大学物理化学核心教程第二版(沈文霞)课后参考答案第7章

水光解的光敏剂在实验室规模已试制成功,如能大规模合成,而且又很便宜的话,就可以利用太阳能从水中制取氢气作燃料了。

19.催化剂为什么能加快反应速率?

答: 这个问题的问法不够全面。催化剂不一定只是加快反应速率,也可能降低反应速率,所以应该说,催化剂为什么可以改变反应速率。

改变反应速率的本质是改变反应历程,若使各基元步骤活化能组成的总表观活化能降低的话,就是正催化剂,可以加快反应速率。如果使总表观活化能升高,就是负催化剂,可以降低反应速率。凡是有催化剂参与的反应,就不再是基元反应了。

20.合成氨反应在一定温度和压力下,平衡转化率为25%。现在加入一种高效催化剂后,反应速率增加了20倍,问平衡转化率提高了多少?

答: 只要其他条件保持不变,平衡转化率仍然是25%。因为催化剂只能同时增加正、逆反应的速率,使系统缩短到达平衡的时间,而不能改变平衡的组成。同样,一个热力学认为不可能进行的反应,任何催化剂都不能使它进行。催化剂不能改变?rGm和K的数值。 四.概念题参考答案

1.某化学反应的方程式为2A?P,则在动力学中表明该反应为 ( ) (A)二级反应 (B)基元反应 (C)双分子反应 (D)无确切意义

答:(D)。只给出了化学反应的计量方程,这是无法确定反应级数的。反应级数要用实验来确定。如果说该反应是基元反应,则根据质量作用定律,可以确定该反应为二级反应,也是双分子反应。

?C?D,实验测定得到其速率系数为2.某化学反应的计量方程为A?2B??k?0.25(mol?dm?3)?1?s?1,则该反应的级数为 ( )

(A)零级反应 (B)一级反应

(C)二级反应 (D)三级反应

答:(C)。从化学反应的计量方程是无法确定反应的级数的,除非说明计量方程是基元反应。但是从速率系数的单位就可以确定这是一个二级反应,因为它符合二级反应的特征。

3.有某化学反应,已知反应物的转化分数y?k51时所需的时间,是y?所需时间的293倍,则该反应是 ( )

(A)

3级反应 (B)二级反应 2(C)一级反应 (D)零级反应

t59?1∶2,分数衰期之间呈倍数的关系,符合一级反应的特点,所以是答:(C)。t13∶一级反应。也可以采用尝试法,设反应为一级,将已知数据代入一级反应的定积分式

t13?111113ln?ln?ln k1?yk1?1k232 t5911191?3?13?ln5?ln?ln???2ln k1?9k4k?2?k2t13∶t59?1∶2,所以假设是正确的,反应的级数为一级。

4.当某反应物的初始浓度为0.04 mol·dm-3时,反应的半衰期为360 s,初始浓度

为0.024 mol·dm-3时,半衰期为 600 s,则此反应为 ( ) (A) 零级反应 (B) 1.5 级反应

(C) 二级反应 (D) 一级反应

答:(C)。这反应符合起始物浓度相等的二级反应的特点,半衰期与起始物的浓度成反比。

5.有一个放射性元素,其质量等于8 g,已知它的半衰期t12?10 d,则经过40 d后,其剩余质量等于 ( )

(A)4 g (B)2 g (C)1 g (D)0.5 g

答:(D)。半衰期为10 d,那40 d相当于过了4个半衰期,即

8 g?4 g?2 g?1 g?0.5 g

?C?D,如果A的起始浓度减小一半,其半衰期也缩短一半,则6.对于反应A??反应的级数为 ( )

(A) 一级 (B) 二级 (C) 零级 (D) 1.5 级

答:(C)。零级反应的半衰期与反应物的起始浓度成正比。

7.某基元反应,在等容的条件下反应,当反应进度为1mol时,吸热50 kJ。则该反应的实验活化能Ea值的大小范围是

( )

k?1(A)Ea?50 kJ?mol ?1(C)Ea=-50 kJ?mol

?1(B)Ea<50 kJ?mol

(D)无法确定

答:(A)。根据基元反应活化能的示意图,活化能是活化分子的平均能量与反应物分子的平均能量之差值。对于吸热反应,产物分子的平均能量高于反应物分子的平均能量,所以提供的活化能至少要等于产物所吸的热,一般总是大于这个数值。所以应该选(A)。而对于放热反应,活化能与所放的热量之间就没有什么关系,不好确定。

8.对于一般的化学反应,当温度升高时,下面说法正确的是 ( ) (A) 活化能明显降低 (B) 平衡常数一定变大 (C) 正、逆反应的速率系数成比例变化 (D) 反应到达平衡的时间变短

