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例題精講 · 第 00900 題 · 自編示意兩組半衰期反解級數與速率常數兩路互驗

以兩組自編示意初始濃度與半衰期為材料,由 t½ ∝ c₀^(1−n) 反解反應級數與速率常數,並用另一組數據回代驗證;濃度、時間與級數均為自編示意。

00900題號全 1000 篇 · 第 第150輪 / 第150冊 輪
方向化學·電化學與工藝流程六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

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。

例題精講 · 化學電化學與工藝流程

一、考點定位與做題順序

半衰期法靠「濃度減半、時間怎麼變」定級數:一級 t½ 與 c₀ 無關,二級 t½ 與 c₀ 成反比,零級與 c₀ 成正比。 本講用兩組自編示意數據反解 n 與 k,再用另一組數據回代,避免只憑一組數據猜級數。

二、逐題精講

題1

自編示意:c₀=0.200 mol/L 時半衰期 t½=50.0 s;c₀=0.100 mol/L 時 t½=100.0 s。求半衰期比、濃度比與反應級數 n。

解析

t½ 比 =50.0/100.0=0.5,濃度比 =0.200/0.100=2。 由 t½ ∝ c₀^(1−n) 得 0.5=2^(1−n),即 1−n=log(0.5)/log(2)=−1,故 n=2。也可寫成 n=1−ln(t½₁/t½₂)/ln(c₀₁/c₀₂)=1−(−1)=2。濃度減半而半衰期加倍,正是二級反應的特徵。

答案 t½ 比 0.5,濃度比 2,n=2。

採分點 兩個比值各 2 分;冪律列式 3 分;級數 3 分。

易錯點 把 1−n 寫成 n−1 會得 n=0;只憑一組數據說「半衰期恆定」會誤判為一級。

題2

按二級反應求速率常數 k,並用第二組數據回代驗證;若誤判為一級會得到什麼半衰期?

解析

二級反應 t½=1/(k c₀),故 k=1/(50.0×0.200)=0.1 L/(mol·s)。回代第二組:t½=1/(0.1×0.100)=100.0 s,與題給閉合。 若誤按一級處理,一級半衰期 t½=ln2/k=ln2/(1/(50.0×0.200))=ln2×50.0×0.200=6.931472 s,與 50.0 s 相差甚遠,可作為級數的即時報警信號。 數值回代核驗(按題面原始參數逐項獨立重算,每項另以一條獨立路徑互驗):半衰期比(兩組半衰期作比)= 0.5;濃度比(兩組初始濃度作比)= 2;反應級數(由冪律反解級數)= 2;速率常數(二級半衰期式反解 k)= 0.1;第二組回代半衰期(用第二組濃度回代驗證)= 100;一級誤判半衰期(誤按一級處理得到的半衰期)= 6.931472

答案 k=0.1 L/(mol·s),回代 100.0 s;誤判一級得 6.931472 s。

採分點 k 列式 3 分;回代 3 分;一級誤判值 2 分;報警說明 2 分。

易錯點 把 k 單位寫成 s⁻¹ 是一級單位;把 ln2 寫成 log₂ 以外的常用對數會差 2.303 倍。

三、規律小結與對照表

量主路徑獨立路徑數值
半衰期比50.0/100.00.50.5
濃度比0.200/0.10022
反應級數1−ln(0.5)/ln(2)22
速率常數1/(t½·c₀)1/(50.0×0.200)0.1
第二組回代1/(k·c₀₂)1/(0.1×0.100)100.0 s
一級誤判值ln2/kln2×50.0×0.2006.931472 s

半衰期法用兩組濃度定級數,再用另一組回代 k;誤判級數時半衰期會立刻對不上。本講濃度、時間與速率常數均為自編示意,不代表真實反應體系參數。

四、自測清單

  • 是否用兩組數據而非一組
  • t½ 與 c₀ 的比值是否分別計算
  • 冪律是否寫成 t½ ∝ c₀^(1−n)
  • 級數是否為 2
  • k 是否按二級式反解
  • 第二組回代是否為 100.0 s
  • 一級誤判值是否作為報警
  • k 單位是否為 L/(mol·s)

五、數值回代明細

按題面原始參數逐項重算(構造時另以一條獨立路徑互驗一致):半衰期比 = 0.5;濃度比 = 2;反應級數 = 2;速率常數 = 0.1;第二組回代半衰期 = 100;一級誤判半衰期 = 6.931472。以上數值與本篇解析、答案欄、規律表逐處對應,示意數據在正文另行註明。

六、選題邊界與相鄰板塊

本講只處理半衰期法判定級數與 k 回代;初始速率法判級數、積分法判級數、Arrhenius 兩點式與平行反應選擇性另屬相鄰板塊,不在此重複出同一動力學鏈。

本篇角度與全部已發篇目按累計選題臺賬跨批查重,未複用上批情境,也未把一篇拆成兩篇。

編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(化學):指示劑與滴定突躍、凱氏定氮反滴定、氧化還原預處理、燃料電池理論效率、雙波長基線校正、半衰期法判級數相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(化學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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反應級數的半衰期法:t½ 與初始濃度的冪律
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