大学 无机化学 练习题 全国高校 (7)
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第 4 章
化学反应速率与反应动力学的初步概念
一、 基本要求
1. 初步了解化学反应速率、速率方程、碰撞理论、过渡状态理论和活化能的概念;
2.理解并会用浓度、温度、催化剂诸因素解释其对化学反应速率的影响;
3.初步掌握阿仑尼乌斯公式的应用,会用其求算指定反应活化能及某温度下的反应速
率;
4.理解反应分子数和反应级数的概念,会进行有关基元反应的简单计算;
5.初步掌握零级、一级和二级反应的特征。
二、 要点
1.反应速率
单位时间内反应物或生成物浓度改变量的正值。又有平均速率和瞬时速率之分。
2.碰撞理论
1918年Lewis 运用气体分子运动论的成果提出的一种反应速率理论。它假设:
① 原子、分子或离子只有相互碰撞才能发生反应,即碰撞是反应的先决条件;
② 只有少部分碰撞能导致化学反应,大多数反应物微粒碰撞后发生反弹而与
化学反应无缘。
3.有效碰撞
能导致化学反应发生的碰撞,反之则为无效碰撞。
4.活化能
对于基元反应,活化分子的平均能量与反应物分子平均能量之差,常用E a 表示;对
于复杂反应,E a 的直接物理意义就会含糊了,因此,由实验求得的E a 也叫作“表现
活化能”。
5.过渡状态理论
20世纪30年代,在量子力学和统计力学发展基础上,由Eyring 等人提出的另一种
反应速率理论。它认为反应物并不只是通过简单碰撞就能变成生成物,而是要经过
一个中间过渡状态,即反应物分子首先形成活化络合物,通常它是一种短暂的高能
态的“过渡区物种”,既能与原来的反应物建立热力学的平衡,又能进一步解离变为
产物。
6.基元反应
亦称为简单反应或元反应。 指反应物分子在有效碰撞中一步直接转化为产物的反
应。
7.复杂反应
亦称非基元反应。即由两个或多个基元反应步骤完成的反应。
8.速率方程
化学反应速率υ同反应物、产物浓度c 的函数关系式
υ = f (c A 、c B …)
经验表明,不少反应其速率方程具有
g B f A υc kc ⋅=
的形式,其中k 、f 、g 在一定条件下,对给定反应是确定的常数。基元反应的速率
方程可由“质量作用定律”导出,复杂反应的速率方程只能由实验来确定。
9.速率常数
上述速率方程式中的比例常数k 。对不同的反应,k 的数值各异,对指定的反应,k
是与浓度无关而与反应温度和催化剂等因素有关的数值。k 在数值上等于各浓度均
为1个单位时的反应速率,因此有时也称k 为“比速率”。k 是有单位的量:
n 1g B f A 11)L (mol )
S L (mol ---⋅⋅⋅⋅= c c υk
10.质量作用定律
19世纪中期由Guldberg 和Waage 提出,指基元反应中反应物浓度对反应速率影响
的定量关系“基元反应的速率与反应物以系数为方次的浓度项乘积成正比”,即可
依此定律方便地写出基元反应的速率方程式。
11.反应级数
上述速率方程式中浓度项的指数f 、g 等称为参加反应的各组分A 、B 、……的级数,
反应式总的反应级数(n )则是A 和B 的级数之和,即
n = f + g + ……
当n = 0时称为零级反应,n = 1时称为一级反应、n = 2时称为二级反应n
不一定都是正整数,它可以是分数,也可以是负数。
12.阿累尼乌斯经验公式
1889年,Arrhenius 由实验数据总结出速率常数k 与反应温度T (K )的关系式:
B RT E k +-
=a ln 或 RT E a
-=e A k
式中,A 为常数,称为指前因子,B 为另一常数。
13.均相反应和多相反应
前者指反应物处在同一相(气相或液相)中的反应,后者指不同相中的反应。
14.催化剂和催化作用
催化剂是一种能改变反应速率,但不改变化学反应的平衡位置,而且在反应结束时,
