）→C（g）+D（g），反应前A（g）的物质的量深度为cA,0，速率常数为kA，此反应进行完全（即cA=0）所需的时间是有限的，用符号t示之，而且t=cA,0/kA，则此反应必为（）。

选择填入：

（a）零级反应；（b）一级反应；（c）二级反应；（d）0.5级反应

7、在25℃的水溶液中，分别发生下列反应：

（1）A→C+D，为一级反应，半衰期为t1/2,A。

（2）2B→L+M，为二级反应，半衰期为t1/2,B。

已知A和B的初始浓度之比cA,0/cB,0=2，反应系统中无其它反应发生。

当反应

（1）进行的时间t1=2t1/2,A，反应

（2）进行的时间t2=2t1/2,B时，则A、B物质的量浓度cA和cB之间的关系为（）。

选择填入：

（a）cA=cB；（b）cA=2cB；（c）4cA=3cB；（d）cA=1.5cB

8、在一定T、V下，反应机理为A（g）+B（g）D（g），此反应的=60.0kJ·mol1，则上述正向反应的活化能E1（）。

选择填入：

（a）一定是大于60.0kJ·mol1；（b）一定是等于60.0kJ·mol1；

（c）一定是大于60.0kJ·mol1；（d）即可以大于也可以小于60.0kJ·mol1

9、在任意条件下，任一基元反应的活化能Ea（）；任一非基元反应的活化能Ea（）。

选择填入：

（a）一定大于零；（b）一定小于零；（c）一定等于零；（d）条件不全无法确定

10、基元反应2A→B为双分子反应，此反应的级数（）。

选择填入：

（a）可能小于2；（b）必然为1；（c）可能大于2；（d）必然为2。

11、两个H·与M粒子同时相碰撞，发生下列反应H·+H·+M→H2（g）+M

因此反应的活化能Ea（）。

选择填入：

（a）0；（b）=0；（c）0；（d）有能确定

12、某放射性同位纛的蜕变反应为一级反应，已知其半衰期t1/2=6d（天），则经过18d后，所剩余的同位素的物质的量n，与原来同位素的物质的量n0的关系为（）。

选择填入：

（a）n=n0/3；（b）n=n0/4；（c）n=n/16；（d）n=n0/8；

13、平行反应：

B（g），产物

A（g）

D（g），副产物

已知反应

（1）的活化能Ea,1=80kJ·mol1，反应

（2）的活化能Ea,2=40kJ·mol1，为有利于产物B（g）的生成，应当采取（）的方法。

选择填入：

（a）恒温反应；（b）升高反应温度；（c）降低反应温度；（d）将副产物D（g）及时排出反应器

8·2·3简答题

1、一级反应有哪此特征？

2、反应速率方程dcA/dt=kA的二级反应有哪些特征？

3、什么是基元反应？

什么是反应的机理（或反应的历程）？

4、在一定温度下，反应2A→B，在t=0时，cA,0=8mol·m3；t=20min时，cA=6mol·m3；t=40min时，cA=4.5mol·m3；t=60min时，cA=3.375mol·m3。

即每隔相同的时间间隔t=20min，A反应掉的分数为定值yA=（cA,1cA,2）/cA,1=1/4，此反应为几级反应？

反应的半衰期t1/2为若干？

5、350K时实验测出下列两反应的速度常数：

（1）2A→B，kA=0.25mol·dm3·s1；

（2）2D→P，kD=0.25mol1·dm3·s1。

这两个反应各为几级反应？

6、一级对行反应AB，任一时刻反应物A的浓度cA与其平衡浓度cA,e的差值c=cAcA,e，称为反应物A的距平衡浓度差，反应速度方程可表示为dc/dt=（k1+k1）c。

试写出cAcA,e=（cA,0cA,e）/2，即反应完成了距平衡浓度差的一半时，所需时产蝗表示式。

7、对于复杂反应，任一中间产物B在何种条件下才能对其运用稳态近似法处理？

8、发生爆炸反应的主要原因是什么？

9、催化剂能够加快反应速度的主要大原因是什么？

10、在多孔性催化剂表面上的气—固相催化反应要经过哪些