第七章 化学动力学(1)PPT课件

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第7章 化学动力学基础

第7章 化学动力学基础

例:有一化学反应aA+bB=C在298K时,将AB溶液按
不同浓度混合。得到下列数据。
A的初始浓度 B的初始浓度 1.0 1.0 2.0 1.0 4.0 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 1.0 4.0 求其速率方程? 初始速度(mol/l· s) 1.2×10-2 2.3×10-2 4.9×10-2 1.2×10-2 4.8×10-2 1.9×10-1
( H O ) C (H O ) C (H O ) v t t
2 2 2 2 2 1 2 2
作出H2O2的 c — t 的曲线,得到 0 — 40
min的平均速率:
v 0.20 0.80 0.20 0.80 0.015mol dm 3 min 1 t 40
求该反应的反应级数m+n和速度常数k?
解:由速度方程v=k[CO]m· 2]n [Cl 得:v1=k[CO]m· 2]1n v2=k[CO]m· 2]2n [Cl [Cl
n v1 [Cl 2 ]1 v2 [Cl 2 ]n 2
2 v1 1.2 10 lg lg v2 4.26 10 3 0.45 1.5 n [Cl 2 ]1 0.10 0.30 lg lg [Cl 2 ]2 0.050 v1 1.2 10 2 lg lg v3 6.0 10 3 1 m [CO ]1 0.10 lg lg [CO ]3 0.050
解:由v=k[A]m· n [B] v1=k×1m×1n=k=1.2×10-2
v2=k×2m×1n=k×2m=2.3×10-2
v1 1 1.2 10 2 1 m 2 v2 2 2.3 10 2
v4=k×1m×1n=1.2×10来自2 v5=k×1m×2n=4.8×10-2 ∴k×2n=4.8×10-2 2n=4.8×10-2/k=4=22 ∴n=2

第七章 化学动力学(1)

第七章  化学动力学(1)

13.对可逆反应A Y,在一定温度下反应达平衡时,正逆反应速率常数相等, 不是反应速率相等。 A C 14.平行反应, ┤ B k1/k2的比值不随温度的变化而变化。
k1 k2
15.复杂反应的速率取决于其中最慢的一步。 16.反应物分子的能量高于产物分子的能量,则此反应就不需要活化能。 17.对于可逆反应,温度升高。正、逆反应速度都增大,则平衡常数不随 温度而改变。 18.质量作用定律只适用于基元反应(含表面基元反应)。 19.基元反应的速率系数总是随温度的升高而增大。 20.对于平行反应,各反应产物的浓度之比为各反应速率常数之比。
(C)
22.已知某复杂反应的反应历程为:
k2 A B,B+D J k1 k1
,则B表示的反
应速率-d[B]/dt是: (A) k1[A] - k2[D][B] ; (B) k1[A] - k-1[B] - k2[D][B] ; (C) k1[A] - k-1[B] + k2[D][B] ; (D) -k1[A] + k-1[B] + k2[D][B] 。 23.下述等温等容下的基元反应符合下图的是: (A) 2A→B + D ; (B) A→B + D ; (C) 2A + B→2D ; (D) A + B→2D 。 24.对于可逆一级反应,A B 下列叙述正确的是:
10.某反应只有一种反应物,其转化率达到75%的时间是转化率达到50%的 时间的两 倍,反应转化率达到64%的时间是转化率达到x%的时间的两倍,则x为: (A) 32 ; (B) 36 ; (C) 40 ; (D) 60 。 11.有相同初始浓度的反应物在相同的温度下,经一级反应时,半衰期为t1/2 ;若经二级反应,其半衰期为t1/2',那么: (A) t1/2 = t1/2‘ ; (B) t1/2 > t1/2' ; (C) t1/2 < t1/2‘ ; (D) 两者大小无法确定 。 12.某一气相反应在500℃下进行,起始压强为pө时,半衰期为2秒;起始压 强为0.1pө时半衰期为20秒,其速率常数为: (A) 0.5 s-1 ; (B) 0.5 dm3· -1·-1 ; mol s (C) 31.7 dm3· -1·-1 ; mol s (D) 31.7 s-1 。 13.起始浓度相同的三级反应,浓度与时间的直线图应是:(n为级数) :

