厦门大学物化动力学4动力学练习1与答案.docx
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厦门大学物化动力学4动力学练习1与答案
动力学练习1与答案-06级(化学、高分子)
一、选择题(共22题)
1.反应A+BC→AB+C的焓变rHm>0,A,C是自由基,AB,BC
是分子AB,BC的摩尔键焓。
以下哪个关系式可以近似估算该反应的活化能Ea?
()
(A)0.055AB(B)0.055AB+rHm
(C)0.055BC(D)0.055BC-rHm
2.反应A
B(I);A
D(II),已知反应I的活化能E1大于反应II的活化能E2,以下措施中哪一种不能改变获得B和D的比例?
()
(A)提高反应温度(B)延长反应时间
(C)加入适当催化剂(D)降低反应温度
3.某二级反应,反应物消耗1/3需时间10min,若再消耗1/3还需时间为:
()
(A)10min
(B)20min
(C)30min
(D)40min
4.两个活化能不相同的反应,如E2>E1,且都在相同的升温度区间内升温,
则:
()
(A)
(B)
(C)
(D)
5.对于反应2NO2=2NO+O2,当选用不同的反应物和产物来表示反应速率时,其
相互关系为:
()
(A)-2d[NO2]/dt=2d[NO]/dt=d[O2]/dt
(B)-d[NO2]/2dt=d[NO]/2dt=d[O2]/dt=d/dt
(C)-d[NO2]/dt=d[NO]/dt=d[O2]/dt
(D)-d[NO2]/2dt=d[NO]/2dt=d[O2]/dt=1/Vd/dt
6.反应A→产物为一级反应,2B→产物为二级反应,t
(A)和t
(B)分别
表示两反应的半衰期,设A和B的初始浓度相等,当两反应分别进行的时间为
t=2t
(A)和t=2t
(B)时,A,B物质的浓度cA,cB的大小关系为:
()
(A)cA>cB
(B)cA=cB
(C)cA (D)两者无一定关系 7.当一反应物的初始浓度为0.04mol·dm-3时,反应的半衰期为360s,初始浓度 为0.024mol·dm-3时,半衰期为600s,此反应为: () (A)0级反应 (B)1.5级反应 (C)2级反应 (D)1级反应 8.[X]0[Y]0[Z]增加0.0050mol·dm-3所需的时间/s 0.10mol·dm-30.10mol·dm-372 0.20mol·dm-30.10mol·dm-318 0.20mol·dm-30.05mol·dm-336 对于反应X+2Y→3Z,[Z]增加的初始速率为: () (A)对X和Y均为一级 (B)对X一级,对Y零级 (C)对X二级,对Y为一级 (D)对X四级,对Y为二级 9.连串反应A B C其中k1=0.1min-1,k2=0.2min-1,假定反应开始时只有A,且浓度为1mol·dm-3,则B浓度达最大的时间为: () (A)0.3min(B)5.0min (C)6.93min(D)∞ 10.在反应A B C,A D中,活化能E1>E2>E3,C是所需要的产物,从动力学角度考虑,为了提高C的产量,选择反应温度时,应选择: () (A)较高反应温度(B)较低反应温度 (C)适中反应温度(D)任意反应温度 11.某气相1-1级平行反应M R;M S,其指前因子A1=A2,活化能E1≠E2,但均与温度无关,现测得298K时,k1/k2=100,则754K时k1/k2为: () (A)2500(B)2.5 (C)6.2(D)缺活化能数据,无法解 12.1-1级对峙反应 由纯A开始反应,当进行到A和B浓度相等的时间为: (正、逆向反应速率常数分别为k1,k2)() (A)t=ln (B)t= (C)t= (D) 13.如果某反应的△rHm=100kJ·mol-1,那么活化能Ea将: () (A)Ea≠100kJ·mol-1(B)Ea≥100kJ·mol-1 (C)Ea≤100kJ·mol-1(D)都可以 14.A,B构成1-1级对峙反应,用H+催化可构成2-2级对峙反应, 则k1,k2,k3,k4的关系为: () (A)k1=k3,k2=k4(B)k1.k3=k2.k4 (C)k1+k3=k2+k4(D)k4.k1=k2.k3 15.