第十一章化学动力学基础（一）练习题及答案

2023-11-04 来源：易榕旅网

淮阴师范学院《物理化学》课外习题

第十一章化学动力学基础（一）练习题

一、选择题

1. 某化学反应的方程式为2A → P，则在动力学研究表明该反应为： ( ) (A) 二级反应 (B) 基元反应 (C) 双分子反应 (D) 以上都无法确定

2. 对下面反应来说，当用-（d[N2]/dt）表示其反应速率时，与此速率相当的表示是： ( )

3H2（g）+ N2（g）= 2NH3（g）

(A) 2（d[NH3]/dt） (B) 1/3（d[H2]/dt (C) -1/2（d[NH3]/dt） (D) 1/2（d[NH3]/dt）

3. 某化学反应为2A + B → P，实验测定其速率常数为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

4. 某一基元反应为mA → P，动力学方程为r = k[A]m，[A]的单位是mol • dm-3，时间的单位是s，则k的单位是： ( ) (A) mol(1 - m) • dm3(m - 1) • s-1 (B) mol- m • dm3m • s-1

5. 某气相反应在400 K时的kp = 10-3 kPa-1 • s-1，若用kc表示应等于： ( ) (A) 3326 (mol • dm-3)-1 • s-1 (B) 3.326 (mol • dm-3)-1 • s-1 (C) 3.01 × 10-4(mol • dm-3)-1 • s-1 (D) 3.01 × 10-7(mol • dm-3)-1 • s-1

6. 某反应，当反应物反应掉5/9所需时间是它反应掉1/3所需时间的2倍，则该反应时： ( )

(A) 3/2级反应 (B) 二级反应 (C) 一级反应 (D) 零级反应 7. 有两个都是一级反应的平行反应：

下列说法错误的是： ( ) (A) k总 = k1 +k2 (B) E总 = E1 +E2 (C) k1/k2 = [B]/[C] (D) t1/2 = ln2/(k1 + k2)

8. 某一分解反应，当反应物浓度为0.2 mol•L-1，反应速率为0.3 mol•L-1•s-1。如果反应是二级的，当反应物浓度为0.6 mol•L-1时，反应速率是： ( ) (A) 0.3 (B) 2.7

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9. 下列叙述不正确的是： ( ) (A) 催化剂只能缩短反应达到平衡的时间而不能改变平衡状态

(B) 要测定H2O2（aq）= H2O（l） + 1/2O2（g）反应速率可选择的方法是测定O2（g）体积随时间的

变化

10. 两个活化能不相同的反应，如E1 < E2，且都在相同的升温区内升温，则： ( ) (A) dlnk2/dT > dlnk1/dT (B) dlnk2/dT < dlnk1/dT (C) dlnk2/dT = dlnk1/dT (D) 不能确定

11. 在某温度下平衡A = B = G + F的△H ＜ 0，升高温度平衡逆向移动的原因是： ( ) (A) v（正）减小，v（逆）增大 (B) k（正）减小，k（逆）增大

( ) (A) 5% (B) 50% (C) 11.2% (D) 20%

13. 有一个1-1级的对峙反应，由纯A开始，当进行到A和B的浓度相等时，时间与速率常数的关系式为： ( ) (A) t = ln(k-1/k1) (B) t = 1/(k1 – k-1)ln(k1/k-1) (C) t = 1/(k1 + k-1)ln[k1/(k1 – k-1)] (D) t = 1/(k1 + k-1)ln[2k1/(k1 – k-1)]

14. 由反式1，2-二氯乙烯变成顺式1，2-二氯乙烯（异构化）的活化能为231.2 kJ•mol-1，且△H为4.2 kJ•mol-1,则该反应逆过程活化能为： ( ) (A) 235.4 kJ•mol-1 (B) -231.2 kJ•mol-1 (C) 227.0 kJ•mol-1 (D) -231.2 kJ•mol-1

15. 下列说法正确的是： ( ) (A) 在温度T下，一个化学反应的△rG0越负，反应的速率就越大 (B) 在温度T下，一个化学反应的△rG0越负，反应的速率就越小

