1、大學實驗化學化學反應速率大學實驗化學化學反應速率大學實驗化學化學反應速率大學實驗化學化學反應速率難題解析TOP例7-1HNO2分解反應機理以下，求總反應的速率方程表示式。解析復合反應的每一步都是元反應，反應的速率方程由速率控制步驟決定。解kc(NO)c(NO2)c(H2O)，k2c(N2O4)1c2(HNO2)c2(NO2)c2(HNO)kc2(HNO)=kkk2121c(NO)c(H2O)c(NO)v=kk2c2(HNO)2k321c2(NO)c(HO)2例7-2證明一級反應完成99.9%所需要的時間近似為半衰期的10倍。解t1/2=0.693/k例7-3依照以下的氣相反應相關數據(K)60

2、0645Tk(L2mol-2min-155k(Lmol-1min-1)8.4040.8求：（1）兩個溫度下的平衡常數。（2）正向反應和逆向反應的活化能。解（1）600K時，Kk6.621054k8.407.8810640K時，Kk6.811051.67104k40.8（2）正反應的活化EaRT1T2lnk2(T2T1)k18.314Jmol1K1600K645K6.81105-1=(645600)Kln=2.02kJmol6.62105逆反應的活化能T2T1lnk2EaRT2)(T1k111645Kln40.8=113.0kJmol=600K-1(645600)K8.40學生自測題TOP判斷題

3、選擇題填空題問答題計算題一、判斷題（對的打，錯的打）1化學反應速率常數kA與反應物的濃度相關。（）2對于元反應，反應速率常數總是隨著溫度的高升而增大。（）凡速率方程式中各物質濃度的指數等于反應方程式中其化學式前的系數時，此反應為元反應。）4質量作用定律僅適用于元反應。（）5反應N2（g）+3H2（g）2NH3（g），因N2、H2、NH3都處于同一相中，因此此反應中催化劑的催化作用為均相催化。（）二、選擇題（將每題一個正確答案的標號選出）TOP1實驗測得2ICl（g）+H2（g）I2（g）+2HCl（g）的反應速率正比于ICl濃度的一次方和H2濃度的一次方。由此可知此反應是（）A三分子反應，三級

4、反應B雙分子反應，二級反應C一級反應D二級反應E三分子反應、二級反應2某化學反應：A2BY，若其速率方程為dc(A)kAc(A)c(B)或dtdc(B)c(A)c(B)，則k與k的關系是（）BBdtAAkA=kBBkA=2kBC2kA=kBDkA=3kBE3kA=kB3某化學反應，反應物反應掉其7所需時間正是它反應掉3所需時間的1.5倍，則該化學反應的84級數是（）A三級反應B無法確定C二級反應D一級反應E零級反應4某一級反應的半衰期t1/2是30min，則其反應速率常數k為（）A20.8min1B0.23min1C0.023min1D43.3min1E30min15在某溫度下，反應12(g)

5、3H2(g)332N2NH(g)的平衡常數K=a。上述反應若是改寫為2NH（g）N（g）+3H（g），則在相同溫度下反應的平衡常數為（）22AaB1/aCa2D1/2E/2aa三、填空題TOP1若反應A2BC是基元反應，則其反應的速率方程可以寫成dc(A)dt（1），則其反應分子數是（2）。2某反應，反應物反應掉了5所需的時間是它反應掉1所需時間的2倍，這個反應是（3）級反93應。3反應ABC的動力學方程式為dc(A)c(A)c(B)（4）級，kA，則該反應的總級數是dtc(C)若濃度以1為單位，時間以s為單位，則速率常數的單位是（5）。molL四、問答題TOP1為什么反應物間全部的碰撞其實不

6、是全部都是有效的？2A(g)B(g)產物，總反應必然是二級反應么？3零級反應是否是基元反應？擁有簡單級數的反應可否必然是基元反應？五、計算題TOP1某藥物溶液的初始含量為5.0gL1，室溫下放置20個月后含量降為4.2gL1。如藥物含量降低10%即無效，且其含量降低的反應為一級反應，問：（1）藥物的有效期為幾個月？（2）半衰期是多少？2已知在660K時，測得反應2NO+O22NO實驗數據以下：初步濃度(molL1)初步速率(molL11s)vO2降低速率0.0100.0102.51030.0100.0205.01030.0300.0204.51021試求：（1）反應速率方程式和反應級數；（2）

