3章 化学反应速率和化学平衡 习题解答

第三章 化学反应速率和化学平衡

思考题与习题解答

3-1 反应2NO(g)+2H2(g)

N2(g)+2H2O(g)的反应速率表达式为v=k·c2(NO)·c(H2)，

试讨论下列各种条件变化时对初速率有何影响。

（1）NO的浓度增加一倍；（2）有催化剂参加；（3）降低温度；（4）将反应器的容积增大一倍；（5）向反应体系中加入一定量的N2。

解：（1）NO的浓度增加一倍，初速度增大到原来的4倍；

（2）有催化剂参加，初速度增大； （3）降低温度，初速度减小；

（4）将反应器的容积增大一倍，初速度减小到原来的1/8； （5）向反应体系中加入一定量的N2，初速度不变。

3-2 600 K时测得反应2AB(g)+B2(g)→2AB2(g)的三组实验数据 Co(AB)/mol·L-1 0.010 0.010 0.030 Co(B2)/mol·L-1 0.010 0.020 0.020 V/mol·L-1·s-1 2.5×10-3 5.0×10 1.5×10 -2-3

(1)确定该反应反应级数，写出反应速率方程 (2)计算反应速率常数K

(3)计算Co(AB)=0.015 mol·L-1，Co(B2)=0.025 mol·L-1时的反应速率

解：（1）从表中数据可知：反应对AB为二级，对B2 为一级，反应总级数为三级。反应速率方程为：v＝k·[c(AB)]2· [c(B2)]

(2) 将任意一组数据代入速率方程，可求出K

2.5×10-3=K·（0.010）2·（0.010） K= 2.5×103 mol-2·L2·s-1 （3）υ1＝k ·c(AB) ·c(B2）

υ1＝2.5×10

3

2

·0.0152 ·0.025=1.4×10-2 mol-1·s-1

3-3 乙醛的分解反应为 CH3CHO(g)?CH4(g)+CO(g)，在 538 K时反应速率常数k1=0.79 mol·L-1·s-1，592K时k2=4.95 mol·L-1·s-1，试计算反应的活化能Ea。 解：由阿伦尼乌斯方程得：

ln

k2EaT2?T1?()k1RT1T2T2?T1k2lgT2?T1k1Ea?2.303?8.314?10?3??2.303?8.314?10?3?592?5384.95lg?90.0KJ?mol?1592?5380.79

3-4 如果一反应的活化能为117.15 kJ·mol-1,问在什么温度下反应的速率常数k的值是400K时速率常数的值的2倍。

解：由阿伦尼乌斯方程得： ln

k2EaT2?T1?()k1RT1T2 ln2k1117.15T2?400?()k18.314400?T2 T2= 21.5 K

3-5 写出下列反应的标准平衡常数K的表达式。 （1）C(s)+2H2O(g)（2）CH4(g)+2O2(g)（3）NH4Cl(s)（4）CaCO3(s)

CO(g)+2H2(g) CO2(g)+2H2O(g)

ΘNH3(g)+HCl(g) CaO(s)+CO2(g)

2Mn2+(aq)+5O2(g)+8H2O(l)

（5）2MnO4-(aq)+5H2O2(aq)+6H+(aq)解：（1） (2) (3) K(4) K(5) K??K??K??(pCO/p?)?(pH2/p?)2(pH2O/p?)2(pCO2/p?)?(pH2O/p?)2(pCH4/p?)?(pO2/p?)2?PNH3/P??PHCL/P?? ?PCO2/P? ?[c(Mn2?)/c?]2[P(O2)/c?]5[c(MnO4)/c?]2[c(H2O2)/c?]5[CH?/C?]6??????

3-6 实验测得SO2氧化为SO3的反应，在1000K时，各物质的平衡分压为p(SO2)=27.7 kPa，p(O2)=40.7 kPa，p(SO3)=32.9kPa。计算该温度下反应2SO2(g)+O2(g) === 2SO3(g)的平衡常数K。

解：

ΘK??(pSO3/p?)2(pSO2/p?)2PO2/P???

2?32.9/100???3.47 2?27.7/100???40.7/100?3-7 合成氨反应N2(g)+3H2(g)计算该温度时下列反应的K：

(1) 0.5N2(g)+1.5H2(g)(2) 2NH3(g) 解：（1）k(2) k?2Θ2NH3(g)，在30.4MPa、500℃时，K为7.8×10-5，

ΘNH3(g)

N2(g)+3H2(g)

1???k??1/2??7.8?10?5?1/2?8.8?10?3

?11??1.28?104 ??5k7.8?10Θ3-8 已知下列反应在1123 K时的平衡常数K： (1) C(s)+CO2(g)(2) CO(g)+Cl(g)计算反应2COCl2(g)

2CO(g) K ? 1 =1.3×1014 COCl2(g) K ? 2 =6.0×10-3

C(s)+CO2(g)+2Cl2(g)在1123 K时的平衡常数K。

C(s)+CO2(g)+2Cl2(g)

Θ解：由[反应(1)+2 ·反应(2)]的负反应得反应2COCl2(g)所以:k?