答:(D)。升高反应的温度,正、逆反应的速率系数都会变大,所以可以缩短到达平衡的时间。反应温度一般不会改变活化能的数值。平衡常数的数值是增大还是变小,要根据反

应是吸热还是放热而定,题目没有给出。正、逆反应的活化能一般不可能相等,所以正、逆反应的速率系数不会成比例地变化。

9.某化学反应,温度升高1 K,反应的速率系数增加1%。则该反应的活化能的数值约为 ( )

(A)100RT (C)RT2

2

(B)10RT

22 (D)0.01RT

答:(D)。根据Arrhenius公式的微分式,系数增加1%,相当于

Edlnk?a2,温度升高1 K,反应的速率dTRTdlnk?0.01,所以Ea?0.01RT2。 dTk,Ek,E12a,1a,2?B;②A????D。已知反应①的活化能大10.有一个平行反应,①A???于反应②的活化能,即Ea,1>Ea,2,以下措施中哪一种不能改变获得产物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

答:(B)。延长反应时间既不能改变反应速率系数,又不能改变反应的活化能,所以不能改变产物B和D的比例。提高反应温度,对活化能高的反应有利,即产物B的比例会提高。反之,降低反应温度,对活化能低的反应有利,产物B的比例会下降。加入适当催化剂,通常会加快主反应的速率,使主产物的比例提高。

12a,1a,2?B,A????C,设反应开始时,11.有两个都是一级的平行反应,A???k,Ek,E生成物的浓度都等于零。下列哪个结论是不正确的? ( ) (A) k总?k1?k2

(B) k1/k2?[B]/[C] (D) t12? (C) E总?Ea,1?Ea,2

ln2

k1?k2答:(C)。级数相同的平行反应,其积分式和半衰期的表示式等,与同一级数的简单反应的相似,只是速率系数是两个平行反应速率系数的加和。如果反应开始时,没有生成物存在,则产物的浓度比就等于速率系数之比。但是,表观活化能不等于组成平行反应的两个基元反应的活化能之和,两个活化能之间的关系要从k总?k1?k2的关系式导出(代入Arrhenius公式的指数式,进行整理即可)。

?k?12.某总包反应的表观速率系数k?2k2?1?,则表观活化能Ea与基元反应活化能

?2k4?之间的关系为 ( )

(A)Ea?2Ea,2?121Ea,1?2Ea,4? ?2

(B)Ea?Ea,2?1Ea,1?Ea,4? ?2

12(C)Ea?Ea,2?Ea,1?Ea,4

?Ea,1?(D)Ea?Ea,2???2E??

?a,4?答:(B)。将表观速率系数表示式的等式双方取对数,得

lnk?ln2?lnk2?1?lnk1?ln2?lnk4? 2将等式双方对温度T求微分,由于纯数值不是温度的函数,在求微分时等于零,所以得

dlnkdlnk21?dlnk1dlnk4?????? dTdT2?dTdT?在等式双方各乘以RT2,得 RT2dlnkdlnk21?2dlnk1dlnk4??RT2??RT?RT2? dTdT2?dTdT?2根据活化能的定义式,Ea?RT系为Ea?Ea,2?dlnk,就得到表观活化能Ea与基元反应活化能之间的关dT1Ea,1?Ea,4?。 ?2在表观速率系数中,速率系数的乘除关系,体现在表观活化能上是加减的关系,速率

系数的指数,就是活化能的系数。速率系数的系数,在活化能的关系式中不会出现,因为在取对数时已经分离开了,在对温度微分时其值为零。

13.在简单碰撞理论中,有效碰撞的定义是 ( ) (A) 互撞分子的总的动能超过阈能Ec

(B) 互撞分子的相对总的平动能超过阈能Ec

(C) 互撞分子的相对平动能,在连心线上的分量超过阈能Ec (D) 互撞分子的内部动能超过阈能Ec

答:(C)。根据简单的硬球碰撞模型,只有互撞分子的相对平动能,在连心线上的分量超过阈能Ec时,这时的碰撞才是有效的。

?114.在300 K时,某基元反应的阈能Ec?83.68 kJ?mol,则有效碰撞的分数值等于

( )

(A)3.719?10(C)2.69?10?14 (B)6.17?10?15

?11 (D)2.69?10?15答:(D)。根据有效碰撞分数的定义式

?Eq?e?Ec/RT?exp??c?RT ?exp???? ?83 680???15?2.69?10 ??8.314?300?所以在通常温度下,有效碰撞的分数是很小的,大部分的碰撞是无效的。

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