2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)反應(yīng)中的多相反應(yīng)機制考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.在氣-固相催化反應(yīng)中，若反應(yīng)速率控制步驟為表面反應(yīng)，則增加反應(yīng)物氣相分壓通常會（）。A.降低正反應(yīng)速率常數(shù)B.提高逆反應(yīng)速率常數(shù)C.提高正反應(yīng)速率D.對正反應(yīng)速率無影響2.朗繆爾吸附等溫式適用于描述（）。A.物理吸附過程，吸附熱不隨覆蓋度變化B.化學(xué)吸附過程，吸附熱不隨覆蓋度變化C.物理吸附過程，吸附熱隨覆蓋度增加而降低D.化學(xué)吸附過程，吸附熱隨覆蓋度增加而降低3.對于固相-固相反應(yīng)，通常（）。A.反應(yīng)速率主要受固相內(nèi)部擴散控制B.反應(yīng)速率主要受固相表面反應(yīng)控制C.反應(yīng)速率不受溫度影響D.反應(yīng)活化能通常較低4.表面張力是液體表面層（）。A.沿表面切線方向作用于單位長度上的力B.沿表面法線方向作用于單位面積上的力C.使液體體積增加單位量所需做的功D.使液體表面積增加單位量所需做的功5.能夠顯著降低液體表面張力的物質(zhì)稱為（）。A.溶解質(zhì)B.溶解性氣體C.表面活性劑D.揮發(fā)性物質(zhì)6.在多相催化反應(yīng)中，催化劑（）。A.改變反應(yīng)的平衡常數(shù)B.降低正逆反應(yīng)的活化能C.僅改變正反應(yīng)的活化能D.僅改變逆反應(yīng)的活化能7.若多相反應(yīng)的總速率控制步驟是氣體在固體表面的擴散，提高反應(yīng)溫度將（）。A.提高反應(yīng)速率B.降低反應(yīng)速率C.對反應(yīng)速率無影響D.無法判斷8.下列哪個現(xiàn)象與吸附有關(guān)（）。A.氣體在液體中的溶解B.液體在固體表面的鋪展C.液體表面的蒸發(fā)D.固體顆粒在液體中的沉降9.根據(jù)吉布斯相律，對于一個包含C個化學(xué)組分和P個相的多相平衡體系，其獨立變量數(shù)F為（）。A.C+PB.C-P-1C.C+P-1D.C-P+110.對于一個氣-固相反應(yīng)，若反應(yīng)物為A(g)，產(chǎn)物為B(s)，其標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變(ΔG°)為負(fù)值，意味著（）。A.反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下不能自發(fā)進行B.反應(yīng)在非標(biāo)準(zhǔn)條件下可能自發(fā)進行C.該反應(yīng)的表觀活化能一定很高D.該反應(yīng)的表面反應(yīng)步驟一定是速率控制步驟二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.物質(zhì)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴散的現(xiàn)象稱為__________。2.在Langmuir吸附等溫式中，假設(shè)吸附劑表面是__________的。3.催化劑之所以能加速反應(yīng)，是因為它能提供一條__________的反應(yīng)路徑，從而降低反應(yīng)的活化能。4.表面吉布斯自由能是描述液體表面性質(zhì)的物理量，其值總是__________（大于/小于/等于）零。5.液體表面層的分子所受的合力指向__________。6.多相反應(yīng)動力學(xué)通常比單相反應(yīng)動力學(xué)更為復(fù)雜，因為它除了涉及化學(xué)鍵的斷裂和形成外，還必須考慮__________。7.在固相-固相反應(yīng)中，反應(yīng)物晶粒的__________是影響反應(yīng)速率的重要因素。8.氣體在固體表面的吸附按化學(xué)鍵力的強弱可分為__________吸附和物理吸附。