第七章 化学动力学(1)
化工-第七章 化学反应动力学基础

反应速率与转化率:
设A组分:n A0 初始量、t反应时间、n At时刻瞬时量 x At时刻瞬时转化率 反应消耗的A的量 n A0 n A xA 反应初始时A的量 n A0 即: n A n A0 (1 x A ) 若反应前后体积变化不大:c A c A0 (1 xA ) 1 dnA 1 nA0 dx A 则: rA V dt V dt nA0 x A
转化为目的产物的反应物的物质的量 选择性()= 反应物被转化掉的物质的量 收率:
收率()= 转化为目的产物的反应物的物质的量 进入反应器的反应物的物质的量
二、复杂反应的速率方程式
1、平行反应:
k2 A B S dcS dcP a1 b1 a b 则:rp k1c A cB rS k2c A2 cB2 dt dt rp k1 a1 a2 b1 b2 平行反应速率之比为: = c A cB rS k2 k1 A B P
第七章 化学反应动力学基础
内容: 2、简单反应的速率方程式 4、本征动力学和宏观动力学
1、化学动力学基本概念 3、简单反应和复杂反应
重点: 2、简单反应和复杂反应
1、简单反应的速率方程式
§7-1 化学动力学基本概念
一、化学计量方程式
复杂的化学计量方程式: 0= i Bi
n
i : 为组分Bi的计量系数。反应物为负、产物为正。
r f (c, T ) r f (T ) (c) f (T ):反应速率的温度效应、 (c):反应速率的浓度效应 f (T )常表示为反应速率常数k : k A exp( E 对于均相反应:aA bB sS
( c) c cB A
物理化学(王海荣主编)第七章化学动力学解答

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2019/8/24
(4)有效碰撞的概率P(probability factor)
(1)从理论计算认为分子已被活化,但由于有 的分子只有在某一方向相撞才有效;
(2)有的分子从相撞到反应中间有一个能量传
递过程,若这时又与另外的分子相撞而失去能量,
则反应仍不会发生;
反应的速率由活化络合物转化成产物的速率决定。
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2019/8/24
过渡态理论
图6.3 过渡状态理论和活化能示意图
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2019/8/24
过渡态理论
活化络合物所具有的能量和反应物分子平均能量之差即 为反应活化能。
活化络合物不稳定 ,化学键会断裂,可能 生成产物使反应向正方 向进行,也可能生成反 应物向逆向进行。
(2)有效碰撞的能量因子
分子互碰并不是每次都发生反应,只有相 对平动能在连心线上的分量大于阈能的碰撞才 是有效的,所以绝大部分的碰撞是无效的。
要在碰撞频率项上乘以有效碰撞分数q。
q exp( Ec ) 或q exp( Ea )
RT
RT
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2019/8/24
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2019/8/24
有效碰撞
运动着的A分子和B分子,两者质心的投影落
在直径为 d AB 的圆截面之内,都有可能发生碰撞。
d AB称为有效碰撞直径。
d AB
BA
分子间的碰撞和有效直径
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2019/8/24
(1)有效碰撞的碰撞频率
第七章 化学动力学 章末习题

