气体动力学基础潘锦珊答案

复习神器

解释下列各对名词并说明它们之间的区别与联系 1．轨线和流线

2．马赫数M和速度系数λ 5．膨胀波和激波

一、 回答下列问题

1．膨胀波在自由表面上反射为什么波？为什么？

4．收敛喷管的三种流动状态分别是什么？各有何特点？ 三、（１2分）已知压气机入口处的空气温度Ｔ１＝２８０Ｋ，压力Ｐ１=１.０bar，在经过压气机进行可逆绝热压缩以后，使其压力升高了２５倍，即增压比Ｐ２／Ｐ１＝２５，试求压气机出口处温度和比容，压气机所需要的容积功。设比热容为常数，且比热比k=1.4。

四、空气沿如图1所示的扩散管道流动，在截面1-1处空气的压强

p1?1.033?105N/m2,温度t1?15?C,速度V1?272米/秒，截面1-1的面积A1=10厘米2，在截面2-2处空气速度降低到V2=72.2米/秒。设空气在扩散管中的流动为绝能等熵流动，试求：（1）进、出口气流的马赫数M1和M2；（2）进、出口气流总温及总压；（3）气流作用于管道内壁的力。

六、(15分)在超声速风洞的前室中空气的滞止温度为T*=288K,在喷管出口处空

气的速度V1=530米/秒，当流过试验段中的模型时产生正激波（如图1所示），求激波后空气的速度。

2 1 V1 V2 V1

第十一章 化学动力学基础（一）

本章要求：

1.掌握宏观动力学中的一些基本概念，如反应速率的表示、基元反应，非基元反应、反应级数、反应分子数和速率常数等。

2.掌握具有简单级数反应的特点，并会从实验数据判断反应级数，利用速率方程计算速率常数，半衰期等。

3.对三种典型的复杂反应（对峙反应，平行反应和连续反应）掌握它们的特点，使用合理近似方法，作一些简单的计算。 4.掌握温度对反应速率的影响。

5.掌握阿累尼乌斯经验式的各种表示形式，知道活化能的含义，掌握其求算方法。

6.掌握链反应的特点，会用稳态近似，平衡假设和速控步等近似方法从复杂的机理推导出速率方程。

§11.1 化学动力学的任务和目的

热力学研究化学反应的方向和极限，而动力学研究则是化学反应的速率和反应机理。 一．化学动力学的任务

1.了解反应的速率以及各种因素对反应速率的影响。

2.研究反应历程，探讨速率控制步骤，使反应按照我们希望的方向进行。 二．化学动力学的目的

为了控制反应的进行，使反应按照认识所希望的速率和方向进行并得到所希望的产品。 三．动力学的反之概论

1.宏观动力学阶段，19世纪后半叶，该阶段确立了质量作用定律和阿累尼乌斯公式，提出了活化能的概念，由于当时测试手段相对落

第八章

化 学动力学研究： 化学反应速率的影响因素 反应机理首 页 上一页 下一页 末 页 1

第一节 化学反应速率及速率方程一 化学反应速率的定义及测定方法 对反应：aA+bB yY+zZ1 dc A 1 dc B 1 dcY 1 dc Z a dt b dt y dt z dt A Bdc A dt dc B dt Y ZdcY dt dc Z dt

A、B的消 耗速率

Y、Z的增长 速率

首

页

上一页

下一页

末

页

一c

化学反应速率的定义及测定方法dc P dt

产物

若为理想混合气体:

pB=cBRTdc R dt

反应物

B , p

dp B dc B RT dt dt

t

首

页

上一页

下一页

末

页

二 基元反应和非基元反应基元反应(简单反应):

反应物分子碰撞中直接转化为产物非基元反应(复杂反应): 多个基元反应完成的总反应 如： I2(g) + M0 H2(g) + I2(g) = 2HI(g) = 2I· + M0 (M0:能量高的H2或I2分子)

