2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——化學(xué)過(guò)程中的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)測(cè)定考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題3分，共30分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在化學(xué)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)中，馳豫法主要用于研究（）。A.快速達(dá)到平衡的反應(yīng)B.非平衡態(tài)下體系性質(zhì)隨時(shí)間的快速變化C.非基元反應(yīng)的總速率D.基元反應(yīng)的速率常數(shù)2.對(duì)于一階馳豫過(guò)程，其弛豫函數(shù)τ(t)的表達(dá)式為（）。A.1-exp(-kt)B.exp(-kt)C.k*exp(-kt)D.t/k3.在階躍法測(cè)定瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)，若階躍前反應(yīng)處于平衡態(tài)，階躍后測(cè)得的響應(yīng)函數(shù)反映了（）。A.平衡常數(shù)的變化B.非平衡態(tài)向新平衡態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程C.反應(yīng)的瞬時(shí)速率D.反應(yīng)的活化能4.快速反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，使用壓電晶體測(cè)量反應(yīng)引起的變化量是基于其（）原理。A.電阻變化B.電容變化C.壓電效應(yīng)（機(jī)械變形對(duì)應(yīng)電壓變化）D.光吸收特性5.若一個(gè)雙分子反應(yīng)R+P→P'在脈沖快速反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出非指數(shù)的響應(yīng)曲線，這可能暗示（）。A.實(shí)驗(yàn)脈沖太寬B.反應(yīng)對(duì)濃度變化不敏感C.存在多個(gè)并行反應(yīng)路徑D.儀器響應(yīng)有延遲6.示波器在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的主要作用是（）。A.精確控制反應(yīng)條件B.激發(fā)反應(yīng)物C.記錄和顯示隨時(shí)間變化的物理量（如壓力、光強(qiáng)）D.計(jì)算速率常數(shù)7.測(cè)定二級(jí)反應(yīng)的速率常數(shù)時(shí)，若采用階躍法，通常需要監(jiān)測(cè)（）隨時(shí)間的變化。A.反應(yīng)物初始濃度B.產(chǎn)物濃度C.反應(yīng)物濃度D.任何一種組分的濃度變化8.在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，利用響應(yīng)函數(shù)對(duì)時(shí)間進(jìn)行微分的主要目的是（）。A.消除儀器響應(yīng)延遲B.獲得反應(yīng)的瞬時(shí)速率C.計(jì)算反應(yīng)的活化能D.確定反應(yīng)級(jí)數(shù)9.若一個(gè)反應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線近似為exp(-kt)，則該反應(yīng)（）。A.一定是基元反應(yīng)B.一定是零階反應(yīng)C.可能是一階反應(yīng)，也可能是簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)反應(yīng)D.無(wú)法確定反應(yīng)級(jí)數(shù)10.內(nèi)標(biāo)法（InternalStandardMethod）在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)測(cè)定中主要用于（）。A.提高反應(yīng)速率B.消除儀器響應(yīng)非線性影響C.校正體系體積變化D.簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)擬合二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線上）1.瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)研究的時(shí)間尺度通常在______到______秒之間。2.在一階馳豫過(guò)程中，體系性質(zhì)偏離平衡值的程度由弛豫函數(shù)______決定。3.階躍實(shí)驗(yàn)中，若階躍引起反應(yīng)物濃度發(fā)生階躍變化ΔC，則階躍響應(yīng)函數(shù)R(t)代表的是______隨時(shí)間的變化。4.脈沖快速反應(yīng)法中，使用單脈沖信號(hào)時(shí)，通過(guò)測(cè)量______的變化來(lái)推斷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。5.根據(jù)階躍響應(yīng)函數(shù)R(t)擬合指數(shù)衰減曲線exp(-kt)，得到的衰減常數(shù)______的倒數(shù)即為反應(yīng)的______級(jí)數(shù)反應(yīng)的初始速率常數(shù)。6.快速反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中常用的示波器通常需要具備______和______功能。