第七章 化学动力学章末总结一、内容提要1. 基本概念(1)化学动力学的研究对象研究化学反应的速率和机理以及影响速率的各种因素,如温度、浓度、压力、催化剂、介质和分子结构等。
(2)动力学曲线动力学曲线即反应物或生成物的浓度随时间的变化曲线。
(3)转化速率对应于指明的化学计量方程,反应进度ξ在t 时刻的变化率称为该反应的转化速率,用d dtξ表示,单位为1mol s - 。
(4)化学反应速率 单位体积内的转化率称为反应速率,1d r V dt ξ=。
(5)基元反应与非基元反应① 基元反应:反应物分子一经碰撞直接变成产物。
② 非基元反应:若反应物到产物,必须经过中间步骤称为非基元反应或复杂反应。
(6)反应的速率方程表示反应速率与浓度等参数之间的关系,或表示浓度等参数与时间的关系的方程称为反应的速率方程。
(7)速率系数速率方程中的比例系数称为速率系数或速率常数,用k 表示。
①k 的物理意义:数值上相当于反应物均为单位浓度时的反应速率。
②特点:A. k 数值与反应物的浓度无关。
在催化剂等其他条件确定时,k 的数值仅是温度的函数;B. k 的单位随着反应级数的不同而不同;C. k 的数值直接反映了反应速率的快慢。
(8)质量作用定律基元反应的速率与各反应物浓度的幂乘积成正比,其中各浓度项的方次即为反应方程中各物质的系数,这就是质量作用定律,它只适用于基元反应。
(9)反应级数在反应的速率方程中,所有浓度项方次的代数和称为该反应的级数,用n 表示。
n 可以是正数、负数、整数、分数或零,也有的反应无法说出其反应级数。
(10)反应分子数在基元反应中,反应物分子数之和称为反应分子数,其数值为1,2或3。
2. 具有简单级数反应的特点(1)零级反应定义:反应速率与反应物浓度的零次方成正比,即与反应物的浓度无关。
特点:微分式 0dx k dt= 积分式 0x k t = 线性关系 ~x t半衰期 1022a t k =0k 的单位 3m o l d m - 或 [ -1浓度][时间] (2)一级反应定义:反应速率与反应物浓度的一次方成正比。
第七章:化学动力学(物理化学)
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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]
无机化学练习题(含答案)第七章 化学动力学基础
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第七章化学动力学基础7-1:区别下列概念:(a) 碰撞理论和过渡态理论;(b) 有效碰撞与无效碰撞;(c) 活化能与反应热;(d) 均相催化剂与多相催化剂;(e) 催化剂、助催化剂与阻化剂;(f) 物理吸附与化学吸附;(g) 反应分子数与反应级数;(h) 单分子过程和双分子过程。
答:(a) 碰撞理论和过渡态理论是描述反应速率理论的两个不同理论: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。
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。
(b) 在碰撞理论中,能导致化学反应的碰撞为有效碰撞,反之则为无效碰撞。
(c) 为使反应得以进行,外界必需提供的最低能量叫反应的活化能;反应热是反应过程(从始态至终态)的热效应(放出或吸收的热量)。
(d) 决定于是否与反应物同处一相。
(e) 催化剂是一类能改变化学反应速率而本身在反应前后质量和化学组成都没有变化的物质;助催化剂是能够大大提高催化剂催化效率的一类物质;阻化剂则是严重降低甚至完全破坏催化剂催化活性的一类杂质。
(f) 两者的区别在于催化剂与被吸附物之间作用力的本质不同。
如果被吸附物与催化剂表面之间的作用力为范德华力, 这种吸附叫物理吸附;如果被吸附物与催化剂表面之间的作用力达到化学键的数量级, 则叫化学吸附。
(g) 反应级数是描述速率方程的一个术语,不必考虑方程所描述的反应是否为元反应,它等于速率方程中浓度项指数的和;而只是元反应才能按反应分子数分类,参与元过程的分子的数目叫该元过程的分子数;(h) 单分子过程和双分子过程是元反应设计的术语,单分子过程前者涉及单个分子的解离;双分子过程则涉及两个分子的碰撞。
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
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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
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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。
第七章 化学动力学热力学第二定律重庆大学物理化学教研室编物理化学答案第七章

第七章7-1、证明对于二级反应,当反应物的原始浓度相同时,作用掉3/4原始反应物所需时间等于此反应半衰期的三倍. 证明:对于二级反应000][3)14311(][1)111(][1A k A k A k t ααθαθ=--=--= 02/1][1A k t α=2/13t t =∴θ7-2、反应A 2+B 2→2AB 若为基元反应,速率方程应当怎样?只根据速率方程能否确定是否基元反应? 解:速率方程为]][[22B A k r =只根据速率方程不能确定是基元反应。
例如: H 2+I 2=2HI 的速率方程为 ]][[22I H k r =,但H 2+I 2=2HI 的反应并不是基元反应。
所以只跟据速率 方程不能确定是基元反应。
7-3、试证明一级反应在其原始反应物的转化率从0→50%,50→75%及75→87.5%所需的每段反应时间都等于ln2/k 。
解:对于一级反应:0→50%的时间: k t 2ln 1=50→75%的时间:k k k t 2ln 2ln 4311ln 1=--= 75→87.5%的时间:k k k t 2ln 4311ln 18711ln 1=---= 7-4、反应(CH 3)2CHN=NCH(CH 3)2(g) →N 2(g)+C 6H 12(g)为一级反应。
若反应在恒容反应器中进行,则体系的压力逐渐增大。
假设t =0时,(CH 3)2CHN=NCH(CH 3)2(g)的压力为P i ,此时没有产物。
在t =t 时,反应体系的压力为P 。
证明k =1/t ln[P i /(2P i –P )]解:设(CH 3)2CHN=NCH(CH 3)2(g) , N 2(g), C 6H 12(g)分别为A, B, C A → B + Ct=0 P A,0 0 0 t=t P A,0-P B P B P c =P B 系统总压力 P= P A,0-P B +(P B+ P B )= P A,0+P B 反应物A 的分压P A = P A,0-P B = P A,0-(P- P A,0)=2P A,0-P一级反应⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=P P P t P P t k i i A A 2ln 110, 7-5、温度升高,反应速率为什么增大?从阿仑尼乌斯公式和碰撞理论来解释。
化学动力学(1)