化学动力学7

化学动力学7

Chemical Kinetics
还有一类十分重要的生物催化剂—酶不适用于这种 分类。酶是复杂的有机分子,通常含有一个蛋白质,形 成一亲液胶体,它不是均相体系也不是复相体系,而是 介于二者之间,因此酶催化既不属于均相催化也不属于 复相催化,由于反应发生的部位不同,各种催化反应也 各有其特点。
工业上所用的催化剂往往不是单一的物质,而是有许多 单质或化合物组成的混合体。因此,常把催化剂分析主体和 载体两部分。主体有主催化剂、共催化剂和助催化剂构成。
例如,可以采用不同的催化剂由乙醇制备不同的产物:
CH 3CHO
Cu 200 ~ 250 C
350 ~ C2 H 4 H 2O 360 C
Al 2 O3 orThO2 140 C

C2 H 5 OH
C2 H 5 2 O H 2O
H 2 SO 4
催化作用能力的大幅度改变,这对复相反应过程尤其明
显。
Principal of Chemical Kinetics
Page 23
§7-3 均相催化的Herzfeld-Laidler机理
Chemical Kinetics
均相催化反应是指催化剂和反应物质处于同一
虽然不同的催化剂的催化作用是多种多样的,
但就其最基本的作用原理来说,他们存在不少的共
同点。
Principal of Chemical Kinetics
Page 7
Chemical Kinetics
(1)催化作用最基本的共同点是在于少量催化剂的存在
可以大幅度地改变反应速率。虽然催化剂在反应终了时
其化学组成不变,但催化剂对于反应并ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ单纯惰性背景 的提供者,而是反应的积极参与者。 (2)由于催化剂参与反应过程,当加入的催化剂浓度不 太大时,催化剂的催化作用常与其加入量有关,近似地 与其加入量成正比。 K表 = k0 + kc c

第七章:化学动力学(物理化学)

第七章:化学动力学(物理化学)
它的物理意义是当反应物的浓度均为单 位浓度时 k 等于反应速率,因此它的数值与 反应物的浓度无关。在催化剂等其它条件确 定时,k 的数值仅是温度的函数。
k 的单位随着反应级数的不同而不同。
6.反应级数
速率方程中各反应物浓度项上的指数称为该反 应物的级数;
所有浓度项指数的代数和称为该反应的总级数, 通常用n 表示。n 的大小表明浓度对反应速率影响 的大小。
时间t/h
4 8 12 16
浓度(a-x)/(mg/100ml) 0.48 0.31 0.24 0.15
求:(1)此药物在血液中的半衰期 (2)若要求每100ml血液中此药物不低于 0.37mg,需隔几小时注射第二次?
一级反应的例子
解: (1)观察法可看出半衰期为8小时
也可作ln(a-x)~t曲线求出斜 率(-k),算出t1/2=8h。
转化率
某一时刻反应物A反应掉的分数称为该时 刻A的转化率xA.。
xA (cA,0 cA ) / cA,0
一级反应积分式可写成
1
ln
kt
1 xA
一级反应的特点
1. 速率常数 k 的单位为时间的负一次方,时间 t可
以是秒(s),分(min),小时(h),天(d)和年(a)等。
2. 半衰期是一个与反应物 起始浓度无关的常数 。
(2)从图中可查出ln0.37时,为6小时, 也可由数据代入公式计算。
3. 二级反应
反应速率方程中,浓度项的指数和等于2 的反应 称为二级反应。常见的二级反应有乙烯、丙烯的二聚 作用,乙酸乙酯的皂化,碘化氢的热分解反应等。
例如,有基元反应:
(1) 2A P (2) A B P
v k2[A]2 v k2[A][B]