7、此溫度下的反應速率常數；（3）當c(NO)=0.015molL；1時的反應速率。c(O2)=0.025molL學生自測答案TOP一、判斷題12345二、選擇題1D2C3D4C5C三、填空題1（1）kc(A)c2(B)（2）32（3）一級3（4）一級（5）s1四、問答題（略）五、計算題1解：由于該藥物的降解為一級反應cA0ktlg2.303cA設該藥物的有效期為x個月，則：2解：（1）設速率方程式為2.5103k0.010m0.010n5.0103k0.010m0.020n4.5102k0.030m0.020n由和式得：n=1由和式得：m=2速率方程式為vkc2(NO)c(O2)反應級數為三級（

8、2）將表中數據代入速率方程式中得：k2.5103221Lmols（3）c(NO)=0.015molL1，c(O2)=0.025mol1時，代入速率方程：Lvkc2(NO)c(O2)1.410211molLs章后習題答案TOP習題1講解并理解下例名詞(1)反應速率(2)瞬時速率(3)元反應(4)質量作用定律（5）速率常數(6)反應級數（7）半衰期（9）有效碰撞(9)活化能解（1）反應系統中各物質的數量隨時間的變化率（2）反應在每一時刻的真實速率3）反應物分子直接碰撞一步就能轉變成生成物的化學反應4）當溫度一準時，元反應的反應速率與各反應物濃度以化學反應計量方程式中相應的系數為指數的冪之積成正比（

9、5）反應速率方程式中的系數k，在數值上等于各反應物濃度均為1molL-1時的反應速率；與反應的本性及反應溫度相關6）反應速率方程式中各反應物濃度方次之和7）反應物反應掉一半所需要的時間8）能發生反應的碰撞9）活化分子擁有的最低能量E與反應物分子的平均能量E平之差2反應的速率常數k的物理意義是什么？當時間單位為h，濃度單位為-1molL，對一級、二級和零級反應，速率常數的單位各是什么？解在數值上等于各反應物濃度均為1molL-1時的反應速率，故k又稱為反應的比速率。一級反應：-1;二級反應：Lmol-1-1-1-1hh;零級反應：molLh.3碰撞理論與過渡態理論各如何闡述反應速率的？解碰撞理論

10、認為活化分子在合適的取向上碰撞才能發生化學反應，活化能越小，反應越快。過渡狀態理論認為反應物分子需戰勝必然的活化能，形成不牢固的高能態活化絡合物，這一中間物質能轉變為產物也可分解成反應物。反應速率取決于轉變成生成物的快慢。過分狀態理論借用碰撞理論中活化能的看法，進一步從反應的微觀過程以及反應過程中的能量這兩個方面與反應速率聯系起來考慮，更直觀地揭穿反應的過程。4溫度高升或降低，可逆反應的正、逆向化學反應速率都加快或減慢，為什么化學平衡會搬動？解溫度對不相同反應速率的影響相差很大，可逆反應的Ea和Ea值不相同但均大于零，溫度高升時（其他條件不變），速率常數增大，因此正、逆反應速率都增加。但溫度的

11、改變對Ea值大的反應影響顯然，因此溫度高升正、逆反應速率增加程度不相同，化學平衡將搬動。化學反應的等壓反應熱rHm與反應的活化能之間有什么關系？解rHm=EaEa6在相同溫度下有以下兩個反應：當Ea2Ea1時，溫度的改變對那一個反應的影響大？請依照Arrhenius方程說明原因。解Arrhenius方程為：EaaakRT的變化就越大，速率的變化也越大，即表示相同的溫度變化對Ea值大的反應影響顯然，因此，對反應（2）影響大。7在SO2氧化成SO3反應的某一時刻，SO2的反應速率為-1-113.60molLh，試求O2和SO3的反應速率各是多少？解反應為v(SO2)=1/2v(O2)=v(SO3)

12、則有v(O2-1-1-1-1h=27.2molLh-1-1v(SO3)=13.60molLh8多數農藥的水解反應是一級反應，它們的水解速率是殺蟲收效的重要參照指標。溴氰菊酯在時的半衰期是23天。試求在時的水解常數。解據題意，溴氰菊酯的水解為一級反應,故t1/2=0.693/k=23dk=3.01-2d-19時，NO的分解反應的半衰期是340min，并且與NO的最初壓力沒關。2525求：（1）反應的速率常數是多少？（2）分解完成80%需多少時間？解(1)據題意，此為一級反應，即t1/2=0.693/k=340mink=2.0410-3min-1(2)ln(p0/p)=2.0410-3min-1t

