第三章 化学反应速率和化学平衡答案

第三章

化学反应速率和化学平衡

习题3-1 什么是反应的速率常数？它的大小与浓度、温度、催化剂等因素有什么关系？ 答：反应的速率大都可以表示为与反应物浓度方次的乘积成正比：

υ=k·c?(A)·c?(B)，式中比例常数k就是速率常数。速率常数在数值上等于反应物浓度均为1 mol·L-1时的反应速率。k的大小与反应物浓度无关，改变温度或使用催化剂会使速率常数k的数值发生变化。

习题 3-2 什么是活化能？

答：Arrhenius总结了大量实验事实，提出一个经验公式：速率常数k的对数与1/T有线形关系：lnk??Ea?1?C 式中Ea就是活化能，它表示活化分子具有的最低能量与反应分

RT子平均能量之差。

习题3-3 什么是催化剂？其特点有哪些？

答：某些物质可以改变化学反应的速率，它们就是催化剂。催化剂参与反应，改变反应历程，降低反应活化能。催化剂不改变反应体系的热力学状态，使用催化剂同样影响正、逆反应的速率。不影响化学平衡，只能缩短达到平衡的时间。

习题3-4 NOCl分解反应为2NOCl→2NO+Cl2实验测得NOCl的浓度与时间的关系如下：

t/s

c（NOCl）/mol·L-1

0 2.00

10 1.42

20 0.99

30 0.71

40 0.56

50 0.48

求各时间段内反应的平均速率；用作图法求t=25s时的瞬时速率。 解：t=0-10s时，??t=10-20s时，?t=20-30s时，?t=30-40s时，?t=40-50s时，? 作图法略。

习题3-5 660K时反应2NO + O2→2NO2 ，NO和O2的初始浓度c(NO)和c(O2)及反应的初始速率υ的实验数据：

c(NO)/mol·L-1 0.10 0.10 c(O2)/mol·L-1 0.10 0.20 υ/mol·L-1·s-1 0.030 0.060 ?c2.00?1.42?= 0.058mol·L-1·s-1 ?t10?c1.42?0.99??= 0.043mol·L-1·s-1

?t20?10?c0.99?0.71??= 0.028mol·L-1·s-1

?t30?20?c0.71?0.56??= 0.015mol·L-1·s-1

?t40?30?c0.56?0.48??= 0.008mol·L-1·s-1 ?t50?400.20 （1）写出反应的速率方程； （2）求出反应的级数和速率常数；

0.20 0.240 （3）求c(NO)= c(O2)= 0.15mol·L-1时的反应速率。 解： (1) 设反应的速率方程为υ = k·c?(NO)·c?(O2),

将数据代入得： 0.030= k ? 0.10 ? 0.10? ①

0.060 = k ? 0.10 ? 0.20? ② 0.240 = k ? 0.20 ? 0.20? ③

②／① 得 ??=1 ③／② 得 ??=2

∴ 反应的速率方程为υ= kc(NO)c(O2)

（2） 反应的级数为????＝3 速率常数k = 30.0 (mol·L-1)-2·s-1 （3） υ = 0.101 mol·L-1·s-1

习题3-6 某反应25℃时速率常数为1.3×10-3s-1，35℃时为3.6×10-3s-1。根据van’t Hoff规则，估算该反应55℃时的速率常数。

解： k(35℃)/k(25℃) = ?? = 2.77 k(55℃)/k(35℃)= ??2

k(55℃)= ??2? k(35℃) =2.772?3.6?10-3 = 27.6?10-3s-1

习题3-7 求反应C2H5Br→C2H4+HBr在700K时的速率常数。已知该反应活化能为225 kJ·mol-1，650K时k =2.0×10-3s-1。

解：设700K(T2)时的速率常数为k2, 650K(T1)时的速率常数为k1。根据Arrhenius公式

２

Ea?T2?T1?k2??1g? ?k12.303R?T2T1??k2225?103(700?650)lg?2.0?10?32.303?8.314?700?650 k2?3.9?10?2S?1