化学反应动力学1PPT

化学反应动力学1PPT
与实验结果一致。 3、研究物质的结构和反应能力之间的关系。 研究化学反应动力学的最终目的是为了控 制化学反应过程, 以满足生产和科学技术的 要求。
9
四、动力学与热力学的关系
1. 对于一个实际应用的物( R P ) 则反应可实用 则反应不实用 • 若热力学√(rG 0),而且:
17
同一基元反应中的不同态态反应具有不同的热 力学和动力学性质。 例如, 0 K时: O(3P1) + H2(1Σ +g) OH(2Σ +) + H(2S1/2) Δ H = 380 kJ/mol O (3P1) + H2 ( 1Σ +g) OH (2П ) + H (2S1/2) Δ H = -5 kJ/mol O (1D2) + H2 ( 1Σ +g) OH ( 2Σ +) + H ( 2S1/2 ) Δ H = 200 kJ/mol O (1D2) + H2 (1Σ +g) OH (2П ) + H ( 2S1/2 ) Δ H = 185 kJ/mol
以溴化氢合成反应为例: 总反应 H2 + Br2 = 2 HBr 由以下基元反应所组成: Br2 2 Br Br + H2 HBr + H H + Br2 HBr + Br H + HBr H2 + Br 2 Br Br2
上述5个基元反应构成了溴化氢合成的反应 机理。
8
根据这一反应机理,可以得出其反应速率与 反应物浓度的关系为: (反应速率)∝[H2][Br2]1/2╱{1+A[HBr]/[Br2]}
3
第一章 动力学基本概念 ( Basic Concepts of Kinetics )

第七章化学动力学

第七章化学动力学

1. ln CA = -akt + ln CA⋅0
lnCA
斜率 = -ak t
2. k单位:(时间)-1, s-1或min-1或 h-1等
165
3. t1/2与CA⋅0无关 t = t1/2时, CA = t1/2 CA⋅01
t1/2 = ln2/ak = 0.6932/ak
大多数热分解、分子重排、衰变均属此类,是一类简单而又十分重要的反应。 大家知道,14 C除可作标记化合物,用于农业、医药、生物学科研中,以揭示农作物 和人体物质代谢过程和规律外,另一主要应用就是在考古学中推究样品年代。因大 气受到来自外层空间宇宙射线的冲击,会产生中子,这些中子和大气中N作用生成14C (平均生成速率为 2.2×104个原子/m2⋅s), 生存的C4立即与氧结合成14CO2存在与大气 中,含14C 的14CO2被植物吸收,经过光合作用变成植物机体的组成部分。由于植物 被动物和人吃的生物链作用。最终动物和人体必有14C。
单位是mol⋅s-1 ,对均相、复相、流动体系,V 变化与否均适用,且与所选物质无关。 IUPAC物理化学部化学动力学委员会对通常的化学反应,反应速率又定义为单位体 积内反应进度随时间的变化率。
r = dnB/νBV dt 若 V 恒定(密闭容器中的气相反应,体积变化不显著的液相反应)
r = dCB/νBdt
生物体内的14C一方面按放射性衰变规律不断减少,另一方面又同时从大气中不 断得到补充,故在活着的生物体内14C含量一般保持不变。但一量死亡与外界物质交 换即停止,体内14C不再得到补充,只会按衰变规律减少。其t1/2 = 5730 年。
因此,据含碳化石标本里14的减少程度,可推出生物死亡的的年代。
例 1.据说从公元一世纪遗物的死海古书卷中,取出一小块纸片,测得其中14C与12C 的比值是现在活着的植物体内碳同位素比值的 0.795 倍。试估算这批古书的年龄。

第七章化学动力学

第七章化学动力学

第七章化学动力学主要内容1.化学动力学的任务和目的2.化学反应速率的定义3.化学反应的速率方程4.具有简单级数的反应5.几种典型的复杂反应6.温度对反应速率的影响7.链反应 重点1.重点掌握化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念2.重点掌握一级和二级反应的速率方程及其应用3.重点掌握复杂反应的特征,了解处理对行反应、平行反应和连串反应的动力学方法。

4.重点理解阿罗尼乌斯方程的意义并会应用。

明确活化能及指前因子的定义 难点1.通过实验建立速率方程的方法2.稳态近似法、平衡近似法及控制步骤的概念及其运用3.复杂反应的特征及其有关计算 教学方式1.采用CAI 课件与黑板讲授相结合的教学方式。