13、t=789min10低濃度蔗糖溶液在酸性條件下水解是準一級反應：C12H22Oll+H2OC6H12O6（葡萄糖）+C6H12O6（果糖）在45C時速率常數為1.8810-2min-1，若蔗糖濃度為0.100molL-1，試計算：反應開始時的瞬時速率。反應進行到30min時的瞬時速率。3）反應進行到30min時蔗糖的水解率是多少？解（1）v=kc0=1.8810-20.100=1.8810-3molL-1min-1(2)由lnc0/c=kt在30min時lnc10-2min-130min=-2.303-0.546=-2.867c=0.057molL-1cc(0.1000.057)molL1(3

14、)30min時，水解率為0100%=0.100molL1100%=43%c011氣體A的分解反應為A(g)產物，當A的濃度為0.50mol?L1時，反應速率為0.014-1-1molLs。若是該反應分別屬于(1)零級反應(2)一級反應(3)二級反應，則當A的濃度等于1.0molL1時，反應速率常數各是多少？解（1）若為零級反應v=kk-1-1=0.014molLs(2)若為一級反應v=kck=v/c=0.014mol-1-1-1-1Ls/0.50molL=0.028s(3)若為二級反應v=kc2k=v/c2=0.014mol-1-1-1)2Ls/(0.50molL=0.056Lmol-1-1s

15、12乙醛的熱分解反應是二級反應，733K和833K時，反應的速率常數分別為0.038和2.10Lmol-1-1773K時的速率常數。（2）773K時當乙醛的濃度為0.050-1s，求（1）反應的活化能及molL，反應到200s時的速率。解（1）由lnk2Ea(T2T1)k1RT1T2則EaRT2T1lnk2(T1T2)k1=8.314Jmol1K1733K833Kln2.10=203.4kJmol-1(833733)K0.038k203.4103Jmol1(773733)K同理，ln773=1.730.0388.314J1molK1733K773Klnk773=1.73-3.27=-1.54k

16、773=0.21Lmol-1-1s(2)對二級反應11ktcc0即110.21Lmol-1-1200s-1c0.05molL1sc=0.016molLv=kc2=0.21L-1-1(0.016mol-12=5.38-5-1-1molsL)10molLs13某藥物分解35%既無效，在45C和55C測出每小時它分解掉0.068%和0.18%，藥物的分解率不受藥物濃度的影響。問：（1）此藥物在的室溫下可保存多長時間？（2）在冰箱中可保存多長時間？解由題意此藥物分解反應為一級反應318K時,c01lnc00.068%c0k318k318=0.070h-1同理328K時,-1k328=0.20h由兩個溫

17、度下的k值代入公式0.20Ea(328318)Kln110.07328K318K8.314JmolK得amol-1E=91.04kJ(1)由上述公式可求得k293=3.7110-3h-1lnc0c0k293t即t=116h35%c0(2)同理可求得k277=4.2810-4h-1lnc0c0k277t即t=1007h35%c014經呼吸O2進入體內，在血液中發生反應：Hb(血紅蛋白)+O2HbO(氧合血紅蛋白)，此反應對2Hb和O2均為一級反應。在肺部兩者的正常濃度應不低于8.0-6和-6molL-1，正常體溫下，該反應的速率常數k6Lmol-1-1s，計算：（1）正常人肺部血液中O的耗資速率

18、和HbO的生成速率各是多少？22（2）若某位患者的HbO2生成速率達到-4-1-1Hb濃度保持正常值，肺molLs，經過輸氧使部O濃度應為多少？2解由題可知此反應為二級反應，且依照反應方程式，O2的耗資速率與HbO2的生成速率相同，即v(O2)=v(HBO2)=kc(O2)c(HB)1）v(O2)=v(HBO2)=1.98106-1-1-6-1-6-110-6-1-1Lmols8.010molL1.610molL=2.53molLs(2)c(O2)=v(HBO2)1.3104molL1s1kc(HB)1.98106Lmol1s18.0106molL1-6molL-115青霉素G的分解為一級反應

19、，實驗測得相關數據以下：T/K310316327k-1-2-2/h0.119求反應的活化能和指數前因子A。解由公式k2Ea(T2T1)lnRT1T2k1=8.314Jmol1K1310K316Kln4.05102=85.3kJmol-1(316310)K2.16102與之相同方法，用不相同溫度下的aa=84.7kJmol-1k求出三個E后，求得均值：E又EalnAlnkRTA12同理，將不相同溫度下的k值代入上述關系式，求出三個A值后，得均值：A1216在，鮮牛奶大體4h開始變酸，但在的冰箱中可保持48h。假定變酸反應的速率與變酸時間成反比，求牛奶變酸反應的活化能。解vk,由題v1/t,即k1