(2) 20世纪初~20世纪40年代:从宏观动 力学到微观动力学的过渡 1918 W.C.Mc Lewis 提出气体反应速率的碰 撞理论 1930‘s Eyring-Polanyi 提出反应速率的过渡态 理论 1913 Boldenstein 提出链反应机理 (3) 20世纪50年代~ 现在: 快速反应和分子动态 学的建立
1 dc A kc A a dt
c A, 0 c A, 0 x
akt (y x c A,0 )
1 ln akt 1 y
Characteristics:
(1) lncA~ t
straight line slope: -ak intercept: lncA,0
t1/ 2 ln 2 ak t 1/2 与 c A,0 无关
(2) 平衡态与非平衡态并重
非平衡是有序之源
在一定的条件下,在封闭的平 衡体系中将是自发地从有序趋向无 序;在开放的非平衡体系中将是自 发地从无序趋向有序。
熵与经济社会
高熵 原料
低熵能源
知识技术
生产系统
高熵 废物 废热
低熵 产品
关于热寂论的批判 宇宙的大爆炸模型: 宇宙初期是处在高温高密度的“热粥”状态, 存在着极高温的辐射(光子)和某些种类的粒 子。随着宇宙的膨胀,密度减小、温度下降、 在微观上形成了原子核、原子、分子(从最简 单的无机分子到高级的生物大分子),在宏观 上在万有引力作用下演化出银河系、超星系团、 星系团、星系、恒星、太阳系和地球,在地球 上又演化出生物,直到出现人类及其社会。整 个宇宙的演化是从均匀到不均匀、从无序到有 序,从简单到复杂,从低级到高级进化式的发 展
南方医科大学药学院基础化学第七章化学动力学8-01

26
aA+ dD gG +hH
反应速率可写作:
vA
dnA Vdt
dcA dt
vG
dnG Vdt
dcG dt
它们之间有如下的关系:
vA vD vG vH v ad g h
vD
dnD Vdt
dcD dt
vH
dnH Vdt
dcH dt
3
二、反应速率的表示方法二
反应速率可用单位时间、单位体积内反应进度的
第七章 化学动力学
化学反应的 两个基本问题
在指定条件下 反应进行的方向和限度
——化学热力学
反应进行的速率和 具体步骤(即反应机理)
——化学动力学
第一节 反应速率的表示方法
一、以产物或反应物浓度随时间的变化定义反应速率 二、以反应进度随时间的变化定义反应速率 三、化学反应的平均速率与瞬时速率
一、反应速率的表示方法一
反应的总级数: n=+++……
17
四、 简单级数反应的速率方程
1、一级反应 2、 二级反应 3、 零级反应
一. 一级反应
反应速率只与物质浓度的一次方成正比的反应称为一级反
应(first order reaction) 。对一级反应
A
G
t = 0 cA,0
0
t = t cA=cA,0-x cG
微分速率方程为:
解:(1)∵氯乙烷的分解为一级反应,则
lg c0 kt
c 2.303
kt
2.5 103 24 60
lg c lg c0 2.303 lg 0.200
无机化学第七章化学动力学基础

反应历程
H2O2+2Br-+2H+2H2O+Br2是下列基元反应构成 H++H2O2H3O2+ H3O2+H++H2O2 H3O2++Br-H2O+HOBr(慢反应) HOBr+H++Br-H2O+Br2 因速度决定步骤为慢反应,即v=k[H3O2+][Br-] 但初态时并没有H3O2+只有H2O2、Br-、H+,我们需要变换一下H3O2+ 因H++H2O2H3O2+为快反应,在溶液中立刻就达到了平衡
求该反应的反应级数m+n和速度常数k?
浓度对化学反应速率的影响
浓度对化学反应速率的影响
解:由速度方程v=k[CO]m·[Cl2]n 得:v1=k[CO]m·[Cl2]1n v2=k[CO]m·[Cl2]2n
v=k[CO]·[Cl2]3/2 m+n=2.5 即 对CO为一级
对Cl2为1.5级
基元反应的速度方程
恒温下,基元反应的反应速度与各反应物浓度系数次方的乘积成正比。也称为质量作用定律
对: aA + bB dD+eE
则: v=k[A]a·[B]b
如:
对于反应 H2O2+2Br-+2H+2H2O+Br2的速度方程不能写成v=k[H2O2][H+]2[Br-]2,因其不是一个五元反应。
一步完成的化学反应称基元反应,由一个基元反应构成的化学反应称为简单反应;由两个或三个基元反应构成的化学反应称为非基元反应或复杂反应。
7-4 反应历程
反应历程
如:H2O2+2Br-+2H+2H2O+Br2 是由下列一系列基元反应构成
化学反应动力学

