第三章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡答案

c(NO)/molL-1c(NO)/molL-1 c(O2)/molL-1 u/mol-1L第三章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡習(xí)題3-1什么是反應(yīng)的速率常數(shù)？它的大小與濃度、溫度、催化劑等因素有什么關(guān)系？答：反應(yīng)的速率大都可以表示為與反應(yīng)物濃度方次的乘積成正比：U=k；(A)c(B)，式中比例常數(shù)k就是速率常數(shù)。速率常數(shù)在數(shù)值上等于反應(yīng)物濃度均為 1molL-1時的反應(yīng)速率。k的大小與反應(yīng)物濃度無關(guān)，改變溫度或使用催化劑會使速率常數(shù) k的數(shù)值發(fā)生變化。習(xí)題3-2什么是活化能？答：Arrhenius總結(jié)了大量實驗事實，提出一個經(jīng)驗公式：速率常數(shù) k的對數(shù)與1/T有線形關(guān)系：Ink二占1C式中Ea就是活化能，它表示活化分子具有的最低能量與反應(yīng)分RT子平均能量之差。習(xí)題3-3什么是催化劑？其特點有哪些？答：某些物質(zhì)可以改變化學(xué)反應(yīng)的速率，它們就是催化劑。催化劑參與反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)活化能。催化劑不改變反應(yīng)體系的熱力學(xué)狀態(tài)，使用催化劑同樣影響正、逆反應(yīng)的速率。不影響化學(xué)平衡，只能縮短達(dá)到平衡的時間。習(xí)題3-4NOCI分解反應(yīng)為2NOCH2NO+CI2實驗測得NOCI的濃度與時間的關(guān)系如下:t/s01020304050-1c(NOCl)/molL2.001.420.990.710.560.48求各時間段內(nèi)反應(yīng)的平均速率；用作圖法求 t=25s時的瞬時速率。解：t=0-10s時，「二—=2.00~1.42=o.o58molL-1s-1At 10t=10-20s時，二—=1.42 0.99=0.043molL-1s-1At20—10t=20-30s時， C=0.99 0.71=0.028molL-1s-1At 30—20t=30-40s時，二二At0.71-0.56t=30-40s時，二二At0.71-0.5640-30=0.015molL-1-1st=40-50s時,.一訂C=0.56-0.48=0.008molL-1s-t=40-50s時,：t 50-40作圖法略。習(xí)題3-5 660K時反應(yīng)2NO+O2~2NO?,NO和。2的初始濃度c(NO)和c(O2)及反應(yīng)的初始速率u的實驗數(shù)據(jù)：5005000.100.100.0300.100.200.0600.200.200.240寫出反應(yīng)的速率方程；求出反應(yīng)的級數(shù)和速率常數(shù)；求c(NO)=c(02)=0.15mol?時的反應(yīng)速率。解：(1)設(shè)反應(yīng)的速率方程為 U=k:(N0)c(02),TOC\o"1-5"\h\z將數(shù)據(jù)代入得： 0.030=k 0.10 0.10 ①0.060=k 0.10 0.20 ②0.240=k x0.20 x0.20 ③/①得—/②得:-=2???反應(yīng)的速率方程為 u=kC(NO)c(O2)反應(yīng)的級數(shù)為!■■=3速率常數(shù)k=30.0(molL-1)-2s-1u=0.101molL-1s-1習(xí)題3-6某反應(yīng)25C時速率常數(shù)為1.3M0-3s-1,35C時為3.6xwf。根據(jù)van'tHof規(guī)則，估算該反應(yīng)55C時的速率常數(shù)。解: k(35C)/k(25C)= =2.77TOC\o"1-5"\h\zk(55C)/k(35C)= 22 2 3 3 1k(55C)= k(35C)=2.77 3.610-=27.610-s-習(xí)題3-7求反應(yīng)C2H5Br~C2H4+HBr在700K時的速率常數(shù)。已知該反應(yīng)活化能為 225根據(jù)Arrhenius公式kJmol-1,650K時k=2.0X10-3s根據(jù)Arrhenius公式解：設(shè)700K(T2)時的速率常數(shù)為k2,650K(T1)時的速率常數(shù)為1k^_Ea 1T^—T1gk1 2.303RIT2T1丿l k2 _225勺03(700—650)g2.010」"2.3038.314700650k2k221=3.910S3 1 1 r 3習(xí)題3-8反應(yīng)C2H4+H2F2H6在300K時k1=1.3W-molL-s-,400K時k?=4.5W-molL1s1,求該反應(yīng)的活化能 Ea。解：根據(jù)Arrhenius公式4EaDlg4.510’1.310^k1 2.303RT1Tlg4.510’1.310^Ea(400—300)2.3038.314300400Ea=12.4kJmol