9.對于表面反應(yīng)控制的氣-固相反應(yīng)，其表觀活化能主要取決于__________的活化能。10.分散固體的表面積越大，其表面吉布斯自由能__________（越高/越低），通常表現(xiàn)出越強的__________性。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述物理吸附和化學(xué)吸附的主要區(qū)別。2.為什么催化劑不能改變反應(yīng)的平衡常數(shù)？3.簡述多相反應(yīng)動力學(xué)研究的核心問題。四、計算題（共15分）在300K時，CO在W催化劑表面的吸附符合Langmuir等溫式。實驗測得，當(dāng)CO分壓為0.1atm時，CO的覆蓋度θ為0.2；當(dāng)CO分壓為0.5atm時，CO的覆蓋度θ為0.5。已知CO的吸附熱為-40kJ/mol，求：（1）該催化劑表面上CO的吸附平衡常數(shù)K（單位：atm-1）。（8分）（2）估算在300K時，CO在W表面的活化能Ea（假設(shè)表面反應(yīng)步驟的活化能Es=130kJ/mol）。（7分）五、論述題（10分）試以氣-固相催化反應(yīng)為例，闡述表面反應(yīng)步驟如何成為速率控制步驟，并討論影響表面反應(yīng)速率的主要因素。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.A4.D5.C6.A7.A8.B9.C10.B二、填空題1.擴散2.單分子層3.較低能量4.小于5.內(nèi)部6.擴散過程7.尺寸8.化學(xué)9.表面反應(yīng)10.越高；吸附三、簡答題1.解析思路：區(qū)分吸附本質(zhì)（力）、選擇性、熱力學(xué)穩(wěn)定性、速率。*物理吸附：分子間范德華力；吸附不專一；熱力學(xué)上較易發(fā)生，放熱；速率快。*化學(xué)吸附：化學(xué)鍵力；吸附專一；熱力學(xué)上可能放熱或吸熱；速率慢。2.解析思路：區(qū)分催化劑作用機制（改變速率，不改變平衡）與平衡常數(shù)決定因素（熱力學(xué)，ΔG°）。*催化劑通過降低正逆反應(yīng)活化能，同等程度地改變正逆反應(yīng)速率，使平衡更快達到，但不改變平衡常數(shù)（即不改變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變ΔG°）。3.解析思路：聚焦動力學(xué)研究核心（速率快慢及其影響因素）。*多相反應(yīng)動力學(xué)研究的核心問題是：確定控制反應(yīng)速率的步驟，建立描述反應(yīng)速率隨時間、濃度、溫度等變量變化的數(shù)學(xué)模型（速率方程），并分析影響反應(yīng)速率的各種因素（如濃度、溫度、催化劑、表觀活化能等）。四、計算題（1）解析思路：應(yīng)用Langmuir等溫式θ=K·P/(1+K·P)，聯(lián)立兩組實驗數(shù)據(jù)求解K。*方法一：將兩組數(shù)據(jù)代入等溫式：0.2=K·0.1/(1+K·0.1)0.5=K·0.5/(1+K·0.5)*解第一式：0.2(1+K·0.1)=0.1K=>0.2+0.02K=0.1K=>0.2=0.08K=>K=0.2/0.08=2.5*驗證第二式：θ=2.5·0.5/(1+2.5·0.5)=1.25/(1+1.25)=1.25/2.25≈0.556。與給定的0.5略有偏差，可能源于題目設(shè)定或近似，但主要方法為代入求解。若嚴(yán)格按解得K代入第二式，θ≈0.556。若題目要求精確匹配，需重新審視題目數(shù)據(jù)或設(shè)定。此處按首次解得K為準(zhǔn)。K≈2.5atm?1。*方法二：作圖法，θ對P作圖，斜率=K/(1+K·P)，當(dāng)P→∞,θ→K。由數(shù)據(jù)知P→∞時θ應(yīng)趨近K，但數(shù)據(jù)不足。更可靠是用兩點斜率法處理。設(shè)P1=0.1,θ1=0.2;P2=0.5,θ2=0.5。則(θ2-θ1)/(P2-P1)=K/(1+K·P1)-K/(1+K·P2)≈K/(1+K·P1)(若P2足夠大)。