H2(g) + I·+I·= HI+HI (I·

物 理 化 学

第十一章 化学动力学基础(二)

11.1 碰撞理论

11.1.1 速率理论的共同点

与热力学的经典理论相比，动力学理论发展较迟。先后形成的碰撞理论、过渡态理论都是20世纪后建立起来的，尚有明显不足之处。

理论的共同点是：首先选定一个微观模型，用气体分子运动论（碰撞理论）或量子力学（过渡态理论）的方法，并经过统计平均，导出宏观动力学中速率系数的计算公式。

由于所采用模型的局限性，使计算值与实验值不能完全吻合，还必须引入一些校正因子，使理论的应用受到一定的限制。 11.1.2 两个分子的一次碰撞过程

两个分子在相互的作用力下，先是互相接近，接近到一定距离，分子间的斥力随着距离的减小而很快增大，分子就改变原来的方向而相互远离，完成了一次碰撞过程。

粒子在质心体系中的碰撞轨线可用示意图表示为： 有效碰撞直径和碰撞截面

运动着的A分子和B分子，两者质心的投影落在直径为dAB的圆截面之内，都有可能发生碰撞。

dAB称为有效碰撞直径，数值上等于A分子和B分子的半径之和。

2虚线圆的面积称为碰撞截面（collision cross section）。数值上等于 ? d AB 。

A与B分子互碰频率

将A和B分子看作硬球，根据气体分子

化学动力学基础（一）

1．反应3O2 --?2O3，其速率方程 -d[O2]/dt = k[O3][O2] 或 d[O3]/dt = k'[O3][O2]，那

么k与k'的关系是：参考答案: A

(A)2k = 3k' ；

2. 气相反应 A + 2B ─→ 2C，A 和 B 的初始压力分别为 p(A)和 p(B)，反应开始时 并无 C，若 p 为体系的总压力，当时间为 t 时，A 的分压为： ( ) 参考答案: C

(A) p(A)- p(B) (C) p - p(B)

(B) p - 2p(A) (D) 2(p - p(A)) - p(B)

(B)

k = k' ；

(C) 3k = 2k' ；

(D)

(1/2)k =(1/3)k' 。

22

3．关于反应速率r，表达不正确的是：参考答案: C

(A) 与体系的大小无关而与浓度大小有关 ； (B) 与各物质浓度标度选择有关 ； (C) 可为正值也可为负值 ； (D) 与反应方程式写法无关 。

4．基元反应体系aA + dD  gG的速率表达式中，不正确的是：参考答案: C

(A) -d[A]/dt = kA[A]a[D]d ； (C) d[G]/dt = kG[G]g ；

动力学练习1与答案-05级（化学、高分子）

一、选择题 1.

反应 A

k1B (I)；A

k2D (II)，已知反应 I 的活化能 E1大于反应 II 的

活化能 E2，以下措施中哪一种不能改变获得 B 和 D 的比例？ ( )

(A) 提高反应温度 (B) 延长反应时间 (C) 加入适当催化剂 (D) 降低反应温度

2 如果某反应的 △rHm= 100ｋJ·mol-1，那么活化能 Ea 将： ( ) (A) Ea≠ 100ｋJ·mol-1 (B) Ea≥ 100ｋJ·mol-1 (C) Ea≤ 100ｋJ·mol-1 (D) 都可以

3. 2A

k1产物

第二章 化学热力学基础及化学平衡

1. 有一活塞，其面积为60cm2，抵抗3atm的外压，移动了20cm，求所作的功。 (1)用焦耳； (2)用卡来表示。

2. 1dm3气体在绝热箱中抵抗1atm的外压膨胀到10dm3。计算： (1)此气体所作的功；(2)内能的变化量；(3)环境的内能变化量。

3. 压力为5.1atm，体积为566dm3的流体，在恒压过程中，体积减少到1/2， (1)求对流体所作的功

(2)求流体的内能减少365.75kJ时，流体失去的热量？

4. 在一汽缸中，放入100g的气体。此气体由于压缩，接受了2940kJ的功，向外界放出了2.09kJ的热量。试计算每千克这样的气体内能的增加量。

5. 在1atm、100℃时，水的摩尔汽化热为40.67kJ?mol1，求：1mol水蒸汽和水的内能差？

－

(在此温度和压力下，水蒸汽的摩尔体积取作29.7dm3)