20、/t=8.314Jmol1K1301K278Kln48=75.2kJmol-1(301278)K417反應2(g)+I2(g)在無催化劑、金及鉑催化時活化能分別為184、105及42kJ?mol1，試估計時金、鉑催化時反應速率分別是無催化劑時的多少倍？解設無催化劑時的速率常數為k1，金、鉑為催化劑時的速率常數分別為k2、k3由lnkEalnART得k2Ea1E(184105)103Jmol1lna2=31.87kRT8.314Jmol1K1298K1k213金催化是無催化的13倍k1同理lnk3Ea1Ea3(18442)103Jmol1=57.31kRT8.314Jmol1K1298K1k32

21、4鉑催化是無催化的24倍k118某酶催化反應的活化能是50.0kJ?mol1，試估計此反應在發熱至的病人體內比正常人加快的倍數(不考慮溫度對酶活力的影響)。解由k2Ea(TT50.0103Jmol1ln21)=8.314Jmol1Kk1RT1T21(313310)K=0.19313K310Kk2病人體內此酶的催化反應比正常人快1.2倍k11412219活著的動植物體內C和C兩種同位素的比值和大氣中CO所含這兩種碳同位素的比值是相等的，但動植物死亡后，由于14C不斷演變(此過程為一級反應)1414Net1/25720a14C/12C便不斷下降，考古工作者依照14C/12C值的變化計算生物化石的年

22、齡，如周口店山頂洞原址出土的斑鹿骨化石的14C/12C值是此刻活著的動植物的0.109倍，試估計該化石的年齡。解由題14C演變反應的速率常數k=0.693/t1/2-4a-1化石年齡1c0=141ln14atln1.2110a0.109kcExercisesThemajorreasonwhytherateofmostchemicalreactionincreaseveryrapidlyastemperaturerisesis(a)Thefractionofthemoleculeswithkineticenergygreaterthantheactivationenergyincreasesve

23、ryrapidlyastemperatureincreases.(b)Theaveragekineticenergyincreasesastemperaturerises.(c)Theactivationenergydecreasesastemperatureincreases.(d)Themorecollisionstakeplacewithparticlesplacedsothatreactioncanoccur.SolutionTheansweris(a)2.Psychologistsestimatethatpeopleforgethalfofwhattheyvelearnedinsix

24、monthsiftheydontuseitorreviewit.Ifyoutakeaboutthematerialagainuntilgraduationthreeacourseinyearslater,yourfreshmanhowmuchwillyearanddontthinkyouremember?(Assumethatforgettingtakesplacebyafirst-orderprocess).SolutionAccordingtoquestion,t1/2=0.5a,t=3a.Thisreactionisfirst-orderreaction,sok=0.693/t1/2=0

25、.693/0.5a=1.386aYouwillremember1.56%threeyearslater.3.UsedatafromthefollowingdecompositionofN2O5intoN2O4andO2tableinCCl4todeterminethehalf-lifeofthefirst-orderT(s)20029730?1/2Solutionk298=0.693/t1/2-5s-1k323=0.693/t1/2-4s-1.Forfirst-orderreactionlnk2Ea(T2T1)k1RT1T29.49104s1Ea(323298)Kln5=11323K298K3

26、.4610s18.314JmolKa=106kJmol-1Elnk348106103Jmol1(348298)K51=11=6.15348K298K3.4610s8.314JmolKk348-2s-1t1/2=0.693/k348-2s-1=43sareclearedfromcirculationbyafirst-orderreactionwithahalf-lifeofabout6h.Ifittakes1htogetanaccidentvictim,whoseredbloodcellshavebeenreplacedbytheartificialredbloodcells,toahospit

27、al,whatpercentageoftheartificialredbloodcellswillbeleftwhenthepersonreachesthehospital?SolutionAccordingtoquestion,t1/2=6h,t=1h,forfirst-orderreaction,k=0.693/t1/2=0.693/6h=0.116h-1lnc0=kt=0.116h-1cc0=1.12,theartificialredbloodcellswillbeleftccc05.Thefollowingdataareobtainedatagiventemperaturefortheinitialratesfromareaction,A+2B+E2C+G.cAcBcEExpt(molL-1）（