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第7章统计热力学基础

第 0-6 章
绪论
第1章:第零定律与物态方程第2章:热力学第一定律
第3章:热力学第二定律
第4章:多组份体系的热力学第5章:相平衡及相图
第6章:化学平衡热力学
第 7-13 章
第7章:统计热力学基础
第8章:反应速率与机理
第9章:动力学统计理论
第10章:特殊性质反应动力学
第11章:电化学
第12章:界面现象
第13章:胶体各章导航
1 第零定律与物态方程
1 第零定律与物态方程
2 热力学第一定律
2 热力学第一定律
3 热力学第二定律
3 热力学第二定律
4 多组份体系的热力学
4 多组份体系的热力学
5 相平衡及相图
5 相平衡及相图
6 化学平衡热力学
6 化学平衡热力学
7 统计热力学基础
7 统计热力学基础
8 化学动力学
8 化学动力学
9 化学动力学的统计理论
9 化学动力学的统计理论
10 特殊性质反应动力学
10 特殊性质反应动力学
11 电化学
11 电化学
12 界面现象
12 界面现象
13 胶体
13 胶体
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练习
1.实验表明 C2H6→C2H4+H2为一级反应。

有人认为此反应是一链反应,并提出可能的机理如下:
链引发
链传递
链中止
试用稳态法原理,证明此链反应速率的最后结果是与 C2H6浓度的一次方成正比。

并表明一级反应速率常数k与上述五个基元步骤的速率常数之间的关系。

提示

2.如果由过氧化物 A 分解为两个自由基引发某个聚合反应,该聚合反应又由链转移到溶剂 B 而中止,假定对自由基
作稳态处理,试导出体系内单体消耗的速率公式。

提示
答案:
3.甲醇蒸气在空气中的爆炸低限和高限分别是 7.3% 和 36%(体积百分数),已知甲醇饱和蒸气压p/Pa 与温度T/K的
关系为:
工业上以甲醇和空气为原料制备甲醛。

(1)当用银作催化剂时,混合气总压力为 107600Pa,反应器在甲醇过量的条件下操作,即在爆炸高限以上工作,试问反应开始点火时,甲醇蒸发器的温度不得低于多少度?(2)当用铁钼催化剂时,混合气总压力为 760mm Hg,是在甲醇不足而空气过量的条件下操作,即在爆炸低限以下工作,试问点火时,甲醇蒸发器的温度不得高于多少度?提示
答案:〔(1) 42.5℃、(2) 10.4℃〕
4.试估算室温下,碘原子在已烷中进行原子复合反应的速率常数。

已知 298K 时己烷的粘度为
3.26×10-4kg·m-1·s-1。

提示
答案:(2.0×107mol-1·m3·s-1)
5.已知溶剂水的粘度。

请计算以水为溶剂时的扩
散控制反应的活化能。

提示
答案:(16kJ·mol-1〕
6.用温度突跃法研究反应,25℃ 时驰豫时间τ=40μS,,计
算此反应的正逆向反应的速率常数k1和k2。

提示
答案:(k1=2.30×10-5s-1,k2=1.25×1011dm3·mol-1·s-1)
7.反应,298K 平衡常数K=0.37,k-2=6.3×106s-1,求
(1)在低离子强度介质中正向反应速率常数k2;
(2)在0.1mol·dm-3 NaClO4溶液中正向反应的速率常数k′2。

提示
答案:〔k2=2.3×10-6dm3·mol-1·s-1,k′2=2.5×10-7dm3·mol-1·s-1〕
8.络离子[Co(NH3)5Br]2+的碱解反应速率常数与溶液离子强度Ⅰ有关,实验上得到如下数据:(表中k0为无限稀释溶
液中的反应速率常数)
Ⅰ0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030
k/k00.718 0.631 0.562 0.515 0.475 0.447
9.请根据以上实验事实,分析此反应过渡态应具有什么性质?提示
10.答案:(,由与组成该过渡态)
11.反应 CH3COOH3(aq)+H2O(l)→CH3COOH(aq)+CH3OH 被 H+催化,实验测得下列数据
k表/10-4s-10.108 1.000 3.469
0.1005 0.8275 2.429
12.求k0(非催化)及对 H+之反应级数 n。

提示
13.答案:(k0=1.24×10-4mol·dm-3·s-1,)
14.在某些生物体中存在着一种超氧物歧化酶(E),它可将有害的 O-2变为 O2 ,从而使人体内不致因积存过多 O-2而毒
害细胞:
今在 pH=9.1,酶的初始浓度 [E]0=4.0×10-7mol·dm-3条件下,测得以下实验数据:
3.85×10-3 1.67×10-20.1
7.69×10-6 3.33×10-5 2.00×10-4
r0为以产物 O2表示的初始反应速率。

设此反应的机理为:
其中 E-为中间物,可看作为自由基。

已知k=2k1,试计算k1和k2提示
答案:(k1=1.88×109mol-1·dm3·s-1)
15.当有两个底物 A,B 的酶催化反应,H·Theorell 和B·Chance 提出如下反应历程:
在时,对 EA、EZ 可应用稳态近似,请导出反应速率的表达式。

提示
答案:
16.当单底物 S 体系加入阻化剂Ⅰ,则 S 及Ⅰ将竞争酶的活性中心,其反应历程可表示为:
(1)当时,应用稳态近似导出酶催化反应速率方程;
(2)定义阻化度为,其中r0为C l=0 时之速率,求ε之具体表达式。

提示
答案:
17.从下列实验事实可得到关于催化表面反应的哪些信息?
(1)HI 在铂表面上分解速率与 HI 浓度成正比;
(2)HI 在金表面分解速率与 HI 的压力无关;
(3)有铂上之反应速率反比于 SO3之压力;
(4)在铂上之反应速率,在低 CO2压力下正比于 CO2之压力;当为高压力时,反比于 CO2之
分压;
(5)乙烯与氢在铜催化剂表面上反应,低温时反应对 H2为一级,对 C2H4为负一级;在高温时,反应速率对 H2及 C2H4
均为一级。

提示

18.定容下,1400K 时氨在钨丝上分解,有如下数据:
35.3 17.3 7.70
7.6 3.7 1.7
19.
(a)求反应级数n和速率常数k。

(b)当P0(NH3)=19998Pa 时,6 分种后总压是多少?
(c)如何解释此反应的级数?提示
20.答案:〔(1) n=0,k=2.3kPa·min-1、 (2) P总=33.9kPa〕
21.在一定温度下,N2在某催化剂上的吸附服从朗格谬尔方程,已知催化剂的比表面为 21.77m2·g-1,N2分子的截面积
为16×10-20m2。

当平衡压力为 101325Pa 时,每克催化剂吸附 N2的量为 2cm3(已换算成标准状态),问要使 N2的吸附量增加一倍,则平衡压力为多大?提示
答案:(P=585kPa)
22.人眼能看清景物所需最低的能量为1×10-17J ,这相当于多少个波长为 590nm(黄光)的光子所具有的能量?提

答案:(30个)
23.在 H2(g)+Cl2(g) 的光化反应中,用 480nm 的光照射,量子效率约为1×106,试估算每吸收 4.184J 辐射能产生
HCl(g)若干摩尔?提示
答案:(33.7mol)
24.在室温下,2,3-丁二酮的磷光量子产率为Фp,三重态寿命τ为2×10-3s,在扩散控制速率下(k Q=
1010mol-1·dm3·s-1),淬灭剂需要多大浓度才能使它的磷光量子产率减少 99%。

提示
答案:(5×10-6mol·dm-3)。

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