1、第三章化學反應速率和化學平衡習題 3-1什么是反應的速率常數？它的大小與濃度、溫度、催化劑等因素有什么關系？答：反應的速率大都可以表示為與反應物濃度方次的乘積成正比： =k ·c(A) ·c(B) ，式中比例常數k 就是速率常數。速率常數在數值上等于反應物濃度均為1mol ·L-1 時的反應速率。k 的大小與反應物濃度無關，改變溫度或使用催化劑會使速率常數k的數值發生變化。習題 3-2 什么是活化能？答： Arrhenius總結了大量實驗事實，提出一個經驗公式：速率常數k 的對數與 1/T 有Ea1 C式中 Ea 就是活化能，它表示活化分子具有的最低能量與反應分線

2、形關系： ln kRT子平均能量之差。習題 3-3什么是催化劑？其特點有哪些？答： 某些物質可以改變化學反應的速率，它們就是催化劑。催化劑參與反應，改變反應歷程，降低反應活化能。催化劑不改變反應體系的熱力學狀態，使用催化劑同樣影響正、逆反應的速率。不影響化學平衡，只能縮短達到平衡的時間。習題 3-4 NOCl 分解反應為2NOCl 2NO+Cl2 實驗測得NOCl 的濃度與時間的關系如下：t/s01020304050-12.001.420.990.710.560.48c（ NOCl ） /mol ·L求各時間段內反應的平均速率；用作圖法求t=25s 時的瞬時速率。解： t=0-10s

3、 時，c2.001.42-1 -1t10= 0.058molL··st=10-20s 時，c1.420.99-1-1= 0.043molL··st=20-30s 時，t2010c0.990.71-1 -1= 0.028molL··st3020c0.710.56-1 -1t=30-40s 時，40= 0.015molL··st30c0.560.48-1 -1t=40-50s 時，50= 0.008molL··st40作圖法略。習題 3-5660K 時反應 2NO + O2 2NO 2 ，NO 和

4、O2 的初始濃度c( NO) 和 c( O2 ) 及反應的初始速率的實驗數據：-1-1-1 -1c( NO ) /mol ·Lc( O2) /mol ·L /mol ·Ls0.100.100.0300.100.200.0600.200.200.240（ 1）寫出反應的速率方程；（ 2）求出反應的級數和速率常數；（ 3）求 c( NO ) = c( O2) = 0.15mol ·L-1 時的反應速率。解：(1) 設反應的速率方程為 = k ·c·c (O2),(NO)將數據代入得：0.030= k0.100.100.060 = k0.1

5、00.200.240 = k0.200.20得=1得反應的速率方程為（2） 反應的級數為3-1-1（3） = 0.101 mol ·L ·s=2= kc (NO) c(O2)-1 -2-1速率常數k = 30.0 (mol L·) ·s習題 3-6某反應 25時速率常數為 1.3 ×10-3 -1， 35時為 3.6×10-3-1。根據 vant Hoff規ss則，估算該反應 55時的速率常數。解：k(35 )/k(25 ) = = 2.77k(55 )/k(35 )=2k(55 )=2 k(35 ) =2.77 2 3.610-3

6、= 27.6 10-3s-1習題 3-7 求反應 C2H5Br C2H4+HBr 在 700K 時的速率常數。已知該反應活化能為225kJ ·mol-1 ， 650K 時 k =2.0 ×10-3s-1 。解： 設 700K ( T2) 時的速率常數為k2, 650K ( T1) 時的速率常數為 k1。根據 Arrhenius 公式k2E aT2 T11g2.303R T2T1k1lgk2225103 (700 650)2.010 32.3038.314700650k23.9102S1習題 3-8反應 C2H4+H2C2H6 在 300K時 k1 = 1.3×10

7、-3mol ·L-1 ·s-1，400K 時 k2 = 4.5 ×10-3-1-1，求該反應的活化能Ea。mol ·L·s解： 根據 Arrhenius 公式lg k 2Ea (T2T1 )k12.303R T1T24.510lg1.3103Ea (400300)32.3038.314300400Ea12.4kJ mol -1習題 3-9某反應活化能為180kJ ·mol -1 ，800K 時反應速率常數為k1，求 k2 2k1 時的反應溫度。解：lg k2lg 2k1lg 2180 103 (T2800)k1k12.303 8.31

8、4800T2k2 = 2k1 時的反應溫度T2 = 821K習題 3-10寫出下列反應的標準平衡常數表示式N 2 (g) +3H 2 (g) = 2NH 3(g)CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O(l)CaCO3 (s) = CaO(s) + CO 2 (g)解： （ 1） K p( NH 3 ) / p 3p(N 2 ) / pp(H 2 ) / p（ 2） K p(CO 2 ) / p 2p(CH 4 ) / pp(O2 ) / p 2（ 3） K p(CO2 ) / p習題 3-11已知在某溫度時（ 1） 2CO2(g) ?2CO(g) + O