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16. 某复杂反应的表观速率常数k与各基元反应速率常数之间的关系为k = k2(k1/2k4)0.5，则表观活化能Ea与各基元反应活化能之间的关系为： ( ) (A) Ea = E2 + 0.5(E1 – 2E4) (B) Ea = E2 + (E1 – 2E4)0.5 (C) Ea = E2 + 0.5(E1 – E4) (D) Ea = E2 (E1/2E4)0.5 17. 反应A + B → C的起始浓度和初速如下：

[A]0/（mol • dm-3） 1.0 2.0 3.0 1.0 1.0 [B]0/（mol • dm-3） 1.0 1.0 1.0 2.0 3.0 r0/（mol • dm-3） 0.15 0.30 0.45 0.15 0.15 则此反应的速率方程为： ( ) (A) r = k[B] (B) r = k[A][B] (C) r = k[A][B]2 (D) r = k[A]

18. 某二级反应，反应消耗1/3需时间10 min，若再消耗1/3还需时间为： ( )

(A) 10 min (B) 20 min (C) 30 min (D) 40 min

19. 某具有简单级数的反应，k = 0.1 (mol • dm-3)-1 • s-1，反应物起始浓度为0.1 mol • dm-3，当反应速率降至起始速率的1/4时，所需时间为： ( )

(A) 0.1 s (B) 333 s (C) 30 s (D) 100 s

20. 已知某总反应2A +B → D + E的反应机理为（1）（2）

用稳态近似法用产物E表示的反应速率表示式r = d[E]/dt为： ( ) (A) k2[G][B] (B) (k1k2/k-1)[A]2[B] (C) (k1k2[A]2[B])/(k-1 + k2[B]) (D) (k1k2[A]2[B])/(k2[B]) 二、填空题

1. 对于反应，可以根据质量作用定律按化学反应方程式直接写速率方程。

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2. 反应C12H22O11 + H2O → C6H12O（葡萄糖） + C6H12O（果糖）为二级反应，若反应体系中C12H22O1155浓度很稀时，实际上二级反应可作为来处理，此时其动力学方程为。

3. 实验表明在一定范围内，反应2NO + Cl2 = 2NOCl符合质量作用定律。该反应的速率方程为，反应级数为。若其它条件不变，将容器对的体积增加到原来的2倍，则反应速率为原来的。

4. 在一定温度下，反应A +B → D的速率系数kA = 42.5 min，则CA从2.0 mol • dm-3到0.5 mol • dm-3所需的时间为t1，从0.4 mol • dm-3到0.1 mol • dm-3所需的时间为t2，则两者t2/t1 = 。

5. 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。

6. 基元反应A + 2B → 3C，其速率反应方程表示式为；如-d[B]/dt = 1.0 mol•L-1•min-1，则-d[A]/dt = ；若以C表示反应速率时，其速率方程表达式为；

7. 反应3H2（g）+ N2（g）= 2NH3（g）△rH < 0，若在一定范围内升高温度，则v正，v

逆

，K ，△rH ，△rS ，△rG 。

8. 对于符合质量作用定律的化学反应aA +Bb → dD +gG，其速率方程为r = k • caA • cbB，式中k称

为，cA和cB分别表示，a + b称为。

9. 活化能是，当外界条件相同时，反应的活化能越大，则反应速率越。 10. 某反应在温度293 K升至303 K时，反应速率恰好增加1倍，则该反应的活化能为。

三、简答题

1. 请根据质量作用定律写出下列基元反应的反应速率方程式（试用各种物质分别表示）。（1）A + B = 2P （2）2A + B = 2P （3）A + 2B = P + 2S （4）2Cl + M = Cl2 + M

2. 什么叫反应级数和反应分子数？两者有什么异同点？

3. 零级反应是否是基元反应？具有简单级数的反应是否一定是基元反应？反应Pb(C2H5)4 = Pb + 4C2H5是否可能为基元反应？

4. 某总反应速率常数k与各基元反应速率常数的关系为k = k2(k1/2k4)1/2，则该反应的表观活化能Ea和指前因子与各基元反应活化能和指前因子的关系如何？

