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1mol·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：CTREka1ln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3-4NOCl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/s01020304050c（NOCl）/mol·L-12.001.420.990.710.560.48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，1042.100.2tc=0.058mol·L-1·s-1t=10-20s时，102099.042.1tc=0.043mol·L-1·s-1t=20-30s时，203071.099.0tc=0.028mol·L-1·s-1t=30-40s时，304056.071.0tc=0.015mol·L-1·s-1t=40-50s时，405048.056.0tc=0.008mol·L-1·s-1作图法略。习题3-5660K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-1c(O2)/mol·L-1υ/mol·L-1·s-10.100.100.0300.100.200.0600.200.200.240（1）写出反应的速率方程；（2）求出反应的级数和速率常数；（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0.10①0.060=k0.100.20②0.240=k0.200.20③②／①得=1③／②得=2∴反应的速率方程为υ=kc２(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=0.101mol·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’tHoff规则，估算该反应55℃时的速率常数。解：k(35℃)/k(25℃)==2.77k(55℃)/k(35℃)=2k(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225kJ·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1212a12303.21gTTTTREkk122332109.3650700314.8303.2)650700(10225100.2lgSkk习题3-8反应C2H4+H2→C2H6在300K时k1=1.3×10-3mol·L-1·s-1，400K时k2=4.5×10-3mol·L-1·s-1，求该反应的活化能Ea。解：根据Arrhenius公式1-aa332112a12molkJ4.12400300314.8303.2)300400(103.1105.4lg303.2)(lgEETTRTTEkk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：2231112800314.8303.2)800(101802lg2lglgTTkkkkk2=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223422232N(g)+3H(g)=2NH(g)CH(g)+2O(g)=CO(g)+2HO(l)CaCO(s)=CaO(s)+CO(g)解：（1）3θ2θ2θ3θ/)H(/)N(/)NH(ppppppK（2）2θ2θ42θ2θ/)O(/)CH(/)CO(ppppppK（3）θ2θ/)CO(ppK习题3-11已知在某温度时（1）2CO2(g)ᆖ2CO(g)+O2(g)θ1K=A（2）SnO2(s)+2CO(g)ᆖSn(s)+2CO2(g)θ2K=B,则同一温度下的反应（3）SnO2(s)〓Sn(s)+O2(g)的θ3K应为多少？解：（3）=（1）+（2）θ3K=θ1K·θ2K=AB习题3-12在1273K时反应：FeO(s)+CO(g)ᆖFe(s)+CO2(g)的Kθ=0.5，若CO和CO2的初始分压分别为500kPa和100kPa，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)ᆖFe(s)+CO2(g)起始时刻p/Pa500100平衡时刻p/Pa500-x100+x5.0500100)CO()CO(θθ2θxxppppKx=100kPaCO的平衡分压为400kPa,CO2的平衡分压为200kPa.(2)平衡时CO的转化率=%100500)400500(=20%(3)增加FeO的量，对平衡有没有影响。习题3-13在585K和总压为100kPa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）ᆖNO（g）+Cl2（g）未分解时各组分的物质的量n/mol100平衡时各组分的物质的量n/mol0.4360.5460.28222kPa)Cl(44kPa1001.2820.564)NO(34kPa1001.2820.436)NOCl()2(2ppp368.0100/34100/22100/44)NOCl()Cl()NO()3(222θθ22θθppppppK习题3-14反应Hb·O2(aq)+CO(g)ᆖHb·CO(aq)+O2(g)在298K时θK=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)ᆖHb·CO(aq)+O2(g)210CO910211/CO)(/OHb9.0/)O(/OHb1.0/CO)(/OHb/)O(/COHb3θθ2θ2θ2θθ2θ2θθpppccppccppccppccK∴使血液中10%红血球(Hb·O2)变为Hb·CO所需CO的分压p(CO)=11.11kPa习题3-15计算反应CO+3H2ᆖCH4+H2O在298K和500K时的Kθ值（注意：298K和500K时水的聚集状态不同，利用θmfH，θmS计算）。解：298K时CO(g)+3H2(g)ᆖCH4(g)+H2O(l)θmfH/kJ·mol-1-110.530-74.81-285.84θmS/J·K-1·mol-1197.56130.57186.1569.94θmrH=-250.12kJ·mol-1θmrS=-133.18J·K-1·mol-1θmrG=θmrHθmrST=-150.83kJ·mol-1θmrG=-RTlnK=-8.314298lnKK(298K)=2.751026500K时CO(g)+3H2(g)ᆖCH4(g)+H2O(g)θmfH/kJ·mol-1-110.530-74.81-241.82θmS/J·K-1·mol-1197.56130.57186.15188.72θmrH=-206.1kJ·mol-1θmrS=-214.4J·K-1·mol-1θmrG=θmrHθmrST=-98.9kJ·mol-1θmrG=-RTlnK=-8.314500lnKK(500K)=2.151010习题3-16反应H2(g)+I2(g)ᆖ2HI(g)在713K时Kθ=49，若698K时的Kθ=54.3（1）上述反应θmrH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？（2）计算713K时反应的θmrG。（3）当H2，I2，HI的分压分别为100kPa，100kPa和50kPa时计算713K时反应的θmrG。解：(1)12θmrθ1θ211lnTTRHKK71316981314.8493.54lnθmrHθmrH=-28.34kJ·mol-1故为放热反应1-θ2θmrmol23.07kJ-=0.713ln498.314-=ln-=Δ(2)713KKRTG(3)1-23θmrmrmolkJ29.31)100/100()100/100()100/50(ln713314.81007.23lnQRTGG习题3-17已知水在373K时气化焓为40.60kJ·mol-1，若压力锅内压力最高可达150kPa，求此时锅内的温度。解:12θmvap1211lnTTRHppK38537311314.81060.40100150ln223TT习题3-18Therateconstantforthereactionofoxygenatomswitharomatichydrocarbonswas3.03×107mol-1·L·s-1at341.2K,and6.91×107mol-1·L·s-1at392.2K.Calculatetheactivationenergyofthisreaction.解:2112a12303.2)(lgTTRTTEkk1-aa77molkJ2.422.3922.341314.8303.2)2.3412.392(1003.31091.6lgEE习题3-19Thestandardequilibriumconstantofareactionwasθ1K=32at25℃andθ2K=50at37℃.CalculateθmrG,θmrHandθmrSofthisreactionat25℃(θmrHwasconsideredaconstantinthisrageoftemperature)解:12θmrθ1θ211lnTTRHKK29813101314.83250lnθmrH1θ2θmr1θmrmolkJ08.1050ln310314.8lnmolkJ56.28KRTGH11θmrθmrθmrmolKJ6.124310100008.1056.28TGHS