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AP化学:分子动力学理论

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例子问题

示例问题9:热化学和动力学

两摩尔氮气保存在一个玻璃容器中。气体的温度是400K。

气体的动能是多少?

$R=8.314\frac{J}{mol*K}$

可能的答案:

16.4kJ

4.99kJ

49.2J

9.98kJ

98.4J

正确答案:

9.98kJ

解释：

使用方程 $KE = \frac{3}{2}nRT$ n是摩尔数，R是8.314,T是温度，开尔文，我们可以求出容器中两摩尔气体的动能。

$KE = \frac{3}{2}(2 mol)(8.314\frac{J}{mol*K})(400 K)$

KE = 9976.8J=9.98 kJ

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示例问题10:热化学和动力学

下列哪项不是气体分子动力学理论的假设?

可能的答案:

在一定温度下，气体粒子的动能是不同的

气体粒子处于随机的、连续的运动中

气体粒子对其他粒子没有吸引/排斥作用

气体粒子之间的碰撞具有弹性

气体粒子的体积可以忽略不计

正确答案:

在一定温度下，气体粒子的动能是不同的

解释：

气体分子运动理论指出，气体粒子的平均动能与温度成正比，在给定温度下，所有气体的平均动能都与温度成正比。这与答案选项中陈述的内容相反。

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例子问题1:分子运动理论

为什么温度越高反应越快?

可能的答案:

它有助于将反应物定位到正确的位置进行反应

它增加了反应的表面积

它增加了反应物的压强

它增加了有效分子碰撞的次数

它降低了反应的活化能

正确答案:

它增加了有效分子碰撞的次数

解释：

可以通过控制系统的温度来提高反应速率。温度会影响反应的速率因为随着温度的升高，平均动能也会升高。这意味着分子(反应物)移动得更快，导致更频繁的分子碰撞，导致产物形成的速率增加。

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例子问题2:分子运动理论

下列哪个陈述不是分子动力学理论中的假设?

可能的答案:

气体分子和容器之间的碰撞是完全弹性的

气体分子之间不存在引力

气体分子的平均动能是温度和压力的函数

容器的大部分体积是空的空间

正确答案:

气体分子的平均动能是温度和压力的函数

解释：

平均动能被认为是温度的唯一函数;压力不是一个因素。所有其他的陈述都是分子动力学理论的假设。

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示例问题3:分子运动理论

的反应 $A+B\rightarrow C$ 服从速率定律 $r=-k[A]^{1/2}[B]^{2/3}$

速率常数的单位是什么，?

可能的答案:

$M^{-1/6}s^{-1}$

$M^{-7/6}s^-1$

$M^{-6/7}s^{-1}$

$M^{-1}s^{-1}$

正确答案:

$M^{-1/6}s^{-1}$

解释：

回想一下, $r[=]\frac{M}{s}$ 这而且都是摩尔浓度。然后,

$\frac{M}{s} = k(\frac{M}{s})^{1/2}(\frac{M}{s})^{2/3}=k(\frac{M}{s})^{7/6}$

两边同时除以 $(\frac{M}{s})^{7/6}$ 给了

$k[=]M^{-1/6}s^{-1}$

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示例问题4:分子运动理论

考虑下面的一阶反应

$A\overset{k}{\rightarrow}B$

这里k是速率常数。

$k=0.001s^{-1}$

A和B的初始浓度为

$[A]_{0}=3 mols$

$[B]_{0}=0mols$

500秒后的转化率是多少?四舍五入到最接近的百分数。

可能的答案:

$29\%$

$43\%$

$61\%$

$57\%$

$39\%$

正确答案:

$39\%$

解释：

对于一阶反应，

$r=\frac{dC_{A}}{dt}=-kC_{A}$

$\frac{dC_{A}}{C_{A}}=-kdt$

对两边积分得到

$ln(C_{A})=-kt+C$

在哪里是一个积分常数。

解 C_A 给了

$C_{A}=C_{1}e^{-kt}$

最初 (t=0) 有3mol．用这个我们发现

$C_{1}=3$

$C_{A}=3e^{-kt}$

在 $t=500\:s$ ，

$C_{A}=3*e^{-0.001\:s^{-1}*500\:s}=1.8196 \:mols$

百分比转换计算如下:

$X_{A}=\frac{Initial-Final}{Initial}*100 = \frac{3-1.8196}{3}*100=39\%$

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