5. 已知平行反应

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且Ea,1 > Ea,2，为提高B的产量，应采取什么措施？

四、计算题

1. 323 K时，A物质在容器中进行分解反应，反应为一级，初始速率vA0 = 1.00×10-5 mol•L-1•s-1，1 h后速率vA = 1.00×10-5 mol•L-1•s-1。试求（1）kA；（2）t1/2；（3）cA0。

2. 气相A的分解反应为A（g）→ 产物，当A浓度为0.5 mol•L-1时，反应速率为0.014 mol•L-1•s-1。若该反应为（1）零级反应；（2）一级反应；（3）二级反应，其中A浓度等于0.25 mol•L-1，反应速率和反应速率常数为多少？

3. 某物质按一级反应进行分解。已知反应完成40%需时50 min，试求：（1）以s为单位的速率常数；（2）完成80%反应所需时间。

4. CO(CH2COOH)2在水溶液中分解成丙酮和二氧化碳。283 K时分解反应速率常数为1.08×10-4 mol•L-1•s-1，333 K时为5.48×10-2 mol•L-1•s-1。求303 K时分解反应的速率常数。

5. 等容气相反应A → Y的速率常数k与温度T具有如下关系式：ln(k/s-1) = 24.00-9622/(T/K) （1）计算反应的活化能；

（2）欲使A在10 min内转化率达到90%，则反应温度应控制在多少？

6. 一级反应A→ B，340 K时完成20%需3.2分钟，300 K时完成20%需12分钟，求Ea。

7. 338 K时N2O5气相分解的速率常数为0.292 min-1，活化能为103.3 kJ•mol-1，求353 K时的k和t1/2。 8. 298 K时，在恒容密闭容器中盛有A（g），其起始压力为101.325 kPa，在该温度下A （g）按下式分解，接着生成物之一B（g）又很快生成D（g），并建立平衡：

A（g）→ 1/2B（g）+ C（g） C（g）= D（g）

已知A（g）分解为一级反应，k1 = 0.1 min-1，对峙反应的平衡常数K = 10，求10 min 中后该密闭容器中A,，B，C，D各物的分压。

9. 在一恒容均相反应系统中，某化合物分解50%所经过的时间与起始压力成反比。在不同起始压力和温度下，测得分解反应的半衰期如下：

T/K p0/kPa t1/2/s （1）试推断其反应级数，并计算两种温度时的k值，用(mol•dm-3)-1•s-1表示。（2）求反应的实验活化能。

（3）求967 K时Arrhenius经验式的指前因子。

10. 某溶液中有NaOH及CH3COOC2H5，浓度均为0.01 mol•dm-3，在298 K时，反应经10 min 有39% CH3COOC2H5的分解，而在308 K时，反应10 min 有55%的CH3COOC2H5的分解。该反应的速率方程为r = k[NaOH][CH3COOC2H5]。试计算：

967 39.2 1520 1030 48.00 212

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（1）在298 K和308 K时反应的速率常数。

（2）在288 K时，反应10 min，CH3COOC2H5分解的分数。（3）293 K，若有50%的CH3COOC2H5分解，所需的时间。

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第十一章化学动力学基础（一）练习题答案

一、选择题

1 D 11 D 二、填空题 1. 基元反应

2. 一级；r=k[C12H22O11] 3. r=k[NO]2[Cl]；3；1/8

4. 1

5. kA = kD/2

6. r = k • cA • c2B；0.5 mol•L-1•min-1；d[C]/dt = k • cA • c2B 7．加快；加快；减小；不变；不变；增大 8. 速率常数；反应物浓度；反应级数

9. 活化分子所具有的的最低能量与分子的平均能量只差；慢 10. 6.15 kJ mol-1 三、简答题

1. （1）r1 = -d[A]/dt = -d[B]/dt = 0.5d[P]/dt = k2[A][B] （2）r2 = -0.5d[A]/dt = -d[B]/dt = 0.5d[P]/dt = k3[A]2[B] （3）r3 = -d[A]/dt = -0.5d[B]/dt = d[P]/dt = 0.5d[S]/dt = k3[A][B]2 （4）r4 = -0.5d[Cl]/dt = -d[M]/dt = d[Cl2]/dt = d[M]/dt = k3[Cl]2[M]