2.合理运用问题教学或项目教学的教学方法。

教学过程第7.1节化学动力学研究的内容和方法热力学讨论了化学反应的方向和限度,从而解决了化学反应的可能性问题,但实践经验告诉我们,在热力学上判断极有可能发生的化学反应,实际上却不一定发生。

例如合成氨的反应,223()3()2()N g H g NH g ,在298.15K 时,按热力学的结论,在标准状态下此反应是可以自发进行的,然而人们却无法在常温常压下合成氨。

但这并不说明热力学的讨论是错误泊,实际上豆科植物就能在常温常压下合成氨,只是目前还不能按工业化的方式实现,这说明化学反应还存在一个可行性的问题。

因此,要全面了解化学反应的问题,就必须了解化学变化的反应途径----反应机理,必须引入时间变量。

研究化学反应的速率和各种影响反应速率的因素,这就是化学动力学要讨论的主要内容。

一、化学热力学的研究对象和局限性:研究化学变化的方向、能达到的最大限度以及外界条件对平衡的影响。

化学热力学只能预测反应的可能性,但无法预料反应能否发生?反应的速率如何?反应的机理如何?例如:热力学只能判断这两个反应都能发生,但如何使它发生,热力学无法回答。

二、化学动力学的研究对象 化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应速率的影响,把热力学的反应可能性变为现实性。

物理化学--第7章 化学动力学

物理化学--第7章 化学动力学
第七章
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化学动力学的任务和目的
化学热力学的研究对象和局限性
研究化学变化的方向、能达到的最大限度以及
外界条件对平衡的影响。化学热力学只能预测反应
的可能性,但无法预料反应能否发生?反应的速率
如何?反应的机理如何?例如:
rGm$ /
H2
NH3 (g)
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反应级数(order of reaction)
(1) Cl2 M 2Cl M k1[Cl2 ][M ]
(2) Cl H2 HCl H k2[Cl][H2 ]
(3) H Cl2 HCl Cl (4) 2Cl M Cl2 M
k3[H][Cl2 ] k4[Cl]2[M]
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反应分子数(molecularity of reaction)
这些基元反应代表反应经过的途径,动力学上称为
反应机制或反应历程。
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7.2 化学反应的速率方程
(rate equation of chemical reaction)
速率方程又称动力学方程。它表明了反应速 率与浓度等参数之间的关系或浓度等参数与时间 的关系。速率方程可表示为微分式或积分式。
16.63
H2
1 2
O2
H2O(l)
237.19
热力学只能判断这两个反应都能发生,但如何使它
发生,热力学无法回答。
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化学动力学的任务和目的
化学动力学的研究对象
化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及 温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应 速率的影响,把热力学的反应可能性变为现实性。

化学动力学(物化)

化学动力学(物化)
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(7-3)
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2012-7-8
1.一级反应
a ln k1t a x ln( a x ) k 1 t C ( 积分常数)
讨论:
(7-3)
一级反应的动力学特征; ①以ln(a-x) 对t 作图得一直线。 ②半衰期 t 1 / 2 —反应物消耗一半所需时间。
t1 / 2 1 k1 ln 2 0 . 693 k1
与反应物的起始浓度无关。
③ k1的量纲为:时间-1,如s-1、min-1、h-1、d-1等。
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2012-7-8
2.二级反应
两种类型
t =0 t =t a = b 时: 2A P
A + B
a a–x
r dx dt
0 x xe
k (a x ) k x
dx / dt k a k x k x
ln a k k a k x

dx ka (k k ) x

0

t
dt
0
( k k )t
(7-9)
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与反应物起始浓度c(A,0)成正比;
(3)k0的量纲:浓度· -1 时间
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2012-7-8
4.反应级数的确定
表7.1 简单级数反应的动力学特征
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2012-7-8
4.反应级数的确定
尝试法(积分法):
从实验上测得c - t 数据,代入各种级数反应动力学 方程的积分式,根据所求k值是否为常数或利用各种级 数反应的动力学线性关系作图,根据所得图形是否为直 线确定其反应级数。 尝试法适用于简单级数反应(具有确定的动力学方程)