若反应A+B C+D正逆向均为二级反应,则平衡常数K与正逆向速率常数k+,k-间的关系为: () (A)K>k+/k- (B)K (C)K=k+/k- (D)K与k+/k-关系不定 16.已知二级反应半衰期t 为1/(k2c0),则反应掉1/4所需时间t 应为: () (A)2/(k2c0) (B)1/(3k2c0) (C)3/(k2c0) (D)4/(k2c0) 17.某具有简单级数的反应,k=0.1dm3·mol-1·s-1,起始浓度为0.1mol·dm-3, 当反应速率降至起始速率1/4时,所需时间为: () (A)0.1s (B)333s (C)30s (D)100s 18.均相反应A+B C+D,A+B E+F在反应过程中具有[C]/[E]=k1/k2的关系,[C],[E]为反应前后的浓差,k1,k2是反应 (1), (2)的速率常数。 下述哪个是其充要条件? () (A) (1), (2)都符合质量作用定律 (B)反应前C,E浓度为零 (C) (1), (2)的反应物同是A,B (D) (1), (2)反应总级数相等 19.某反应物起始浓度相等的二级反应,k=0.1dm3·mol-1·s-1,c0=0.1mol·dm-3,当反应率降低9倍所需时间为: () (A)200s (B)100s (C)30s (D)3.3s 20.两个一级平行反应A B,A C,下列哪个结论是不正确的: () (A)k总=k1+k2(B)k1/k2=[B]/[C] (C)E总=E1+E2(D)t =0.693/(k1+k2) 二、计算题(共8题) 21.求气相反应2A──→B中,反应物A消失的一级速率常数。 假若压力不 变,原始气体中含80%A,3min后,反应混合物的体积减少20%。 22.已知气相反应3H2+N2=2NH3的下列速率数据(T=723K): 实验p(H2)/kPap(N2)/kPa-dp总/dt(kPa·h-1) 113.20.1320.00132 226.40.1320.00528 352.80.6600.1056 已知: -dp总/dt=kpx(H2)py(N2)求: (a)x,y各为多少? (b)求实验1中的dp(N2)/dt和p(N2)降到0.066kPa所需时间。 (c)若反应在823K进行,求实验1的初始速率,假定活化能为189kJ·mol-1。 23.有气相反应N2O5 (1)+NO (2)─→3NO2(3),今在298K下进行实验。 第一 次实验,p1=133Pa,p2=13.3kPa,作lg(p/Pa)-t图为一直线,由斜率得 t =2h;第二次实验,p1=p2=6.67kPa,测得下列数据: p总/kPa13.315.316.720.01 t/h012∞ 设速率方程为r=kp2xp2y,请求x及y值,并推测可能的反应历程。 24.合金分析中有一种中子活化技术,未知样品受到高中子通量辐射后样品中原子变为原子序数相同,但相对原子量增加1或1以上的放射性同位素,表1是一种未知二元合金经中子活化后测得的实验数据: 时间/h0510265380 级数率/(裂变数/s)28012074412010 b放射性同位素的半衰期: 同位素 Na Mn As Mo 半衰期/h15.02.5826.566.0 请确定该二元合金的定性组成。 25.一次核爆炸产生的20Sr可代换骨中的钙,此同位素半衰期为281a(年),假设1g被一新生儿吸收,问70a之后,人体中还剩多少? 26.亚硝酸钠与氧的反应历程如下: (1)NO +O2 NO +O (2)O+NO NO (3)O+O O2 (a)试证明以NO 生成速率表达的速率方程为 d[NO ]/dt=k1[NO ][O2] (b)若反应(3)比反应 (2)慢得多时,上述速率方程又如何表达? 三、问答题(共6题) 27.配合物取代反应[Co(CN)5(H2O)]2-+X-®[Co(CN)5X]3-+H2O,式中X-代表I-、Br-、N 、SCN-等,实验研究该反应速率方程为r=k[X-][[Co(CN)5(H2O)]2-]/(a[x-]+b),且发现有中间物[Co(CN)5]2-,请设计可能的反应历程,并指明a,b,k与所拟反应历程中动力学参数之关系。 