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述階躍法測(cè)定反應(yīng)級(jí)數(shù)的原理。2.與穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)相比，瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)研究的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是什么？3.簡(jiǎn)述脈沖快速反應(yīng)法中，如何利用單脈沖信號(hào)近似測(cè)量二級(jí)反應(yīng)的速率常數(shù)。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某一階馳豫過(guò)程，測(cè)得弛豫函數(shù)τ(t)=1-exp(-t/τ?)，其中τ?=0.5s。請(qǐng)計(jì)算該過(guò)程在t=1s時(shí)的馳豫程度，并解釋其物理意義。2.某二級(jí)反應(yīng)A+A→P，在實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得階躍響應(yīng)曲線近似為exp(-t/τ)，其中τ=2.0s。若階躍前反應(yīng)物A的初始濃度為0.1mol/L，且階躍使A的濃度增加了0.01mol/L。請(qǐng)計(jì)算該二級(jí)反應(yīng)的速率常數(shù)k。---試卷答案一、選擇題1.B2.A3.B4.C5.C6.C7.C8.B9.C10.B二、填空題1.10??,10?32.τ(t)3.反應(yīng)物（或體系性質(zhì)）的濃度（或偏離平衡值的量）4.某種物理量（如壓力、光強(qiáng)、電極電位）5.k,一6.采樣（或數(shù)字化），存儲(chǔ)（或記錄）三、簡(jiǎn)答題1.階躍法通過(guò)施加一個(gè)突然的、階躍式的擾動(dòng)（如濃度、壓力、溫度的改變），使反應(yīng)從非平衡態(tài)快速轉(zhuǎn)向一個(gè)新的平衡態(tài)。然后，監(jiān)測(cè)體系某個(gè)性質(zhì)（如壓力、光吸收）隨時(shí)間的變化，得到階躍響應(yīng)曲線。通過(guò)分析該曲線的形狀（如指數(shù)衰減、指數(shù)上升等）并進(jìn)行擬合，可以得到反應(yīng)的速率常數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)信息。例如，對(duì)于一階反應(yīng)，響應(yīng)曲線呈指數(shù)衰減，通過(guò)擬合斜率可確定速率常數(shù)。2.瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)研究反應(yīng)在非平衡態(tài)下的快速變化過(guò)程，時(shí)間尺度通常在10??到10?3秒，遠(yuǎn)快于平衡速率。其優(yōu)勢(shì)在于能夠直接、原位地觀測(cè)反應(yīng)中間體和過(guò)渡態(tài)，揭示反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)理；不受平衡常數(shù)的限制，可以研究所有類型的反應(yīng)；能夠獲得關(guān)于反應(yīng)速率和能壘的精確信息。3.脈沖快速反應(yīng)法中，使用一個(gè)短暫（相對(duì)于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)時(shí)間尺度）的脈沖信號(hào)引入反應(yīng)物或引發(fā)反應(yīng)。通過(guò)快速檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)脈沖響應(yīng)的測(cè)量，可以得到反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度隨時(shí)間變化的信號(hào)。例如，對(duì)于二級(jí)反應(yīng)A+A→P，使用單脈沖引入A，監(jiān)測(cè)產(chǎn)物P的生成速率。通過(guò)分析產(chǎn)物P的濃度隨時(shí)間的變化曲線（通常需要近似為階躍響應(yīng)的一部分），并利用積分法或微分法，可以計(jì)算出反應(yīng)速率，進(jìn)而得到速率常數(shù)。關(guān)鍵在于脈沖的寬度和檢測(cè)的靈敏度需滿足快速反應(yīng)的要求。四、計(jì)算題1.解：馳豫函數(shù)τ(t)=1-exp(-t/τ?)，馳豫程度通常指τ(t)的值。當(dāng)t=1s，τ?=0.5s時(shí)，τ(1)=1-exp(-1/0.5)=1-exp(-2)≈1-0.135=0.865。物理意義：在t=1s時(shí)，體系性質(zhì)（如濃度）已經(jīng)經(jīng)歷了約86.5%的馳豫過(guò)程，即從初始的非平衡態(tài)回到了平衡態(tài)的86.5%。2.解：已知響應(yīng)函數(shù)R(t)=exp(-t/τ)，τ=2.0s。對(duì)于二級(jí)反應(yīng)A+A→P，階躍前[A]?=0.1mol/L，階躍使[A]增加了Δ[A]=0.01mol/L，因此階躍后[A]=[A]?+Δ[A]=0.11mol/L。對(duì)于二級(jí)反應(yīng)，其速率v=k[A]2。在脈沖瞬間附近，速率近似為v≈k*([A]?+Δ[A])2（如果脈沖引入的是A）或k*[A]?*Δ[A]（如果脈沖引入的是Δ[A]并瞬間達(dá)到最大）。通常采用前者近似。產(chǎn)物P的生成速率d[P]/dt≈k*[A]2。由響應(yīng)函數(shù)可知，dR/dt=-R/τ=-k[A]2。因此，k=-τ*(d