9、 2(g)K 1 = A（ 2） SnO2(s) +2CO(g)?Sn(s) + 2CO 2(g)K 2 = B, 則同一溫度下的反應（ 3） SnO2(s) Sn(s) + O2(g)的 K 3應為多少？解：（3） =（ 1）+（ 2）K3 =K1 ·K2 =AB習題 3-12在 1273K時反應： FeO( s) + CO( g) ?Fe( s) + CO 2( g) 的 K= 0.5，若 CO 和 CO2的初始分壓分別為500 kPa 和 100 kPa，問：（ 1）反應物 CO 及產物 CO2 的平衡分壓為多少？（2）平衡時 CO 的轉化率是多少？（3）若增加 FeO 的量，

10、對平衡有沒有影響？解 :(1)FeO(s) + CO(g) ?Fe(s) + CO2(g)起始時刻 p/Pa500100平衡時刻 p/Pa500- x100+xK p( CO 2 )p 100x0.5p( CO )p 500xx = 100kPaCO 的平衡分壓為400 kPa, CO2 的平衡分壓為 200 kPa.(2) 平衡時CO 的轉化率=(500400)100% = 20%500(3) 增加 FeO 的量，對平衡有沒有影響。習題 3-13在 585K 和總壓為 100 kPa 時，有 56.4%NOCl ( g) 按下式分解：2NOCl ( g) 2NO ( g) + Cl 2( g

11、)若未分解時NOCl 的量為 1mol。計算 ( 1) 平衡時各組分的物質的量； （ 2）各組分的平衡分壓；（3）該溫度時的K 。解： (1)2NOCl （ g） ?NO （ g） +Cl 2（g）未分解時各組分的物質的量n/mol100平衡時各組分的物質的量n/mol0.4360.5460.282( 2)p( NOCl )0.43610034kPa1.282p(NO )0.56410044kPa1.282p(Cl 2 )22kPa( 3)Kp ( NO ) p 2p( Cl 2 ) pp( NOCl )p 244/100 222 /10034 /10020.368習題 3-14反應 Hb&#

12、183;O2( aq) +CO( g) ?Hb·CO( aq) +O 2( g) 在 298K時 K = 210，設空氣中O2 的分壓為21kPa，計算使血液中10%紅血球 ( Hb·O2 ) 變為 Hb·CO 所需 CO 的分壓。解：Hb·O2( aq) + CO( g) ? Hb·CO( aq) + O2( g)K c HbCO / cp(O 2 ) / pc HbO2/ cp(CO) / p0.1c Hb O2 / c p( O2 ) / p1 21 1030.9c HbO 2/ cp( CO) / p 9p CO210 使血液中10%紅

13、血球 ( Hb·O2) 變為 Hb·CO 所需 CO 的分壓p(CO) = 11.11 kPa習題 3-15計算反應 CO+3H 2 ?CH 4+H 2O 在 298K 和 500K時的 K值（注意： 298K 和500K 時水的聚集狀態不同，利用f H m ， Sm 計算）。解：298K 時CO ( g)+3H2 (g)?CH 4(g)+H2O(l)f H m / kJ mol· -1-110.530-74.81-285.84-1-1197.56130.57186.1569.94Sm/ J K··mol-1r Hm= -250.12 kJ m

14、ol·r Sm= -133.18 J K -1·mol -1=T-1r Gmr H mr Sm = -150.83 kJ mol·r Gm= -RTln K = -8.314298ln KK(298K)= 2.751026500K 時CO( g) +3H2 (g)? CH4 (g) + H 2O (g)f H m / kJ mol· -1-110.530- 74.81- 241.82-1-1197.56130.57186.15188.72Sm / J K··molr Hm = - 206.1 kJ mol·-1-1-1r S

15、m=- 214.4 J K··molr Gm=r H m Tr Sm = - 98.9 kJ mol·-1r Gm = - RTlnK = - 8.314500ln KK (500K) = 2.151010習題 3-16反應 H2( g) +I 2( g) ? 2HI ( g) 在 713K時 K= 49，若 698K 時的 K = 54.3（ 1）上述反應r Hm為多少？（ 698713K 溫度范圍內） ，上述反應是吸熱反應，還是放熱反應？（ 2）計算 713K時反應的r Gm 。（ 3）當 H 2 ，I2，HI 的分壓分別為100 kPa，100 kPa 和

16、50 kPa 時計算 713K 時反應的 r Gm 。解： (1)ln K 2r H m11K1RT2T1ln 54.3r H m11498.314698713r H m = - 28.34 kJ mol·-1故為放熱反應(2)713Kr Gm = - RTlnK 2= - 8.314 0.713ln49= - 23.07kJ mol -1(3)r Gmr GmRT ln Q23.071038.314(50 / 100)2713 ln(100 /100) (100 /100)31.29 kJ mol - 1習題 3-17已知水在 373K時氣化焓為40.60 kJ mol·

17、 -1 ，若壓力鍋內壓力最高可達150 kPa，求此時鍋內的溫度。解 : lnp2vap H m11p1RT2T1ln15040.60103111008.314T2373T2385K習題 3-18The rate constant for the reaction of oxygen atoms with aromatic hydrocarbons was3.03 ×107 mol -1·L·s-1 at 341.2K,and 6.91 ×107 mol -1·L·s-1 at 392.2K. Calculate the activationenergy of this reaction.解 : lg k2Ea (T2T1 )k12.303R T1 T26.91107Ea (392.2341.2)lg1072.3038.314341.2392.23.03Ea42.2kJ mol -1習題 3-19The standard equilibrium constant of a reaction wasK 1=32 at 25 and