=- 1 3
dC H 2 dt
=1 2
dC NH 3 dt
为了克服因选用不同物质而造成反应速率不一致的缺陷,国际理论与应用化学协会规定用反应进度对 时间的变化率来表示反应速度。
1 定义:r= V 1 ξ =V
dξ dt
(7-1-1)
ξ=
n B − n B0
νB
dξ = r=
dn B
νB
1 dn B V ν B dt
=-1 3
dPH 2
r=- dt == ' r =RTr (7-1-4) 对于多相催化反应
1 r= Q
dξ dt
dt 1 dC H 2 3 dt
=1 2
dPNH 3
dt 1 dC NH 3 2 dt
(7-1-5)
称给定条件下的比活性,Q 为催化剂的量。 表示催化剂的量,可以用质量 m 表示,也可以用堆体积 V 表示,也可用表面积 A 表示。 三 反应速率的测定(determination of reaction rate) 从原则上看,只要测定不同时刻反应物或产物的浓度,便可以求出反应速率,测定方法一般有化学法 和物理法。 1.化学法 在化学反应的某一时刻取出部分样品后,必须使反应停止不再继续进行,并尽可能快地测定某物质的 浓度,停止的方法有骤冷、冲稀、加阻化剂或移走催化剂等,然后用化学方法进行分析测定。 关键:取出样品立即冻结 优点:能直接得到不同时刻的绝对值,所用仪器简单。 缺点:分析操作繁杂。 2.物理法 利用一些物理性质与浓度成单值函数的关系,测定反应体系物理量随时间的变化,然后折算成不同时 刻反应物的浓度值,通常可利用的物理量有 P,V,L, α .A 等。这种方法优点是迅速方便,不终止反应。可在 反应器内连续监测,便于自动记录。所要注意的是:这种方法测的是整个反应体系的物理量,而我们一般需 要的是某一时刻某种反应物或产物的浓度, 所以用物理方法测定反应速度,首先要找出体系的物理量与某种 物质浓度的关系。 一般用 λ 表示体系的某种物理量(P,V,L, α )等, λ 0 λ t λ ∞ 分别表示t=0, t=t, t= ∞ 时刻体系的物理 性质,C0,Ct表示t=0, t=t,时刻某种物质的浓度,它们之间有下列关系 C0 ∝ ( λ ∞ - λ 0 ) Ct ∝ ( λ ∞ - λ t) 且比例系数相同。
化学动力学(物化)
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(7-3)
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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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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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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
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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
考研物化 第七章化学动力学答案

