物理化学课件及考试习题 试卷 答案第四次习题课(第九章化学动力学基础).

物理化学第四次习题课（化学动力学基础）一、简答题二、计算题三、综合题2011-05-18一、简答题1、硝酸异丙烷在水溶液中被碱中和，其反应速率常数可表示为lgk=11.899-3163/T，该反应的表观活化能为多少？答：上式可写成：Tk3163303.2899.11303.2lnRTECka（常数）ln314.83163303.2aE与阿伦尼乌斯方程进行对比有：＝60.6kJ·mol-12.某化合物的分解反应是一级反应，设反应的活化能Ea=14.43×104J·mol-1，已知557K时该反应的速率常数k=3.3×10-2s-1，现要控制反应在10min内转化率达到90%，则应控制该反应的温度为多少？答：一级反应的动力学方程为代入题给数据得：k2=3.84×10-3s-1根据阿伦尼乌斯方程的定积分式有解出T2＝409.2Kxtk11ln1)11(ln2112TTREkka3.某反应物反应掉8/9时所需要的时间是反应掉2/3时所需要时间的二倍，该反应级数是多少？答：一级反应的动力学方程为当x=8/9时，t8/9=2ln3/k当x=2/3时，t2/3=ln3/kt8/9=2t2/3故知该反应为一级反应。xtk11ln14、放射性Pb201的半衰期为8小时，1克放射性Pb20124小时后还剩下多少？答：放射性Pb201的衰变是一级反应，其动力学方程为：而k=ln2/t1/2＝8.664×10-2h-1代入题给数据得：1-x=e-2.079=0.1251x=87.5%xtk11ln15.质量作用定律对于总反应式为什么不一定正确？答：因质量作用定律只能用于基元反应，总反应不一定是基元反应。6.根据质量作用定律写出下列基元反应速率表达式:（1）A+B→2P（2）2A+B→2P（3）A+2B→P+2s（4）2Cl·+M→Cl2+M答：r1=r2=r3=r4=]][[][21][][BAkdtPddtBddtAd][][][21][][212BAkdtPddtBddtAd2]][[][21][][21][BAkdtSddtPddtBddtAd][][][][][][2122MClkdtMddtClddtMddtCld7.化学反应级数和反应分子数有何区别?答：对于基元反应：反应级数和反应分子数是相同的；反应级数可以是0，1，2，3，分数，负数等，而反应分子数只能是1，2，3等整数；反应级数是对宏观化学反应，而反应分子数是对微观上的基元反应。二、计算题1、反应CH3CH2NO2+OH-H2O+CH2CHNO2是二级反应。在273K时反应速率常数k为39.1dm3·mol-1·min-1。将0.004molCH3CH2NO2与0.005molNaOH混合制成1dm3水溶液，让反应消耗90％硝基乙烷所需时间是多少？解：根据二级反应的动力学方程t=1/k(a-b)㏑[b(a-x)/a(b-x)]将k=39.1，a=0.005，b=0.004，x=0.004×0.9代入可得t=26.3min2.乙烯转化反应C2H4C2H2+H2为一级反应。在1073K时，要使50％的乙烯分解，需要10小时，已知该反应的活化能E=250.6kJ·mol-1。要求在1.136×10-3小时内同样有50％乙烯转化，反应温度应控制在多少？解：对一级反应，在不同温度下有相同的转化率因k=(1/t)㏑(c0/c)㏑(c0/c)=k1t1∵(c0/c)T1=(c0/c)T2∴k1t1=k2t2㏑(k2/k1)=㏑(t1/t2)=E(T2-T1)/RT2T1㏑(10/1.136×10-3)=250.6×103×(T2-1073)/8.314×1073×T2解出T2=1527K3、C14放射性蜕变的半衰期为5730年，今在一考古学样品中测得C14的含量只有72%，请问该样品距今有多少年？解：同位素的放射性蜕变是一级反应，其动力学方程为k=(ln2)/t1/2=0.6931/5730=1.209×10-4年-1代入题给数据有t=1/kln(c0/c)=(1/k)ln[1/(1-x)]=（1/1.209×10-4）ln1/(1-0.72)=2.72×103年xkt11ln4.某气相反应2A→P的速率常数为1.0267×10-7Pa-1·s-1，半衰期为97.4秒，（1）求初始压力；（2）反应至200秒时，反应物的分压；（3）200秒时的速率。解：(1)由速率常数单位知其为二级反应t1/2=1/k·p0p0=1/(kt1/2)=1/(97.4×1.0267×10-7)=1.0×105Pa（2）根据二级反应的动力学方程kt=（1/p）－（1/p0）即1.0267×10-7×200=（1/p）-（1/1.0×105）p=3.275×104Pa（3）r=kp2=1.0267×10-7×(3.275×104)2=10.89Pa·s-15.某二级反应2A→P，设cA,0=0.005mol·dm-3，500℃和510℃时，经300秒后分别有27.6%和35.8%的反应物分解。计算（1）两个不同温度时的速率常数；（2）反应的活化能。解：（1）二级反应的动力学方程为kt=(1/c-1/c0)代入题给数据后得：k1=0.2541dm3·mol-1·s-1k2=0.3718dm3·mol-1·s-1（2）根据阿伦尼乌斯方程有ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)代入题给值，得E=191.34kJ·mol-1三、综合题1某药物分解30%即为失效，若放置在3℃箱中保存期为两年。某人购回此药，因故在室温25℃放置了两周，试通过计算说明此药物是否已失效。已知该药物分解百分数与浓度无关，且分解活化能为Ea=13.00kJ·mol-1。解：根据公式故放置两周即失效29827622314.813000298276276298314.813000ln12kk53.65/12kk2112//kktt天14.1153.6512365kktt21122反应NO2→NO+1/2O2，经实验确定其反应速率方程为：-d[NO2]/dt=k[NO2]2，其中速率常数k与热力学温度T的关系为lg(k/mol-1·dm3·s-1)=－12.6×103/T+20.26(1)400℃时，求起始压力为2.5×104Pa的NO2在密闭定容反应器中反应至总压力达到3.0×104Pa所需的时间；(2)求该反应的表观活化能Ea及指前因子A的值。解：(1)由题给条件可求出673K时，反应的速率常数为lnk=-12.6×103/673+20.26=1.538k=4.65mol-1·dm-3·s-1设参加反应的气体均为理想气体，由反应方程式可分析系统压力随反应的变化：NO2→NO+0.5O2t=0p000tpp0-p1/2(p0-p)p(总)=3/2p0-1/2p=3.10×104PaP(NO2)=P=3P0-2P(总)=3×2.50×104－2×3.10×104=1.30×104Pa由二级反应速率公式得t=1/kp(1/p-1/p0)其中kp=kc/RTt=RT/kc（1/p-1/p0）=(2)阿累尼乌斯公式的积分式lnk=-Ea/RT+B与题给速率常数与温度的关系式相比较可知Ea=12.6×103×R=104.8kJ·mol-1B=ln(A/mol-1·dm3·s-1)=20.26A=6.29×108mol-1·dm3·s-1