武汉大学版无机化学课后习题答案(第三版)第09章化学反应的速率

化学反应的速率1.什么是化学反应的平均速率，瞬时速率？两种反应速率之间有何区别与联系？答：平均速率是指在时间间隔Δt内，反应物或生成物浓度的变化量。而瞬时速率是指某一时刻的反应速率；前者是一个平均概念，相对于一个时间段而言，而后者是一个瞬时概念，是相对于某一时刻而言。2.分别用反应物浓度和生成物浓度的变化表示下列各反应的平均速率和瞬时速率，并表示出用不同物质浓度变化所示的反应速率之间的关系。这种关系对平均速率和瞬时速率是否均适用？（1）N2+3H2→2NH3（2）2SO2+O2→2SO3（3）aA+Bb→gG+hH解（1）V=tN△△][2=tH△△][2=tNH△△][3V瞬=0limt△tN△△][2=0limt△tH△△][2=0limt△tNH△△][3V2N=31V2H=21V3NH两种速率均适用。（2）（3）同（1）。3.简述反应速率的碰撞理论的理论要点。答：碰撞理论认为：（1）、反应物分子之间的相互碰撞是反应进行的先决条件，碰撞频率越高，反应速率越大。（2）、碰撞中能发生反应的一组分子首先必须具备足够的能量，以克服分子无限接近时，电子云之间的斥力，从而导致分子中原子的重排，即发生化学反应。（3）、能量是有效碰撞的一个必要条件，但不充分，只有当活化分子组中的各个分子采取合适的取向进行碰撞时，反应才能发生。（4）、活化能：发生有效碰撞的最低能量。4.简述反应速率的过渡状态理论的理论要点。答：过渡状态理论认为：（1）、当两个具有足够的平均能量的反应物分子相互接近时，分子中的化学键要经过重排，能量要重新分配。在反应过程中，要经过中间的一个过渡状态，即反应物分子要先形成活化配合物。（2）。反应速率与下列三个因素有关：活化配合物的浓度，活化配合物分解的几率，活化配合物的分解速率。（3）、应用过渡状态理论讨论化学反应速率时，可将反应过程中体系势能变化情况在反应历程－势能图上。（4）、活化能：反应物与活化配合物之间的能量差。5.反应C2H6→C2H4+H2，开始阶段反应级数近似为23级，910K时速率常数为1.13dm1.5·mol5.0·s1。试计算C2H6（g）压强为1.33×104Pa时的起始分解速率0（以[C2H6]的变化表示）。解：P=cRT313.31.7610/8.314910PcmolLRT33352201.13(1.7610)8.310kc6.295K时，反应2NO+Cl2→2NOCl，其反应物浓度与反应速率关系的数据如下：[NO]/mol·dm3[Cl2]/mol·dm3Cl2/mol·dm3·s10.1000.5000.1000.1000.1000.5008.0×1032.0×1014.0×102问：（1）对不同反应物反应级数各为多少？（2）写出反应的速率方程；（3）反应的速率常数为多少？解：=kCxNOCyCl2（1）12185200xx=21318540yy=1（2）即＝kC2NOCCl2(三级反应)（3）331128.01080.10.1kdmmols7.反应2NO（g）+2H2（g）→N2（g）+2H2O其速率方程式对NO（g）是二次、对H2（g）是一次方程。（1）写出N2生成的速率方程式；（2）如果浓度以mol·dm—3表示，反应速率常数k的单位是多少？（3）写出NO浓度减小的速率方程式，这里的速率常数k和（1）中的k的值是否相同，两个k值之间的关系是怎样的？解：（1）N2=k1C2NOCH2（2）三级反应，k的单位为dm6·mol-1·s-1（3）NO=k2C2NOCH222NONk2=2k18.设想有一反应Aa+bB+cC→产物，如果实验表明A，B和C的浓度分别增加1倍后，整个反应速率增为原反应速率的64倍；而若[A]与[B]保持不变，仅[C]增加1倍，则反应速率增为原来的4倍；而[A]、[B]各单独增大到4倍时，其对速率的影响相同。求a，b，c的数值。这个反应是否可能是基元反应？解：设＝kCxACyBCzC由题意得12162xyzxyz12122xz又x=yx=y=z=2该反应可能是基元反应，也可能不是基元反应。9.