6. 某体系吸收了3.71kJ的热量，向外部作了1.2kJ的功，求体系内部能量的变化。 7. 某体系作绝热变化，向外部作了41.16kJ的功， 求此体系内能的变化量。

8. 有一气体，抵抗2atm的外压从10

动力学练习1与答案-05级（化学、高分子）

一、选择题 1.

反应 A

k1B (I)；A

k2D (II)，已知反应 I 的活化能 E1大于反应 II 的

活化能 E2，以下措施中哪一种不能改变获得 B 和 D 的比例？ ( )

(A) 提高反应温度 (B) 延长反应时间 (C) 加入适当催化剂 (D) 降低反应温度

2 如果某反应的 △rHm= 100ｋJ·mol-1，那么活化能 Ea 将： ( ) (A) Ea≠ 100ｋJ·mol-1 (B) Ea≥ 100ｋJ·mol-1 (C) Ea≤ 100ｋJ·mol-1 (D) 都可以

3. 2A

k1产物

请打双面

习题与综合训练 第一章

2-1 一单层房屋结构可简化为题2-1图所示的模型，房顶质量为m，视为一刚性杆；柱子

高h，视为无质量的弹性杆，其抗弯刚度为EJ。求该房屋作水平方向振动时的固有频率。

解：由于两根杆都是弹性的，

可以看作是两根相同的弹簧的并联。

等效弹簧系数为k

则 mg?k?

其中?为两根杆的静形变量，由材料力学易知

mgh3??=24EJ

24EJ 则 k=h3

设静平衡位置水平向右为正方向，则有 \ mx??kx

p24EJn? 所以固有频率

mh3 ?

F F

h

?

mg

2-2 一均质等直杆，长为 l，重量为 W，用两根长h的相同的铅垂线悬挂成水平位置，如题2-2图所示。试写出此杆绕通过重心的铅垂轴作微摆动的振动微分方程，并求出振动固有周期。

解：给杆一个微转角?

a2?＝h?

2F＝mg

由动量矩定理： I????MI??112ml2??Fasin??cos?2??mga2???mga2M8ha

其中

sin???cos?2?1 1a212ml2????mg?4h??0p2?3ga2

第十二章 动力学基础(二)

第十二章 化学动力学基础(二)§12.1 碰撞理论

§12.2 过渡态理论§12.3 单分子反应理论 * §12.4 分子反应动态学简介 §12.5 在溶液中进行的反应

* §12.6 快速反应的几种测试手段§12.7 光化学反应2015/11/2

* §12.8 化学激光简介 §12.9 催化反应动力学

§12.1

碰撞理论

双分子的互碰频率和速率常数的推导 *硬球碰撞模型——碰撞截面与反应阈能 *反应阈能与实验活化能的关系 概率因子

§12.1

碰撞理论

在反应速率理论的发展过程中，先后形成了

碰撞理论、过渡态理论和单分子反应理论等碰撞理论是在气体分子动论的基础上在20世 纪初发展起来的。该理论认为发生化学反应的先

决条件是反应物分子的碰撞接触，但并非每一次碰撞都能导致反应发生。 简单碰撞理论是以硬球碰撞为模型，导出宏 观反应速率常数的计算公式，故又称为硬球碰撞

理论。

双分子的互碰频率和速率常数的推导两个分子在相互的作用力下，先是互相接近， 接近到一定距离，分子间的斥力随着距离的减小而 很快增大，分子就改变原来的方向而相互远离，