反应A→P,速率方程为 r=kC_(A)^2,则A消耗1/3所用的时间与消耗1/2所用时间比值为:( )
反应A→P,速率方程为 $r=kC_{A}^{2}$,则A消耗1/3所用的时间与消耗1/2所用时间比值为:( )
题目解答
答案
解析
本题考查二级反应速率方程的应用及反应时间的计算。解题思路是先明确该反应为二级反应,其速率方程为$\frac{1}{C_A} = \frac{1}{C_{A0}} + k t$,然后分别根据$A$消耗$\frac{1}{3}$和消耗$\frac{1}{2}$时$A$的浓度,代入速率方程求出对应的反应时间$t_1$和$t_2$,最后计算二者的比值。
步骤一:求$A$消耗$\frac{1}{3}$所用的时间$t_1$
当$A$消耗$\frac{1}{3}$时,剩余$A$的浓度$C_A = C_{A0}-\frac{1}{3}C_{A0}=\frac{2}{3}C_{A0}$。
将$C_A = \frac{2}{3}C_{A0}$代入二级反应速率方程$\frac{1}{C_A} = \frac{1}{C_{A0}} + k t$中,可得:
$\frac{1}{\frac{2}{3}C_{A0}} = \frac{1}{C_{A0}} + k t_1$
先对等式左边进行化简:$\frac{1}{\frac{2}{3}C_{A0}}=\frac{3}{2C_{A0}}$
则方程变为$\frac{3}{2C_{A0}} = \frac{1}{C_{A0}} + k t_1$
移项可得$k t_1=\frac{3}{2C_{A0}} - \frac{1}{C_{A0}}$
通分计算右边式子:$\frac{3}{2C_{A0}} - \frac{1}{C_{A0}}=\frac{3}{2C_{A0}} - \frac{2}{2C_{A0}}=\frac{1}{2C_{A0}}$
所以$t_1 = \frac{1}{2 k C_{A0}}$
步骤二:求$A$消耗$\frac{1}{2}$所用的时间$t_2$
当$A$消耗$\frac{1}{2}$时,剩余$A$的浓度$C_A = C_{A0}-\frac{1}{2}C_{A0}=\frac{1}{2}C_{A0}$。
将$C_A = \frac{1}{2}C_{A0}$代入二级反应速率方程$\frac{1}{C_A} = \frac{1}{C_{A0}} + k t$中,可得:
$\frac{1}{\frac{1}{2}C_{A0}} = \frac{1}{C_{A0}} + k t_2$
先对等式左边进行化简:$\frac{1}{\frac{1}{2}C_{A0}}=\frac{2}{C_{A0}}$
则方程变为$\frac{2}{C_{A0}} = \frac{1}{C_{A0}} + k t_2$
移项可得$k t_2=\frac{2}{C_{A0}} - \frac{1}{C_{A0}}$
计算右边式子:$\frac{2}{C_{A0}} - \frac{1}{C_{A0}}=\frac{1}{C_{A0}}$
所以$t_2 = \frac{1}{k C_{A0}}$
步骤三:计算$t_1$与$t_2$的比值
$\frac{t_1}{t_2} = \frac{\frac{1}{2 k C_{A0}}}{\frac{1}{k C_{A0}}}$
根据除法运算法则,除以一个数等于乘以它的倒数,则$\frac{t_1}{t_2} = \frac{1}{2 k C_{A0}}\times\frac{k C_{A0}}{1}=\frac{1}{2}$