教材第六章习题解答

第六章化学动力学习题解答

1．回答问题：

（1）什么是基元反应(简单反应)和非基元反应（复杂反应）？基元反应和平时我们书写的化学方程式（计量方程式）有何关系？

（2）从活化分子和活化能角度分析浓度、温度和催化剂对化学反应速率有何影响。

【解答】（1）化学反应进行时，反应物分子（或离子、原子、自由基）在碰撞过程中，只经过一步直接转化为生成物分子的反应，称为基元反应。由一种基元反应组成的总反应，称为简单反应。由两种或两种以上基元反应所组成的总反应，是非基元反应，称为复合反应。基元反应是反应机理最简单的反应，化学方程式是一个宏观的总反应。

（2）一定温度下，气体分子具有一定的平均能量，具体到每个分子，则有的能量高些有的低些。只有极少数的分子具有比平均值高得多的能量，它们碰撞时能导致原有化学键破裂而发生反应，这些分子称为活化分子。活化分子所具有的最低能量与分子的平均能量之差称为简单碰撞的活化能，简称活化能。

对一定温度下的某一特定反应，反应物分子所占的分数是一定的。因此单位体积内的活化分子的数目与单位体积内反应分子的总数成正比，当反应物浓度增大时，单位体积内分子总数增多，活化分子的数目也相应增多。于是单位时间内有效碰撞次数增多，反应速度加快。

温度升高不仅使分子间碰撞频率增加，更主要的是使较多的分子获得能量而成为活化分子。结果导致单位时间内有效碰撞次数显著增加，从而大大加快了反应速率。升高温度可使活化分子的分数增加。

催化剂能加快化学反应速率的实质，主要是因为它改变了反应的途径，降低了反应的活化能，相应地增加了活化分子的分数，反应速率也就加快。

2．设反应A+3B?3C

在某瞬间时c(C)?3mol?dm?3，经过二秒时c(C)?6mol?dm?3，问在二秒内，分别以A、B和C表示的反应速率?A、?B、?C各为多少？

【解答】 A ＋ 3B ? 3C

由公式：υ= 1??cB

vB?t1?cC16mol?dm?3?3mol?dm?3有υ(A) =υ(B) =υ(C) = ???vC?t32s = 0.5 mol·dm-3·s-1

3．下列反应为基元反应 （1）I+H?HI （2）I2?2I

（3）Cl+CH4?CH3+HCl

写出上述各反应质量作用定律表达式。它们的反应级数各为多少？ 【解答】对于基元反应, 有 υ= K·cA·cB

所以 （1）υ= kc(I)·c(H) , 反应级数为2 （2）υ= kc(I2), 反应级数为1

（3）υ= kc(Cl)·c(CH4), 反应级数为2

4．反应2HI→H2+I2在600K和700K时的速率常数分别为2.75×10-6和5.50×10-4dm3·mol-1·s-1。计算：

（1）反应的活化能；

（2）该反应在650K时的速率常数。 【解答】（1）由k?Ae得：lg?EaRTab，（T1∽k1）（T2∽k2）

Eak2T?T?(21) k12.303RTT12Ea?2.303RT2T1klg2T2?T1k1700?6005.5?10?4 ?2.303?8.314?lg700?6002.75?10?6?185044J?mol?1（2）由

lgEaT?Tk2?(23)k32.303RT3T2185044700?650()，

2.303?8.314700?650?1.062?

k2?11.535, k3k2=5.50×10-4dm3·mol-1·s-1, k3=4.77×10-5dm3·mol-1·s-1 该反应在650K时的速率常数4.77×10-5dm3·mol-1·s-1

5．根据实验，在一定的温度范围内，反应：2NO(g)+Cl2(g)→2NOCl(g) 符合质量作用定律，试求：

（1）该反应的反应速率方程式； （2）该反应的总级数；

（3）其它条件不变，如果将容器的体积增大到原来的2倍，其反应速率如何变化？

（4）如果容器体积不变，而将NO的浓度增加到原来的3倍，反应速率又将如何变化？

2【解答】（1）该反应的速率方程式：r?kcNOcCl2。

（2）该该反应的总级数n=2+1=3。

（3）如果将容器的体积增大到原来的2倍，反应物的浓度下降为原来的一半， 反应速率则为原来的1/8。

（4）如果容器体积不变，而将NO的浓度增加到原来的3倍，反应速率则为原来的9倍。

6．蔗糖的转化反应为

C12H22O11?H2O?C6H12O6（果糖）+C6H12O6(葡萄糖)

当催化剂HCl的浓度为0.1mol?dm?3，温度为321.15K时，由实验测得其速率方程式为r=0.0193c（蔗糖）(mol?dm?3?min?1)。今有浓度为0.2mol?dm?3的蔗

糖溶液，于上述条件下，在一有效容积为2dm3的容器中进行反应，试求：（1）初速率是多少？（2）20min后可得多少摩尔的葡萄糖和果糖？（3）20min时蔗糖的转化率是多少？

【解答】

（1）r = 0.0193c蔗糖 (mol·dm-3·min-1)

= 0.0193?0.2 = 3.86?10-3mol·dm-3·min-1 ? 6.43?10-5（mol·dm-3·min-1） （2）20min后，蔗糖的浓度为： lnc0?kt c ? 0.136 mol·dm-3 c 20min内蔗糖的变化为 ?n = (0.200–0.136) mol·dm-3 ? 2 dm3

