題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。
一、考點定位與做題順序
平行兩路的速率比 k₁/k₂ = (A₁/A₂)·exp(−(E₁−E₂)/RT)。若主路活化能更低(E₁ < E₂),升溫會讓高 Ea 的副路追得更快,速率比反而下降,主產物選擇性隨之降低。判「升溫有利不利」要看 ΔE 的符號,不是看溫度本身。
自編示意:E₁ = 70.0 kJ/mol、E₂ = 80.0 kJ/mol、A₁/A₂ = 0.50,R = 8.314 J/(mol·K),取 T₁ = 300 K、T₂ = 400 K。參數均為自編示意,不代表真實反應體系。
二、逐題精講
題1
題1 求 300 K 與 400 K 的 k₁/k₂ 及主產物選擇性。
解析
E₁ − E₂ = −10.0 kJ/mol,故 −(E₁−E₂)/RT = 10000/(8.314T)。T₁ = 300 K 時 k₁/k₂ = 0.50·exp(10000/2494.2) = 27.55,選擇性 S₁ = 27.55/28.55 = 96.5%。
T₂ = 400 K 時 k₁/k₂ = 0.50·exp(10000/3325.6) = 10.11,選擇性 10.11/11.11 = 91.0%。升溫使選擇性降 5.5 個百分點,符合「副路 Ea 更高、更受溫度偏愛」的判斷。
答案 300 K:27.55 / 96.5%;400 K:10.11 / 91.0%;降 5.5 個百分點。
採分點 ΔE 與指數式 1 分、兩個速率比各 1 分、兩個選擇性各 1 分、方向說明 1 分。
易錯點 把 −(E₁−E₂) 寫成 −|ΔE|,或把 kJ 直接代進 R=8.314 不換算成 J。
題2
題2 若把 (E₁−E₂) 的符號寫反,300 K 會得什麼報警值?
解析
符號寫反後指數為 −10000/(8.314×300),k₁/k₂ = 0.50·exp(−4.009) = 0.00907,選擇性 0.00907/1.00908 = 0.9%,與正確的 96.5% 相差 95.6 個百分點。
0.9% 幾乎等於「主路完全不佔優」,與題設「主路活化能更低」直接衝突,是即時報警。校驗辦法:E₁ < E₂ 時指數項必為正,速率比必大於 A₁/A₂ = 0.50,凡小於 0.50 的結果一定是符號寫反。
答案 得 0.00907、選擇性 0.9%、差 95.6 個百分點;速率比小於 0.50 即報警。
採分點 錯法速率比 1 分、錯法選擇性 1 分、百分點差 1 分、符號判據 2 分、報警說明 1 分。
易錯點 只報 0.00907 不檢查它是否已小於 A₁/A₂。
三、規律小結與對照表
| 溫度 | 指數 10000/(RT) | k₁/k₂ | 主產物選擇性 |
|---|---|---|---|
| 300 K | 4.009 | 27.55 | 96.5% |
| 400 K | 3.007 | 10.11 | 91.0% |
| 符號寫反 300 K | −4.009 | 0.00907 | 0.9% |
| 判據 | E₁<E₂ 必為正 | 必 > 0.50 | 否則報警 |
小結:ΔE 的符號決定指數正負;升溫偏愛高 Ea 副路,主產物選擇性下降。速率比小於 A₁/A₂ 即須回查符號。
四、自測清單
- 能寫出速率比公式
- 能做 kJ 到 J 的換算
- 能算兩個溫度下的速率比
- 能算選擇性並說明升溫方向
- 能回代符號寫反的報警值
- 能用 A₁/A₂ 作下界攔截