但P2=0.5可能不夠大。更準(zhǔn)確需聯(lián)立求解。*更正計算：聯(lián)立方程：0.2=0.1K/(1+0.1K)0.5=0.5K/(1+0.5K)*解第一個方程：0.2(1+0.1K)=0.1K=>0.2+0.02K=0.1K=>0.2=0.08K=>K=25/4=6.25*驗證第二個方程：θ=6.25*0.5/(1+6.25*0.5)=3.125/(1+3.125)=3.125/4.125≈0.756。與θ=0.5差距較大，說明題目給定的數(shù)據(jù)點（或其中一個）可能不合理，或吸附并非嚴(yán)格符合Langmuir模型。若按此數(shù)據(jù)嚴(yán)格求解，K≈6.25atm?1。此處選擇首次計算結(jié)果K=2.5atm?1，并指出數(shù)據(jù)可能不理想。*最終答案（選擇較合理值）：K=2.5atm?1(基于第一組數(shù)據(jù)的解)或K≈6.25atm?1(基于兩組數(shù)據(jù)的聯(lián)立解，但需注意數(shù)據(jù)合理性)。*此處采用首次解得的K值：K=2.5atm?1。（2）解析思路：根據(jù)阿倫尼烏斯方程，總活化能Ea=Es+Δad，其中Δad為吸附活化能。吸附活化能可以通過吸附熱（ΔHads）和絕對溫度（T）估算（Δad≈ΔHads+RT）。表面反應(yīng)步驟活化能Es已知，相加即得總活化能。*吸附活化能估算：Δad≈ΔHads/(-R)*(1-T/T?)≈ΔHads/R*(1-T/T?)。更常用的是近似處理：Δad≈ΔHads/R+R。此處直接使用ΔHads≈-ΔHads/R+R=R-ΔHads/R。更簡單常用的是Δad≈ΔHads/R（在室溫附近，R≈8.314J/mol·K，T=300K）。但更精確的推導(dǎo)基于Clausius-Clapeyron方程。此處采用Δad≈ΔHads/R+R。*計算Δad：Δad≈-(-40000J/mol)/8.314J/(mol·K)+8.314J/(mol·K)≈4826J/mol+8.314J/mol≈4834J/mol=4.834kJ/mol。*總活化能Ea=Es+Δad=130kJ/mol+4.834kJ/mol=134.834kJ/mol。*簡化估算：若采用Δad≈ΔHads/R≈-(-40000J/mol)/8.314J/(mol·K)≈4826J/mol=4.826kJ/mol。*總活化能Ea≈130kJ/mol+4.826kJ/mol=134.826kJ/mol。*最終答案（采用較精確估算）：Ea≈134.8kJ/mol。五、論述題解析思路：1.闡述速率控制步驟：說明多相反應(yīng)包含多個步驟（如吸附、表面反應(yīng)、脫附、擴散等）。反應(yīng)總速率由最慢的步驟決定，該步驟即為速率控制步驟。對于氣-固相催化反應(yīng)，若表面反應(yīng)（化學(xué)鍵的斷裂與形成）比吸附、脫附或氣體/固體內(nèi)部擴散更快，則表面反應(yīng)為速率控制步驟。反之，若擴散過程（物質(zhì)到達表面或從表面離開）比表面反應(yīng)慢，則擴散為速率控制步驟。2.以表面反應(yīng)控制為例：假設(shè)表面反應(yīng)為控制步驟。此時，反應(yīng)速率v=k表面·θ，其中k表面是表面反應(yīng)速率常數(shù)，θ是反應(yīng)物在表面的覆蓋度。反應(yīng)物必須先吸附到表面，并與表面活性位點發(fā)生反應(yīng)生成產(chǎn)物。因此，表面反應(yīng)速率直接取決于表面反應(yīng)的活化能、表面反應(yīng)速率常數(shù)以及表面覆蓋度。表面覆蓋度本身又受吸附平衡常數(shù)和反應(yīng)物氣相分壓控制。3.討論影響因素：*溫度：溫度升高，提供更多能量克服表面反應(yīng)活化能，增加表面反應(yīng)速率常數(shù)k表面，從而加快反應(yīng)速率。*反應(yīng)物濃度/分壓：對于表面反應(yīng)控制，反應(yīng)物濃度（或氣相分壓）升高，會增加其在表面的吸附量（覆蓋度θ），從而直接提高反應(yīng)速率。*催化劑：催化劑提供不同的反應(yīng)路徑，降低表面反應(yīng)的活化能Es，使得k表面增大，顯