一氧化碳与氯气在高温下作用得到光气（COCl2），实验测得反应的速率方程为：dtCOCld][2==k[CO][Cl2]23有人建议其反应机理为：Cl22ClCl+COCOClCOCl+Cl2COCl2+Cl（1）试说明这一机理与速率方程相符合；（2）指出反应速率方程式中的k与反应机理中的速率常数（k1，k1，k2，k2）间的关系。答：232[][][]dCOClkCOClCldtk2[Cl2][CO]=k-2[COCl]22[COCl][][]kClCOkk1[Cl2]=k-1[Cl]212222[][]kClClk,代入上式，得13222123221[][][]dCOClkkkCOCldtkk1221321kkkkkk10.如何正确理解各种反应速率理论中活化能的意义？答：在碰撞理论中，活化能指能发生有效碰撞的活化分子组所具有的最低能量的NA倍，NA是阿佛加德罗常数。在过渡态理论中，活化能体现着一种能量差，即反应物和活化配合物之间的能量差。11.高温时NO2分解为NO和O2，其反应速率方程式为—(NO2)==k[NO2]2在592K，速率常数是4.98×101dm3·mol1s1，在656K，其值变为4.74dm3·mol1s1，计算该反应的活化能。解：依据阿累尼乌斯公式2112114.4711lnln0.498592656kEaEakRTTR解得Ea=113.7kJ·mol-112.如果一反应的活化能为117.15kJ·mol1，问在什么温度时反应的速率常数k`的值是400K速率常数的值的2倍。解：11ln2408400EaTKRT13.反应N2O5→2NO2+21O2，其温度与速率常数的数据列于下表，求反应的活化能。T/KK/s1T/KK/s13383283184.87×1031.50×1034.98×1043082982731.35×1043.46×1057.87×107解：依据阿氏公式211211lnkEakRTT求取Ea平均值如：14.8711ln108.541.50328338EaEakJmolR最后求平均值得Ea=103.1kJ·mol-114.CO（CH2COOH）2在水溶液中分解丙酮和二氧化碳，分解反应的速率常数在283K时为1.08×10—4mol·dm—3·s—1，333K时为5.48×10—2mol·dm—3·s—1，试计算在303K时，分解反应的速率常数。解：先求得反应的活化能25.4811n2833331.0810EalR求得Ea再以一者代入求第三者，5.4811ln303333EakRk=1.6710-3mol·dm-3·s-115.已知HCl（g）在1.013×105Pa和298K时的生成热为—92.3kJ·mol—1，生成反应的活化能为1135kJ·mol—1，试计算其逆反应的活化能。解：ΔfH=Ea-Ea*Ea*=Ea－ΔfH=1135－（-92.3）＝205.3（kJ·mol-1）16.下面说法你认为正确与否？说明理由。（1）反应的级数与反应的分子数是同义词。（2）在反应历程中，定速步骤是反应速率最慢的一步。（3）反应速率常数的大小就是反应速率的大小。（4）从反应速率常数的单位可以判断该反应的级数。答：（1）这种说法不正确。反应的级数是一个宏观概念，可以是分数，整数甚至负数。而反应的分子数是一个微观概念，只能是整数。（2）这种说法不正确。在典型的复杂反应中，平行反应的定速步骤为快速步骤，而对峙反应的控速步骤为慢速步骤。（3）这种说法不正确。反应速率常数不仅与温度有关，还与浓度、压力、催化剂有关。（4）正确。＝k[NO]2[H2]17.反应2NO（g）+2H2（g）→N2（g）+2H2O(g)的反应速率表达式为==k[NO2]2[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）将反应器的容积增大一倍；（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。答：（1）速率变为原来的4倍；（2）反应速率加快；（3）反应速率减小；（4）速率变为原来的0.125倍；（5）无影响（恒容）；减小（恒压）。