第七章 化学动力学

第七章 化学动力学

例:基元反应 NO2 + CO = NO + CO2
c NO cCO kc NO cCO
2
2
任一基元反应: a A + d D = g G + h H
kc c
a A
d D
速率方程
速率常数
k 的物理意义:在一定的条件下(温度、 催化剂),反应物浓度均为单位浓度时的 反应速率。 1. 反应不同,k值不同。 2. 同一反应,温度不同k值不同。 3. 同一反应,温度一定时,有无催 化剂k也是不同的。
率常数4.1×10-3,计算该反应的活化能。 解:根据
Ea 4.1 10 293 273 ln ( ) 4 3 8.2 10 8.314 10 273 293
Ea = 53.5 (kJ· mol-1)
c0 t1 2k 2
(3 - 15) (3 - 16)
小结
一级反应的特征:一级反应半衰期与反应 物起始浓度无关。
零级反应的特征:零级反应半衰期与反应 物起始浓度有关,起始浓度越大,半衰期 越长。
例 3-10
某水剂药物的水解反应是一级反应。配
成溶液30天后分析测定,发现其有效成分只有原来
的62.5%。问: (1)该水解反应的速率常数。 (2)若以药物有效成分保持在80%以上为有效期, 则该药物的有效期为多长?
2. 瞬时反应速率
时间间隔Δt 趋于无限小(Δt →0)时的 平均速率的极限。
c A dc A A lim △t→0 t dt
一般瞬时速率可表示为:
1 dc A 1 dcD 1 dcG 1 dcH a dt d dt g dt h dt
对于气体反应,可以用气体分压来代替浓度 N2O5 (g) → N2O4 + ½ O
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13.对可逆反应A Y,在一定温度下反应达平衡时,正逆反应速率常数相等,
不是反应速率相等。
14.平行反应,A┤k1
B C
k1/k2的比值不随温度的变化而变化。
k2
15.复杂反应的速率取决于其中最慢的一步。
16.反应物分子的能量高于产物分子的能量,则此反应就不需要活化能。
17.对于可逆反应,温度升高。正、逆反应速度都增大,则平衡常数不随
8.若反应 A + B 源自Y + Z的速率方程为:r=kcAcB,则该反应是二级反应, 且肯定是双分子反应。
9. 下列说法是否正确: (1) H2+I2=2HI 是2 分子反应; (2) 单分子反应都是一级反应,双分子反应都是二级反应。 (3) 反应级数是整数的反应一定是简单反应 (4) 反应级数是分数反应一定为复杂反应。 10.对于一般服从阿累尼乌斯方程的化学反应,温度越高,反应速率越快, 因此升高温度有利于生成更多的产物。 11.若反应(1)的活化能为E1,反应(2)的活化能为E2,且E1 > E2,则在同一 温度下k1一定小于k2。 12.若某化学反应的ΔrUm < 0,则该化学反应的活化能小于零。
(A) -d[A]/dt = kA[A]a[D]d ; (B)
-d[D]/dt = kD[A]a[D]d ;
(C) d[G]/dt = kG[G]g ;
(D)
d[G]/dt = kG[A]a[D]d 。
6.某一反应在有限时间内可反应完全,所需时间为c0/k,该反应级数为:
(A) 零级 ; (B)
一级 ; (C)
8.错。可能是双分子反应,也可能不是双分子反应。 9.(1) 错。这是一个复杂反应,不能说几分子反应。 (2) 错。双分子反应,当一个反应物大量时,可以变成一级反应。 (3) 错。例如 H2+I2=2HI 是2级反应,但不是简单反应。 (4) 对。因为简单反应即基元反应,反应分子数1,2,3,不可能是分数级反应。 10.错。不一定生成更多的产物。如可逆反应,是放热的,温度升高则正逆反应速率常 数都增加,但平衡常数减少,转化率减少,不利生成更多产物。 11.错,k=Aexp(-E/RT),k除了与E有关,还与A有关,若A1>>A2, 就可能k1>k2。 12.错,热效应与活化能之间没有直接关系,基元反应的活化能是不会小于零的。