习题3-8 反应C2H4+H2→C2H6 在300K时k1 = 1.3×10-3mol·L-1·s-1，400K时k2 = 4.5×10-3 mol·L-1·s-1，求该反应的活化能Ea。 解：根据Arrhenius公式

lgEa(T2?T1)k2?k12.303R?T1?T2Ea(400?300)4.5?10?3 lg??32.303?8.314?300?4001.3?10Ea?12.4kJ?mol-1

习题3-9 某反应活化能为180kJ·mol-1，800K时反应速率常数为k1，求k2＝2k1时的反应温度。

解：

k22k1180?103(T2?800)lg?lg?lg2? k1k12.303?8.314?800T2k2 = 2k1时的反应温度T2 = 821K

习题3-10 写出下列反应的标准平衡常数表示式

N2(g) +3H2(g) = 2NH3(g)CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)解： （1）Kθ?θ?p(NH)/p??p(N)/p???p(H)/p?θ3θ22θ3

（2）K?p(CO)/p???p(CH)/p???p(O)/p?θ22θ42θ2

（3）K

θ?p(CO2)/pθ

习题3-11 已知在某温度时

（1）2CO2(g) ?2CO(g) + O2(g) K1θ = A

θ

（2）SnO2(s) +2CO(g) ?Sn(s) + 2CO2(g) K2= B,则同一温度下的反应

θ（3）SnO2(s) 〓 Sn(s) + O2(g)的K3应为多少？

解： （3）=（1）+（2）

θ θ=K1θ·= AB K2K3

习题3-12 在1273K时反应：FeO(s)+ CO(g)?Fe(s)+ CO2(g)的Kθ = 0.5，若CO和CO2的初始分压分别为500 kPa和100 kPa，问：（1）反应物CO及产物CO2的平衡分压为多少？（2）平衡时CO的转化率是多少？（3）若增加FeO的量，对平衡有没有影响？

解 : (1) FeO(s) + CO(g) ?Fe(s) + CO2(g)

起始时刻p/Pa 500 100

平衡时刻p/Pa 500-x 100+x

p(CO2)pθ100?xK???0.5 θp(CO)p500?xθ x = 100kPa

CO的平衡分压为400 kPa, CO2的平衡分压为200 kPa. (2) 平衡时CO的转化率??=

(500?400)?100% = 20%

500 (3) 增加FeO的量，对平衡有没有影响。

习题3-13 在585K和总压为100 kPa时，有56.4%NOCl(g)按下式分解：

2NOCl(g)〓 2NO(g)+ Cl2(g)

若未分解时NOCl的量为1mol。计算(1)平衡时各组分的物质的量；（2）各组分的平衡分压；（3）该温度时的Kθ。

解：(1) 2NOCl（g）?NO（g）+Cl2（g）

未分解时各组分的物质的量n/mol 1 0 0 平衡时各组分的物质的量n/mol 0.436 0.546 0.282

(2)p(NOCl)?0.436?100?34kPa1.2820.564p(NO)??100?44kPa

1.282p(Cl2)?22kPaKθ(3)?p(NO)p???p(Cl)??p(NOCl)p?θ22θ2pθ?

2?44/100??22/100???34/100?2?0.368

习题3-14 反应Hb·O2(aq)+CO(g)?Hb·CO(aq)+O2(g)在298K时K= 210，设空气中O2的分压为21kPa，计算使血液中10%红血球(Hb·O2)变为Hb·CO所需CO的分压。

解： Hb·O2(aq)+ CO(g)?Hb·CO(aq)+ O2(g)

θθθKθ?c?Hb?CO?/c???p(O)/p???c?Hb?O?/c???p(CO)/p??0.1c?Hb?O?/c???p(O)/p??1?21?10??0.9c?Hb?O?/c????p(CO)/p??9p?CO?2θθ2θθ22θθ2