2. 在化学反应速率方程中，各物浓度项指数的代数和称为该反应的级数；反应分子数是指参加反应的物种粒子数。两者的异同点：（1）反应级数是宏观概念，可以是整数，亦可以是分数（小数），也可以为负数或零，反应级数必须有实验确定，反应级数与化学计量数不一定一致。（2）反应分子数是对微观的基元反应而言的，它的值只能是不大于3的正整数。尽管在通常条件下，反应级数和反应分子数具有相同的数值，但其意义是有区别的。对于一个指定的基元反应而言，反应分子数有定值，但其反应的级数由于反应的条件不同而有可能不同。

3. 零级反应不可能是基元反应，因为没有零分子反应。一般是由于总反应机理中的决速步与反应物的浓度无关，所以对反应物呈现零级反应的特点。零级反应一般出现在表面催化反应中，决速步是被吸附分子在表面上发生反应，与反应物浓度无关，反应物通常总是过量的。

基元反应一定具有简单反应级数，但具有简单级数的反应不一定是基元反应，如H2（g） + I2 （g） = 2HI（g）是二级反应，但是一个复杂反应。

Pb(C2H5)4 = Pb + 4C2H5不可能是基元反应。根据微观可逆性原理，正、逆反应必须遵守相同的途径。基元反应最多只有三分子反应，现在逆反应有五个分子，所以逆反应不可能是基元反应，则正反应也不可能是基元反应。

4. Ea = Ea,2 +0.5(Ea,1 – Ea,4)；A = A2(A1/2A4)1/2

5. 措施一：选择合适的催化剂，减小活化能Ea,1，加快生成B的反应；措施二：提高反应温度，使k1的

2 D 12 C 3 C 13 D 4 A 14 C 5 B 15 C 6 C 16 C 7 B 17 D 8 B 18 C 9 C 19 D 10 A 20 C

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增加量大于k2的增加量，使B的含量提高。四、计算题

1. （1）vA0 = kA cA0，vA = kA cA，vA0/vA = cA0/cA，

所以lncA0/cA= lnvA0/vA = kAt，kA = 1.1209 h-1 = 3.113×10-4 s-1

（2）t1/2 = ln2/ kA =2226 s

（3）cA0 = vA0/kA = 0.0321 mol•dm-3

2. （1）若为零级反应：v1 = kc0A,1 = 0.014，k = 0.014，所以v2 = kc0A,2 = 0.014；（2）若为一级反应：v1 = kc1A,1 = 0.014，k = 0.028，所以v2 = kc1A,2 = 0.007；

（3）若为二级反应：v1 = kc2A,1 = 0.014，k = 0.167，所以v2 = kc2A,2 = 0.0035。 3. （1）k = (1/t)ln[1/(1-x)]=1/(50×60)ln[1/(1-0.4)] = 1.7×10-4 s-1 （2）t = (1/k)ln[1/(1-x)]=1/(1.7×10-4)ln[1/(1-0.8)] = 9.47×103 s 4. T1 = 283 K，k1 = 1.08×10-4 mol•L-1•s-1； T2 = 333 K，k2 = 5.48×10-2 mol•L-1•s-1。

由ln(k2/k1) = (Ea/R)(1/T1 – 1/T2) ，Ea = 97.6 kJ•mol-1

T3 = 303 K

由ln(k3/k1) = (Ea/R)(1/T1 – 1/T3) ， k3 = 1.67×10-3 mol•L-1•s-1

5. （1）据Arrhenius公式：ln(k/s-1) = -Ea/RT + ln(A/s-1)与经验式对比，得Ea = 9622 KR = 80.0 KJ•mol-1 （2）t = 10 min，转化率xA = 0.9，k(T) = (1/t)ln1/(1 - xA) = 3.838 × 10-3 s-1 T = 9622/(24.00-lnk) = 325.5 K 6. ln[1/(1-αA)] = kAt，则ln(1-0.20) = -kA1 × 3.2 ln(1-0.20) = -kA2 × 12 kA1 = 0.0697 min-1，kA2 = 0.0186 min-1