28.反应V3++Fe3+®V4++Fe2+属于电子转移反应,实际上是配合物间的反应。 在Cu2+存在下,实验求得速率方程为r=k[V3+][Cu2+],请拟定反应历程,对所确定的速控步说明理由。 29.10分 甲苯加氢脱烷基反应为C6H5CH3+H2→C6H6+CH4 若按下述历程进行: H2+M M+2H (1) H+C6H5CH3 C6H6+CH3 (2) CH3+H2 CH4+H(3) H+H+M H2+M(4) 试证明苯的生成速率可用下式表示: 若键能(C6H6-CH3)=380kJ·mol-1H-H=435kJ·mol-1试估算反应 (1)、 (2)、(4) 的活化能? 并求出反应的表观活化能Ea。 30.对下列两个反应,请提出符合其速率方程的可能机理。 (a)I-+OCl-→Cl-+OI- (COCl-) (b)C(CH3)3Cl+OH-→C(CH3)3OH+Cl- 物理化学试卷答案 一、选择题(共22题) 1.2分(5776) [答](B) 2.2分(5562) [答](B) 3.2分(5267) [答](C) 4.2分(5651) [答](A) 5.2分(5204) [答](D) 6.2分(5259) [答](C) 7.2分(5257) [答](C) 8.2分(5286) [答](C) 设r=k[X]0n[Y]0m r2/r1=k(0.2mol·dm-3/0.1mol·dm-3)(0.1mol·dm-3/0.1mol·dm-3)=72/18=4 2n=4n=2 同理: 2m=2m=1 9.2分(5559) [答](C) 10.2分(5707) [答](A) 11.2分(5560) [答](C)k1/k2=exp[-(E1-E2)/RT]将数据代入即得 12.2分(5553) [答](C) 13.2分(5714) [答](B) 14.2分(5552) [答](D) 15.2分(5558) [答](D) 16.2分(5263) [答](B) 根据 17.2分(5296) [答](D) 18.2分(5555) [答](A) 19.2分(5268) [答](A) 20.2分(5554) [答](C)∵平行反应E总=(k1E1+k2E2)/(k1+k2) 二、计算题(共8题) 21.解: 2A®B t=080%20% t=380%-2V20%+V (80%-2)+(20%+V)=100%-V=100%-20% V=20% VA=80%-2V=40% kA=ak=ln([A]0/[A])/t=ln(VA0/VA)/t=ln(80%/40%)/3=0.231min-1 22.10分(5434) [答](a)比较1,2实验,x=2,比较2,3实验,y=1(3分) (b)令p(N2)为时间t时氮气压力,此时 p总=p0(H2)-3(p0(N2)-p(N2))+2(p0(N2)-p(N2))+p(N2) 即p总=p0(H2)-p0(N2)+2p(N2) ∴dp(N2)/dt= dp总/dt. 对于实验1,dp(N2)/dt=0.00066kPa·h-1=k(13.2)2(0.132)kPa·h-1 由于[H2]>>[N2]∴dp(N2)/dt=k'(0.132)kPa·h-1,k'=0.00500h-1 反应为准一级,反应进行一半时间为139h。 (4分) (c)ln k'2/k'1=7.585,k'2(T=823K)=0.0379h-1 实验1在T=823K时,初始速率为0.0100kPa·h-1(3分) 23.15分(5326) [答]设反应速率方程为-dp1/dt=kp1xp2y 据第一次实验: p2>>p1则r=k'p1x,k'=kp2y 因为lnp1~t为一条直线,这是一级反应的特征, 所以x=1(3分) 据第二次实验: t=1h反应未完成百分数=(p∞-p)/(p∞-p0)=70% t=2h反应未完成百分数=50%,即反应了70%之30% 分数寿期与初始浓度无关,即一级反应之特征, 此时r=kp1xp2y=kp1(x+y),x+y=1y=0(6分) 推测反应历程如下: N2O5 (1) NO2(3)+NO3 NO2 (2) 2NO2 应用稳态法可得r=k1k2p2p1/(k-1p3+k2p2) 当k2p2>>k-1p3,r=k1p1与结果相符(6分) 24.10分(5521) [答]用作图法或斜率法(二点)求斜率 t/h0510265380 斜率0.0740.0420.0160.01150.0111 后三点为一直线,是长寿命放射性元素。 