(B) rA = k1cA - k-1cB , (C) rA = k1cA2 + k-1cB , (D) rA = - k1cA2 + k-1cB,
rB = k-1cB + k2cC ; rB = k-1cB - k2cC ; rB = k1cA2 - k-1cB - k2cC 。
20.反应 A + B → C + D 的速率方程为 r = k[A][B] ,则反应:
(A) 是二分子反应 ; (C) 不是二分子反应 ;
(B) 是二级反应但不一定是二分子反应 ; (D) 是对 A、B 各为一级的二分子反应 。
21.基元反应 A + B 2D,A 与 B 的起始浓度分别为 a 和 2a,D 为 0,则体系各物 质浓度(c)随时间变化示意曲线为:
A k1 B,B+D ⎯⎯k2 → J
度有利于生成更多的产物。
12.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。
13.若某化学反应的 ΔrUm < 0,则该化学反应的活化能小于零。 14.对平衡反应 A Y,在一定温度下反应达平衡时,正逆反应速率常数相等。
15.平行反应
度有何关系?
(A) 无关 ; (B) 成正比 ;
(C) 成反比 ;
(D) 平方成反比 。
2A k1 B ⎯⎯k2 → C
19.恒容下某复杂反应(取单位体积)的反应机理为:
k−1
,分别以 A
和 B 反应物的浓度变化来计算反应速率,其中完全正确的一组是:
(A) rA = k1cA2
, rB = k2cB ;
25.某温度时,平行反应
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(A) 平衡时cA = cB ; (B) 平衡时k1 = k-1 ; (C) 总反应速率为正、逆反应速率的代数和 ; (D) 加入正催化剂可使k1 > k-1 。 25.某温度时,平行反应 A┤ B 的k1和k2分别为0.008和0.002 min-1, C 那么100min后A的转化率为: (A) 100% ; (B) 81.9% ;(C) 44.9% ;(D) 63.2% 。
8.若反应 A + B 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。
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。
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。
(B) 14.某化合物与水相反应,化合物起始浓度为1 mol· -3,1小时后浓度为 dm 0.5 mol· -3,2小时后浓度为0.25 mol· -3。则该化合物的反应级数为: dm dm (A) 0 ; (B) 1; (C) 2; (D) 3。
15.某反应速率常数k = 2.31 × 10-2mol-1· 3·-1,反应起始浓度为1.0 dm s mol· -3,则其反应半衰期为: dm (A) 43.29 s ; (B) 15 s ; (C) 30 s ; (D) 21.65 s 。 16.某反应完成50%的时间是完成75%到完成87.5%所需时间的1/16,该反应 是: (A) 二级反应 ; (B) 三级反应 ; (C) 0.5 级反应 ; (D) 0 级反应 。 17.某反应速率常数k为1.74 × 10-2mol-1· 3· -1,反应物起始浓度为 dm min 1mol· -3时的半衰期t1/2与反应物起始浓度为2 mol· -3时的半衰期t1/2' 的关系 dm dm 为: (A) 2t1/2 = t1/2‘ ; (B) t1/2 = 2t1/2' ; (C) t1/2 = t1/2‘ ; (D) t1/2 = 4t1/2' 。 18.某反应进行时,反应物浓度与时间成线性关系,则此反应之半衰期与反 应物最初浓度有何关系? (A) 无关 ; (B) 成正比 ; (C) 成反比 ; (D) 平方成反比 。
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) :
A B D
a
b
d
(C) kA > kB > kD ;
(D)
kA kB kD > > a b d
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) 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·-1,则此时G的生成速率为(单位:mol· -3·-1) : s dm s (A) 0.15 ; (B) 0.9 ; (C) 0.45 ; (D) 0.2 。
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: (A) k < k < k (B) kA < kB < kD ;
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பைடு நூலகம்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。
k1 k2
26.右图绘出物质[G]、[F]、[E]的浓度随时间变化的规 律,所对应的连串反应是: (A) GFE ; (B) EFG ; (C) GEF ; (D) FGE 。 27.1-1级对峙反应, A B由纯A开始,进行到 [A] = [B] 的时间t为:
19.恒容下某复杂反应(取单位体积)的反应机理为:
k2 2A B C k1 k1
,分别以A和B的浓度随时间变化率来计算反应速率,rA=-dcA/dt, rA= dcB/dt。其中完全正确的一组是: (A) rA = 2k1cA2 , rB = k2cB ; (B) rA = 2k1cA - k-1cB , rB = k-1cB + k2cC ; (C) rA = 2k1cA2 + k-1cB , rB = k-1cB - k2cC ; (D) rA = 2k1cA2 + k-1cB , rB =k1cA2 - k-1cB - k2cB 。 20.反应A + B C + D的速率方程为r = k[A][B] ,则反应: (A) 是二分子反应 ; (B) 是二级反应但不一定是二分子反应 ; (C) 不是二分子反应 ;(D) 是对A、B 各为一级的二分子反应 。 21.基元反应A + B 2D,A与B的起始浓度分别为a和2a,D为0,则 体系各物质浓度(c)随时间变化示意曲线为:
(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:
5.基元反应体系aA + dD gG的速率表达式中,不正确的是: (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) 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∶4 ; (C) 1∶6 ; (D) 1∶8 。 8.关于反应级数,说法正确的是: (A) 只有基元反应的级数是正整数 ; (B) 反应级数不会小于零 ; (C) 催化剂不会改变反应级数 ; (D) 反应级数都可以通过实验确定 。 9.某反应,其半衰期与起始浓度成反比,则反应完成87.5%的时间t1与反 应完成50%的时间t2之间的关系是: (A) t1 = 2t2 ; (B) t1 = 4t2 ; (C) t1 = 7t2 ; (D) t1 = 5t2 。