3-9 已知下列反应在298 K时的标准平衡常数K： (1) SnO2(s)+2H2(g)(2) H2O(g)+CO(g)计算反应2CO(g)+SnO2(s)

2H2O(g)+Sn(s) K ? 1=21 H2(g)+2CO2(g) K ? 2=0.034

Θ?1k?1?k?2??2?1?10?2.14?10 14?321.3?10?(6.0?10)Sn(s)+2CO2(g)在298K时的标准平衡常数K。

Sn(s)+2CO2(g)

Θ解: 由(1) +2 ·(2)得: 2CO(g)+SnO2(s)

22k??k?1??k?2??21??0.034??2.4?10?2

3-10 317 K时，反应N2O4(g)800 kPa时N2O4(g)的平衡转化率。

2NO2(g)的K=1.00。分别计算当体系总压为400 kPa和

Θ解: 设起始时N2O4(g)的物质的量为1mol，平衡转化率为? N2O4(g) ? 2NO2(g) 起始浓度/ mol.L-1 1 0 平衡浓度/ mol.L-1 1-? 2?

则平衡时：n总 = （1-?）+2?=1+? N2O4(g) ? 2NO2(g) 平衡时P/KPa

1??2??P总 ?p总 2??1??K???P?/PNO2?2PN2O4/P??2?P总???1???P??????1.00 ??1??P总???1???P?????2（1）当P总=400 KPa 时，解得?=0.243=24.3% （2）当P总=800 KPa 时，解得?=0.174=17.4%

3-11 已知乙苯脱氢的反应C6H5-C2H5(g)→C6H5-C2H3(g)+ H2(g),在873K时Kp=0.178,求在该温度及平衡压力为101.325 KPa下，求纯乙苯的转化率。

解：设纯乙苯的转化率为?

C6H5-C2H5(g)→C6H5-C2H3(g)+ H2(g),

起始浓度/ mol.L-1 1 0 0 平衡浓度/ mol.L-1 1-?

? ?

则平衡时：n总 = （1-?）+2?=1+? 平衡时P/KPa

1????P总 ?p总 1??1??kp?p(873)???/PP/PH2C6H5?C2H3?0.178 ?PC6H5?C2H5/P2???

????p总/p???1????0.178?? ?1????P总/p????1???解得：??0.098

3-12 反应：PCl5(g)

PCl3(g)+Cl2(g) 在760 K时的平衡常数K为33.3。若将50.0g

Θ的PCl5注入容积为3.00 L的密闭容器中，求平衡时PCl5的分解百分数。

解：由PV=nRT 可知：反应前50.0g的PCl5的分压为

PPCl5?mRT50.08.314?7605????5.05?10(Pa) MV208.223.00?10?3PCl5(g)

5设平衡时PCl5的分解百分数为x，则：

PCl3(g) + Cl2(g)

起始压力/Pa 5.05?10 0 0

平衡压力/Pa 5.05?10(1－x) 5.05?10x 5.05?10x K??

555(pPCl3/p?)?(pCl2/p?)(pPCL5/p?)?x/105??33.35.05?105??1?x?/105?5.05?105?2 X=88.3% 此时容器的压力为：

p?5.05?105(1?x?x?x)?5.05?105(1?x)?9.52?10?pa?5

4HCl(g)+O2(g)，

3-13 根据勒夏特里平衡移动原理，讨论下列反应：2Cl2(g)+2H2O(g)

ΔrHm＞0，将Cl2、H2O（g）、HCl、O2四中气体混合后，反应达到平衡时，下面左边的操

作条件改变对右边平衡数值有何影响？（操作条件没有注明的均指温度不变，体积不变） （1）增大容器体积 n（H2O，g） （2）加入O2 n（H2O，g） （3）加O2 n（HCl） （4）减小容器体积 n（Cl2） （5）减小容器体积 K ? （6）升高温度 K ? （7）升高温度 p（HCl） 解：

(1) 增大容器体积 (2) 加O2 n(H2O) n(H2O) 减小(降低了总压，正向移动) 增大(逆向移动)

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