t =ln2/k=ln2/斜率=26.6h是As(4分) 前几点斜率不一致,除短寿命组分之放射性外,尚有长寿命放射性,应进行校正。 t/hlg(As计数)As计数校正计数lg(As计数)斜率 01.90792012.30 51.8571491.69-0.122 101.7962121.11-0.116 t (短寿命)=ln2/斜率=0.30110h/0.119=2.53h,故为Mn(6分) 25.5分(5455) [答][20Sr]=[20Sr]0exp(-kt),k=ln2/t m(20Sr)=m0(20Sr)exp{-(t/t )ln2} =(1g)exp{-0.024}=0.18g(5分) 26.5分(5904) [答]1)d[O]/dt=k1[NO ][O2]-k2[O][NO ]-k3[O]2=0 [O]=k1[NO ][O2]/(k3[O]+k2[NO ])代入d[NO ]/dt=k1[NO ][O2]+k2[O][NO ] 即得(3分) 2)k3[O]< ] d[NO ]/dt=k1[NO ][O2](2分) 三、问答题(共6题) 27.10分(5989) [答]{Co(CN)5(H2O)}2- {Co(CN)5}2-+H2O {Co(CN)5}2-+H2O {Co(CN)5(H2O)}2- {Co(CN)5}2-+xX- {Co(CN)5x}3-(5分) 对{Co(CN)5}2-应用稳态近似,得到 [{Co(CN)5}2-]=k1[{Co(CN)5(H2O)}2-]/(k2[H2O]+k3[X-]) r=k3[{Co(CN)5}2-][X-]=k1k3[{Co(CN)5(H2O)}2-][X-]/(k2[H2O]+k3[X-])(3分) 式中,k1k3=k,k3=a,k2[H2O]=b或k2=b因[H2O]为溶剂浓度,反应中 恒定不变(2分) 28.10分(5991) [答]反应历程: V3++Cu2+ V4++Cu+,Cu++Fe3+ Cu2++Fe2+(4分) 验证: 由反应历程可得总反应方程V3++Fe3+®V4++Fe2+(1分) 对[Cu+]应用稳态近似,[Cu+]=k1[V3+][Cu2+]/(k2[Fe3+] r=-d[V3+]/dt=d[Fe2+]/dt=k2[Cu+][Fe3+]=k1[V3+][Cu2+](2分) 由上述速率方程,似乎难于确定哪一步是决速步,但由于对[Cu+]应用了稳态近似, 其条件是消耗Cu+之反应较生成Cu+之反应要容易,即k1< V3++Cu2+®V4++Cu+。 (3分) 29.10分 [答][H]ss=(k1/k4×[H2])1/2 r=k2[C6H5CH3][H](5分) k=k2(k1/k4)1/2∴Ea=E2+ (E1-E4) E1=435kJ·mol-1E2=0.05(C6H5-CH3)=19kJ·mol-1(3分) E4=00.05520.9 Ea=237kJ·mol-1236.8238.4238.9(2分) 30.答: (a)OCl-+H2O HOCl+OH- (1)(2分) HOCl+I- Cl-+OI-+H+ (2)(2分) 设 (2)为速控步, (1)能快速建立平衡,则 (2分) (推测反应历程如下: I-+H2O HI+OH- HI+ClO- IO-+H++Cl- 应用平衡假设可得: r=k2K[I-][ClO-][OH-]-1) (b)设计机理为 (1)(1分) (2)(1分) (3)(2分) (1分) (2分) 代入得 (2分)
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