習(xí)題3-9某反應(yīng)活化能為180kJmol-1,800K時反應(yīng)速率常數(shù)為&，求時的反應(yīng)溫度。解:lg電lg電=lg當(dāng)=lg2二ki ki3180103仃2-800)2.3038.314800T2k2=2k1時的反應(yīng)溫度T2=821K習(xí)題3-10寫出下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表示式N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)CH4(g)+2O2(g)=C02(g)+2H2O(l)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)e g解：(1)Kg= P(NH3)/p(p(N2)/p9)(p(H2)/p9)(2)(p(CO2)/p9j

p(CH4)/p9p(O2)/p(2)(3)K9二p(C02)/p習(xí)題3-11已知在某溫度時g2CO2(g)?2CO(g)+O2(g) K1=AASnO2(s)+2CO(g)?Sn(s)+2CO2(g) K2=B,則同一溫度下的反應(yīng)ASnO2(s)=Sn(s)+O2(g)的K3應(yīng)為多少？解:(3)=(1)+(2)解:Kg=K19-K29=AB習(xí)題3-12在1273K時反應(yīng)：FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g)的K9=0.5,若CO和CO2的初始分壓分別為500kPa和100kPa，問：(1)反應(yīng)物CO及產(chǎn)物CO?的平衡分壓為多少？(2)平衡時CO的轉(zhuǎn)化率是多少？(3)若增加FeO的量，對平衡有沒有影響？解：(1) FeO(s)+CO(g)?Fe(s)+CO2(g)起始時刻p/Pa 500 100平衡時刻p/Pa 500-x 100+xJflK9=Pg)》_100+x_05p(CO)p9 500-xx=100kPaCO的平衡分壓為400kPa,CO2的平衡分壓為200kPa.⑵平衡時CO的轉(zhuǎn)化率:-=⑵平衡時CO的轉(zhuǎn)化率:-=(500-400)100%=20%(3)(3)增加FeO的量，對平衡有沒有影響。習(xí)題3-13在585K和總壓為100kPa時，有56.4%NOCI(g)按下式分解：2NOCI(g)=2NO(g)+Cb(g)若未分解時NOCI的量為1mol。計算(1)平衡時各組分的物質(zhì)的量；(2)各組分的平衡分壓;(3)該溫度時的K°。解：(1)2NOCI(g)?NO(g)+CI2(g)未分解時各組分的物質(zhì)的量 n/mol 100平衡時各組分的物質(zhì)的量 n/mol 0.4360.5460.282(2)p(NOCI)=0.436100=34kPa1.282p(NO)=0.564100=44kPa1.282pd=22kPa(3)K9(P(NO)./p9)?(p(Cl2)/p9)K 92(p(NOCI”p9J44/100222/100- (34/100f=0.368習(xí)題3-14反應(yīng)Hb?O2(aq)+CO(g)?Hb?CO(aq)+O2(g)在298K時K°=210,設(shè)空氣中02的分壓為21kPa,計算使血液中10%紅血球(Hb?O2)變?yōu)镠b?CO所需CO的分壓。解： Hb?O2(aq)+CO(g)?Hb-CO(aq)+O2(g)K°=cHbCO/c9]p(O2)/p91"CHbO2/cMIp(CO)/p91_0.1cHbO2/c<p(O2)/p91121103210"0.9cHbO2/c9Hp(CO)/p°H9pCO一???使血液中10%紅血球(Hb?O2)變?yōu)镠b?CO所需CO的分壓p(CO)=11.11kPa習(xí)題3-15計算反應(yīng)CO+3H2?CH4+H2O在298K和500K時的K9值(注意：298K和500K時水的聚集狀態(tài)不同，利用 糾H*,S*計算)。解： 298K時CO(g)+3H2(g)?CH4(g) +H2O(I)-14H*/kJmol- -110.530-74.81-285.84S*/JK-1mol-1197.56130.57186.1569.944H*=-250.12kJmol-1■\sm=-133.18J-1-1K-mol=rG(m=AH9-r11m. 9 1T蟲rSm=-150.83kJmol-=rG(m=-RTInQ-8.314298lnK6310310K^298K)=2.75 1026CH4(g)+H2O(g)500K時CO(g)+3H2(g) ?iHm/kJmol-1-110.530-74.81-241.82Sm/JK-1mol-1197.56130.57186.15188.72△H；=-1-206.1kJmol0二rSm=-1 -1-214.4JK?mol-rGm=：.'：rHm-T=rSn==-98.9kJmol-1■'■;rGm=-RTlnd-8.314500lnK^Kd(500K)=2.15 1010習(xí)題3-16反應(yīng)H2(g)+l2(g)?2HI(g)在713K時K0=49,若698K時的K0=54.3(1)上述反應(yīng)LrHm為多少？(698~713K溫度范圍內(nèi))，上述反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，還是放熱反應(yīng)？(2)計算713K時反應(yīng)的.?Gm。(3)當(dāng)H2,2,HI的分壓分別為100kPa,100kPa和50kPa時計算713K時反應(yīng)的A「G*。解:(1)lnK20解:(1)lnK20K0—AH0rmT2|n54.3 ArH*(11]49一&314 698 7130 -1△rHm=-28.34kJmol故為放熱反應(yīng)(2)713KArG*=-RTlnK0(2)713K=-8.3140.7131n49=-23.07kJmol-1⑶0&Gm=A「Gm+RTlnQ二—23.0710二—23.071038.314713ln(100/100)(100/100)?31.29kJmol習(xí)題3-17已知水在習(xí)題3-17已知水在373K時氣化焓為40.60kJmd-1，若壓力鍋內(nèi)壓力最高可達(dá)150kPa,求此時鍋內(nèi)的溫度。lnpPlnpP13f150 —40.60疋103 1 1ln—= 一 100 8.314J2 373T2=385K

習(xí)題3-18Therateconstantforthereactionofoxygenatomswitharomatichydrocarbonswas7-1-1 7 -1 -13.03氷0molL?at341.2K,and6.91X0molL?at392.2K.Calculatetheactivationenergyofthisreaction.解：lgW EC-TJk1 2.303RT1T2,6.91107 Ea(392.2-341.2)lg 73.0310’ 2.3038.314341.2392.2Ea=42.2kJmol習(xí)題3-19ThestandardequilibriumconstantofareactionwasK1=32at25°CandK2=50at37C.