其本身的质量和组成都不发生变化的物质。催化剂在化学反应中的这种作用称为催
化作用。通常把能加快反应速率的催化剂称为正催化剂,而把减慢反应速率的负催
化剂称为阻化剂或抑制剂。
15.反应分子数
指基元反应中发生反应所必需的分子(原子或离子)的数目。
16.化学反应机理
描述化学反应实际进行的历程,或者说反应是由哪些基元反应组成的。
三、 学生自测练习题
1. 是非题(判断下列各项叙述是否正确,对的在括号中填“√”,错的填“×”)
1.1 反应A+B →C 为放热反应,达平衡后,如果升高体系的温度,则生成C 的产
量减少,反应速率减慢。 ( )
1.2 升高温度,使吸热反应的反应速率增大,放热反应的反应速率减小。 ( )
1.3 任何可逆反应,在一定温度下,不论参加反应的物质浓度如何不同,反
应到达到平衡时,各物质的平衡浓度都相同。 ( )
1.4 对于所有的零级反应来说,反应速率常数均为零。 ( )
1.5 反应的活化能越大,反应速率越大;反应的活化能减小,反应速率常数也
随之减小。 ( )
1.6 升高温度,反应速率加快的原因是由于反应物活化分子的百分数增加的缘
故。 ( )
1.7 某可逆反应,θm r ΔH < 0,当温度升高时,正反应速率常数增大的倍数比逆
反应速率增大的倍数小。 ( )
1.8 反应级数和反应分子数是同一个概念。 ( )
1.9 反应速率常数的大小即反应速率的大小。 ( )
1.10 在反应历程中,定速步骤是反应最慢的一步。 ( )
1.11 由反应速率常数的单位可以知道该反应的反应级数。 ( )
1.12 重水是核工业中最常用的中子减速剂,重氧水是研究化学反应特别是水解
反应的机理的示踪物。 ( )
1.13 在化学反应体系中加入催化剂将增加平衡时产物的浓度。 ( )
1.14 将过氧化氧装在棕色瓶中,加入一些焦磷酸钠,并将其放在阴凉处,即可
防止过氧化氢的分解。 ( )
1.15 对于A + 3B = 2C 的反应,在同一时刻,用不同的反应物或产物(A 或B 或C ) 的浓度变化来表示该反应的反应速率时,其数值是不同的。但对于A + B = C 这类反应,在同一时刻用不同的反应物或产物的浓度变化来表示反应速
率,其数值是相同的。 ( )
2.选择题(选择正确答案的题号填入)
2.1 某化学反应的速率常数的单位是mol·dm -3·s -1时,则该化学反应的级数是
( )
a. 3/2
b. 1
c. 1/2
d. 0
2.2 对反应2X+3Y →2Z ,下列速率表达式正确的是 ( ) a.
t c t c 2d (Y)3d d (X)d = b. t c t c 3d (X)2d d (Z)d = c. t c t c 3d (Y)2d d (Z)d = d. t
c t c 2
d (X)3d d (Y)d = 2.3 对于一个给定条件下的反应,随着反应的进行 ( ) a. 速率常数k 变小 b. 平衡常数K 变大
c. 正反应速率降低
d. 逆反应速率降低
2.4 某基元反应2A + B = C + D ,若其反应速率表示式可以是:
(1)d (c )/dt = k 1c 2 (A)c (B),或
(2)-d c (A)/dt = k 2 c 2(A)c (B),或
(3)加催化剂后d c (C )/dt = k 3 c 2 (A) c (B)
则这些速率常数k 之间的关系是 ( ) a. k 1 = k 2 = k 3 b. k 1 ≠ k 2 ≠k 3
c. k 1 = k 2 ≠k 3
d. k 1 = k 3 ≠ k 2
2.5 反应2O 2→3O 2其速率方程式若为d (O 3) / dt = k (O 3)2 (O 2)-1或
d (O 2)/dt = k '(O 3)2(O 2)-1,则速率常数和k '的关系是 ( )
a. 2 k = 3l k
b. k = l k
c. 3 k = 2 l k
d. –1/2 k = 1/3 l k