二、单选题:
1.反应3O2 2O3, 其速率方程 -d[O2]/dt = k[O3]2[O2] 或 d[O3]/dt = k'[O3]2[O2], 那么k与k'的关系是:
(A) 2k = 3k' ;
(B)
k = k' ;
(C) 3k = 2k' ;
(D)
½k = ⅓k' 。
2.有如下简单反应 aA + bB dD,已知a < b < d,则速率常数kA、kB、kD的 关系为:
与反应方程式写法无关 。
4.反应A + 2D 3G在298K及2dm3容器中进行,若某时刻反应进度随时间变
化率为0.3 mol·s-1,则此时G的生成速率为(单位:mol·dm-3·s-1) :
(A) 0.15 ; (B) 0.9 ;
(C) 0.45 ;
(D) 0.2 。
5.基元反应体系aA + dD gG的速率表达式中,不正确的是:
一、判断题: 1.在同一反应中各物质的变化速率相同。 2.若化学反应的机理由一系列基元反应组成,则该反应的速率是各基元反应速率的 代数和。 3.双分子反应一定是基元反应。 4.零级反应的反应速率不随反应物浓度变化而变化。 5.若一个化学反应是一级反应,则该反应只有一种反应物。 6.一个化学反应进行完全所需的时间是半衰期的2倍。 7.一个化学反应的级数越大,其反应速率也越大。
18. 错。对一些复杂反应,质量作用定律也适用,如H2+I2=2HI。r=k[H2][I2],但复杂反 应的速率方程不能由质量作用定律得出。
19.错。自由基反应是基元反应,A·+B·=AB的活化能为0,。速率系数不随温度的升 高而增大
20.错。只有级数相同的平行反应,各反应产物的浓度之比才为各反应速率常数之比。
二级 ; (D)
三级 。
7.某一基元反应,2A(g) + B(g) E(g),将2mol的A与1mol的B放入1升
容器中混合并反应,那么反应物消耗一半时的反应速率与反应起始时速率的
比值是:
(A) 1∶2 ; (B)
1.错。若计量系数不同,则各反应组分表示的变化速率不相等,等于计量系数之比。 2.错。总反应速率与其基元反应速率和反应机理有关,不一定是代数和关系。 3.对。只有基元反应才有反应分子数,双分子反应一定是基元反应。 4.对。-dc/dt=k0,零级反应一般是多相反应,例如NH3在金属钨表面上分解反应, 反应速率只与吸附在钨表面上的NH3多少有关,与容器中NH3的浓度无关。 5.错。一级反应也可能有两种反应物,其中另一个反应物是大量的或浓度不改变。 6.错。例如一级反应,反应时间为半衰期2倍时,反应物才消耗四分之三。 7.错。反应速率与反应级数无直接关系。级数大,浓度对速率影响大。
(A) kA < kB < kD abd
(B) kA < kB < kD ;
(C) kA > kB > kD ;
(D) kA > kB > kD abd
3.关于反应速率r,表达不正确的是:
(A)与体系的大小无关而与浓度大小有关 ;
(B) 与各物质浓度标度选择有关 ;
(C) 可为正值也可为负值 ;
(D)
温度而改变。
18.质量作用定律只适用于基元反应(含表面基元反应)。 19.基元反应的速率系数总是随温度的升高而增大。 20.对于平行反应,各反应产物的浓度之比为各反应速率常数之比。
13.错,对于反应达平衡时,是正、逆反应速率相等,正逆反应速率常数相等。 14.错,k1/k2 = (A1 /A2)exp(El—E2)/RT。由于两个反应活化能不同,随温度而改变。 15.错,复杂反应中只有连续反应的速率才决定于其中最慢的一步,平行反应则不然。 16.错。该反应是放热反应,但中间产物的能量比反应物高,需要活化能的。 17.错。正逆反应活化能不同,温度升高,正逆反应速率常数增加的倍数不同,平衡常 数改变。
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