ln(kA2/kA1) = -(Ea/R)(1/T2 - 1/T1) ，Ea = 28.01 kJ•mol-1

7. N2O5的气相分解反应为一级反应，然后利用Arrhenius方程求解。当T = 338 K 时，k = Ae-Ea/(RT) = Aexp[-103.3/(8.314×338)] = 0.292 min-1 当T = 353 K 时，k = Ae-Ea/(RT) = Aexp[-103.3/(8.314×353)] 联立两式得到k = 1.39 min-1

因为k的单位为min-1，所以N2O5气相分解为一级反应，则

t1/2 = ln2/k = ln2/1.39 = 0.498 min 8. 首先写出在不同时刻各物量的关系，

A（g） → 1/2B（g） + C（g）

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t = 0 pA 0 0

t = 10 min pA 1/2(p0A- pA) (p0A- pA) 因为是一级反应，所以可以直接用一级反应的积分式： ln(p0A/pA) = k1t

ln(101.325/pA) = 0.1 × 10 = 1.0 pA = 37.28 kPa pC = p0A- pA = 64.05 kPa

因为B（g）很快与D（g）达到平衡，所以1/2(p0A- pA) = pB + pD。另外，已知 pD/pB= K = 10 所以联立两式

pB + pD = 1/2(p0A- pA) = 32.02 kPa pD/pB= K = 10

解得 pB = 37.28 kPa, pD = 29.1 kPa

9. （1）已知半衰期与起始压力成反比，这是二级反应的特点，所以该反应为二级反应。用二级反应的半

衰期公式计算速率常数： t1/2 = 1/(kpp0)，kp = 1/(t1/2p0)

kp(967 K) = 1/(1520 × 39.2) =1.68 × 10-5 kPa-1•s-1 kp(1030 K) = 1/(212 × 48) =9.83 × 10-5 kPa-1•s-1

现在要求速率常数的单位用(mol•dm-3)-1•s-1表示，对于二级反应，设反应物为A，化学反应为

2A→ P，用浓度或压力表示的速率方程分别为

r = -0.5d[A]/dt = kc[A]2

r = -0.5dpA/dt = kppA2

设气体是理想气体，pA = [A]RT，

r = -0.5 × 1/(RT)( dpA/dt) = kc[pA/RT]2 kc (967 K) = 0.135 (mol•dm-3)-1•s-1

kc (1030 K) = 0.842 (mol•dm-3)-1•s-1

（2）计算反应的实验活化能无论用kc或kp，显然能得到相同的结果。

ln[k(T2)/k(T1)] = (Ea/R)(1/T1 – 1/T2)， Ea = 240.60 KJ•mol-1 （3）A = kexp[Ea/(RT)] = 1.34 × 1012 (mol•dm-3)-1•s-1 10. （1）该反应为二级反应y/(1-y) = k2tα 当T = 298 K时

k1 = [1/(tα)][y/(1-y)] = [1/(10 × 0.01)][39%/(1-39%)] = 6.39 dm3 • mol-1 • min-1 当T = 308 K时

k2 = [1/(tα)][y/(1-y)] = [1/(10 × 0.01)][55%/(1-55%)] = 12.22 dm3 • mol-1 • min-1

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（2）由ln(k2/k1) = -(Ea/R)(1/T2 – 1/T1)，Ea = 49.4 × 103 J•mol-1 同样根据上述公式，k(288 K) = 3.197 dm3 • mol-1 • min-1 而1/(0.01-0.01x) – 1/0.01 = 3.197 × 10 解得10 min内，酯分解了x = 24.2% （3）同理有 k(293 K) = 3.197 dm3 • mol-1 • min-1 t1/2 = 1/αk(293 K) = 22 min

即CH3COOC2H5分解50%所需的时间为22 min。

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