= 0.128 mol

即20min后可各得0.128 mol的葡萄糖和果糖。

?n0.128??32% （3）转化率 = n0.200?20

7．根据实验结果，在高温时焦碳与二氧化碳的反应为：

C(s)?CO2(g)?2CO(g)

其活化能为167360J?mol?1，计算自900K升高到1000K时，反应速率之比。 【解答】lgEak2T?T?(21)， k12.303RTT12k21673601000?900??() ? 0.97 k12.303?8.314900?1000lg ∴ K2/K1 = 9.36

8．在301K时鲜牛奶大约4.0小时变酸，但在278K的冰箱中可保持48小时。假定反应速率与变酸时间成反比，求牛奶变酸反应的活化能。

【解答】 Ea?2.303R(TTkkt4.012)lg2, 2?1? T2?T1k1k1t248 则 Ea?2.303?8.314?(301?2784.0)?lg ? 75176 J·mol-1

278?30148? 75 kJ·mol-1

(g)?2N2O(的g)指前因子A?1?1202s?19．已知N2O4，活化能Ea?5.44?104J?mol?1，求此反应在298K时的k值是多少？

【解答】由k?Ae?Ea/RT 得：lg(EakA)???lg() [K]2.303RT[A]k5.44?104lg()???lg1?1022 [K]2.303?8.314?298 k = 2.92 ? 1012 s-1

10．反应N2O5(g)?N2O4(g)?O2(g)在298K时k1?3.4?10?5s?1，在328K时，k2?1.5?10?3s?1，求此反应的活化能Ea和指前因子A。

【解答】由k?Ae?Ea/RT 得：Ea?2.303R(12TTk12)lg2?1.0?105 J·mol-1 T2?T1k1lg(Eak1AEakA)???lg() lg(2)???lg() [K]2.303RT1[A][K]2.303RT2[A]将相应数据代入，得 A = 1.1 ? 1013 s-1

11．对下列反应C2H5Cl(g)?C2H4(g)?HCl(g)

已知其活化能Ea?246.9kJ?mol?1，700K时的速率常数k1?5.9?10?5s?1，求800K时的速率常数 k2是多少？

【解答】由k?Ae?Ea/RT

得：lgEak2T?T?(21) k12.303RTT12将K1=5.9?10-5s-1，Ea=246.9?103J·mol-1，T1=700K，T2=800K 代入上式，可解得 K2=1.2?10-2 s-1

12．已知在967K时，N2O(g)的分解反应N2O(g)?N2(g)?O2(g)，在无催化剂时活化能为244.8kJ?mol?1，而在Au作催化剂时的活化能为121.3kJ?mol?1。问：在金作催化剂时反应速率增加为原来的多少倍？

【解答】由k?Ae?Ea/RT12Ea1?Ea2244.8?121.3k2RT，得?e?e8.314?967

k1得 K2/K1 = 4.69 ? 106 倍

13．在570K，使重氮甲烷(CH3?N2)的分解反应在0.210dm的容器中进行，得到下列结果：

时间t/min

0

15 3999.6

30 3319.7

48 2573.1

75 1476.5

3CH3-N2的分压p/Pa 4826.3

已知CH3?N2的分解反应为一级反应。计算此分解反应速率常数k1的平均值和反应的半衰期。

【解答】根据公式ln时间t/min

p0?kt，可得： p0 15 3999.6 8.294

30 3319.7 8.108

48 2573.1 7.823

75 1476.5 7.297

CH3-N2的分压p/Pa 4826.3

lnp/Pa k/s-1

8.482

2.09×10-4 2.08×10-4 2.08×10-4 2.63×10-4

分解反应速率常数k1平均值=2.25?10-4s-1 反应的半衰期t1/2?

0.6933-1

?3.08?10s k114．高层大气中微量臭氧O3可由以下过程形成：

?3?1（1）NO2?NO?O(一级反应) k1?6.0?10s

（2）O?O2?O3(二级反应) k2?1.0?106mol?1?dm3?s?1

假设由反应（1）产生原子氧的速率等于反应（2）消耗原子氧的速率。当空气中NO2浓度为3.0?10?9mol?dm?3时，污染空气中O3生成的速率是多少？

【解答】由（1）得：产生原子氧的速率υ1 = k1c(NO2)

由（2）得：消耗原子氧的速率 = O3生成的速率υ2 = k2c(O)c(O2) 由假设得： υ1 =υ2

当 c(NO2) = 3.0 ? 10-9 mol·dm-3

υ2 =υ1 = K1c(NO2) = 6.0 ? 10-3 s-1 ? 3.0 ? 10-9 mol·dm-3 = 1.8 ? 10-11 mol·dm-3·s-1 即污染空气中O3生成的速率是1.8 ? 10-11 mol·dm-3·s-1

15．由埃及一法老的古墓发掘的木样中每克碳每分钟放射性14C的放射计数为7次，即7.2min?1?g?1，而活体动植物组织相应的计数则为12.6min?1g?1。试计算古墓年龄。（提示：由于与环境中含碳的物质交换平衡，放射性同位素14C与稳定同位素12C比例在活体动植活体组织中保持恒定，动植物死亡意味着交换终止，

14

C按（6.14）式一级反应速率衰减。据历史记载，该法老当政于公元前2625（±75）

年，计算结果不难表明测定方法的精确性。美国科学家利比因发明放射性14C确定地质年代的方法获得1960年诺贝尔奖。）

【解答】 14C的半衰期为5720年, 由公式 lnc00.693?kt ，k?得： ct1/212.6min?g?10.693 ln??t，t ? 4620年 ?157207.2min?g

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