[单选] 某反应无论反应物的起始浓度如何,完成65%反应时间都相同,则反应级数为()。A. 0级反应B. 1级反应C. 2级反应D. 3级反应
A. 0级反应
B. 1级反应
C. 2级反应
D. 3级反应
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查化学反应级数与反应时间的关系,特别是不同级数反应中完成特定反应进度所需时间是否与起始浓度相关。
解题核心思路:
根据各反应级数的浓度随时间变化的公式,分析完成固定反应进度(如65%)所需时间是否与起始浓度无关。关键点在于推导不同级数反应中时间与起始浓度的关系,判断是否存在依赖性。
破题关键:
- 零级反应:时间与起始浓度成正比,因此时间会随起始浓度变化。
- 一级反应:时间与起始浓度无关,仅与反应的百分比和速率常数有关。
- 二级及以上反应:时间与起始浓度相关,因此时间会随起始浓度变化。
各级反应的时间与起始浓度关系分析
零级反应
反应速率方程为:
$t = \frac{(c_0 - c)}{k} = \frac{\Delta c}{k}$
当反应进度为65%时,$\Delta c = 0.65c_0$,代入得:
$t = \frac{0.65c_0}{k}$
时间与起始浓度$c_0$成正比,因此时间会随$c_0$变化。
一级反应
反应速率方程为:
$\ln \frac{c_0}{c} = kt$
当反应进度为65%时,剩余浓度$c = 0.35c_0$,代入得:
$\ln \frac{1}{0.35} = kt$
解得:
$t = \frac{\ln(1/0.35)}{k}$
时间与起始浓度$c_0$无关,仅与反应的百分比和速率常数$k$有关。
二级反应
反应速率方程为:
$\frac{1}{c} - \frac{1}{c_0} = kt$
当反应进度为65%时,$c = 0.35c_0$,代入得:
$\frac{1}{0.35c_0} - \frac{1}{c_0} = kt$
化简得:
$t = \frac{1 - 0.35}{0.35k c_0}$
时间与起始浓度$c_0$成反比,因此时间会随$c_0$变化。
三级反应
反应速率方程更复杂,但时间同样与起始浓度相关。
结论:只有一级反应的时间与起始浓度无关,因此正确答案为B选项。