3?210∴ 使血液中10%红血球(Hb·O2)变为Hb·CO所需CO的分压

p(CO) = 11.11 kPa

习题3-15 计算反应CO+3H2?CH4+H2O在298K和500K时的Kθ值（注意：298K和

θθ500K时水的聚集状态不同，利用?fHm，Sm计算）。

解： 298K时 CO (g) + 3H2 (g) ? CH4(g) + H2O(l)

θ/ kJ·mol -110.53 0 -74.81 -285.84 ?fHm-1

θ/ J·K-1·mol-1 197.56 130.57 186.15 69.94 Smθ = -250.12 kJ·mol-1 ?rHmθ = -133.18 J·K-1·mol-1 ?rSmθθ = ?rHm?rGmθ?T?rSm= -150.83 kJ·mol-1

θ = -RTlnK?= -8.314?298ln K? ?rGm K? (298K)= 2.75 ? 1026

500K时 CO(g) + 3H2 (g) ? CH4 (g) + H2O (g)

θ ?fHm/ kJ·mol-1 -110.53 0 -74.81 -241.82

θ Sm/ J·K-1·mol-1 197.56 130.57 186.15 188.72

θ ?rHm = -206.1 kJ·mol-1

θ ?rSm =-214.4 J·K-1·mol-1

θθ ?rGm = ?rHmθ?T?rSm= -98.9 kJ·mol-1

θ ?rGm= -RTlnK?= -8.314?500ln K?

K? (500K) = 2.15 ? 1010

习题3-16 反应H2(g)+I2(g)?2HI(g)在713K时Kθ = 49，若698K时的Kθ = 54.3

θ（1）上述反应?rHm为多少？（698~713K温度范围内），上述反应是吸热反应，还是放

热反应？

θ（2）计算713K时反应的?rGm。

θ（3）当H2 ，I2，HI的分压分别为100 kPa，100 kPa和50 kPa时计算713K时反应的?rGm。

θθ?11? K??H2rm解：(1) ln?????K1θR??T2T1?θ54.3??rHm1? ?1ln????498.314?698713?θ= -28.34 kJ·mol-1 ?rHm故为放热反应

θθ(2)713K ΔrGm= -RTlnK2 = -8.314 ?0.713ln49 = -23.07kJ?mol-1 (3)

θ?rGm??rGm?RTlnQ(50/100)2 ??23.07?10?8.314?713ln(100/100)?(100/100)3??31.29kJ?mol-1习题3-17 已知水在373K时气化焓为40.60 kJ·mol-1，若压力锅内压力最高可达150 kPa，求此时锅内的温度。

??vapHm?11?p?解: ln2? ????p1R?T2T1?150?40.60?103ln?1008.314T2?385K

习题3-18 The rate constant for the reaction of oxygen atoms with aromatic hydrocarbons was 3.03×107 mol-1·L·s-1 at 341.2K, and 6.91×107 mol-1·L·s-1 at 392.2K. Calculate the activation

energy of this reaction.

解: lgθ?11?????T??2373?

Ea(T2?T1)k2 ?k12.303R?T1?T2Ea(392.2?341.2)6.91?107lg?3.03?1072.303?8.314?341.2?392.2

Ea?42.2kJ?mol-1

θ

习题3-19 The standard equilibrium constant of a reaction was K1θ=32 at 25℃ and K2=50

θθθ θat 37℃. Calculate?rGm, ?rHmand ?rSmof this reaction at 25℃(?rHmwas considered a

constant in this rage of temperature) 解:

θθK2??rHmlnθ?RK1?11???T?T??

1??2θ50??rHm1??1ln???? 328.314?310298?θ?rHm?28.56kJ?mol?1?rG??RTlnK??8.314?310ln50??10.08kJ?molθθ?rHm??rGm?rS?T ?28.56?10.08??1000?124.6J?K?1?mol?1?310θmθmθ2?1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/93nt.html