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 α(A)·c β(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1 mol·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：C T

R

E k a +⋅-=1ln 式中E a 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3-4 NOCl 分解反应为2NOCl→2NO+Cl 2实验测得NOCl 的浓度与时间的关系如下：

t/s

0 10 20 30 40 50 c （NOCl ）/mol·L -1

2.00

1.42

0.99

0.71

0.56

0.48

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，10

42

.100.2-=∆∆=

t c υ= 0.058mol·L -1·s -1 t=10-20s 时，102099.042.1--=∆∆=t c υ= 0.043mol·L -1·s -1

t=20-30s 时，203071.099.0--=∆∆=t c υ= 0.028mol·L -1·s -1

t=30-40s 时，304056.071.0--=∆∆=t c υ= 0.015mol·L -1·s -1

t=40-50s 时，40

5048.056.0--=∆∆=t c υ= 0.008mol·L -1·s -1 作图法略。

习题3-5 660K 时反应2NO + O 2→2NO 2 ，NO 和O 2的初始浓度c (NO )和c (O 2)及反应的初始速率υ的实验数据：

（2）求出反应的级数和速率常数；

（3）求c (NO )= c (O 2)= 0.15mol·

L -1时的反应速率。 解： (1) 设反应的速率方程为υ = k·c α(NO)·c β(O 2),

将数据代入得： 0.030= k ⨯ 0.10 ⨯ 0.10

①

0.060 = k ⨯ 0.10 ⨯ 0.20 ② 0.240 = k ⨯ 0.20 ⨯ 0.20 ③

②／① 得 β =1 ③／② 得 α =2

∴ 反应的速率方程为υ= kc ２

(NO)c (O 2)

（2） 反应的级数为α+β ＝3 速率常数k = 30.0 (mol·L -1)-2·s -1 （3） υ = 0.101 mol·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’t Hoff 规则，估算该反应55℃时的速率常数。

解： k (35℃)/k (25℃) = γ = 2.77 k (55℃)/k (35℃)= γ 2

k (55℃)= γ 2⨯ k (35℃) =2.772⨯3.6⨯10-3 = 27.6⨯10-3s -1

习题3-7 求反应C 2H 5Br→C 2H 4+HBr 在700K 时的速率常数。已知该反应活化能为225 kJ·mol -1，650K 时k =2.0×10-3s -1。

解：设700K (T 2)时的速率常数为k 2, 650K (T 1)时的速率常数为k 1。根据Arrhenius 公式

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=1212a 12

303.21g

T T T T R E k k 1

22332109.3650700314.8303.2)

650700(10225100.2lg ---⨯=⨯⨯⨯-⨯=

⨯S k k

习题3-8 反应C 2H 4+H 2→C 2H 6 在300K 时k 1 = 1.3×10-3mol·L -1·s -1，400K 时k 2 = 4.5×10-3 mol·L -1·s -1，求该反应的活化能E a 。 解：根据Arrhenius 公式

1

-a a 3

3

2

112a 12

mol kJ 4.12400300314.8303.2)300400(103.1105.4lg 303.2)(lg

⋅=⨯⨯⨯-=⨯⨯⋅⋅-=

--E E T T R T T E k k

习题3-9 某反应活化能为180kJ·mol -1，800K 时反应速率常数为k 1，求k 2＝2k 1时的反应温度。 解：

2

231112800314.8303.2)

800(101802lg 2lg lg T T k k k k ⨯⨯-⨯=== k 2 = 2k 1时的反应温度T 2 = 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) + 2H O(l)CaCO (s) = CaO(s) + CO (g)

解： （1）()

()()

3

θ2

θ

2

θ

3θ/)H (/)N (/)NH (p p p p p p K ⋅=

（2）()()()

2

θ2

θ

4

2

θ2θ/)O (/)CH (/)CO (p p p p p p K ⋅=

（3）θ2θ

/)CO (p p K =

习题3-11 已知在某温度时

（1）2CO 2(g) ᆖ2CO(g) + O 2(g) θ

1K = A

（2）SnO 2(s) +2CO(g) ᆖSn(s) + 2CO 2(g) θ

2K = B,则同一温度下的反应

（3）SnO 2(s) 〓 Sn(s) + O 2(g)的θ

3K 应为多少？

解： （3）=（1）+（2）

θ

3

K =θ1K ·θ2K = AB

习题3-12 在1273K 时反应：FeO (s )+ CO (g )ᆖFe (s )+ CO 2(g )的K θ = 0.5，若CO 和CO 2的初始分压分别为500 kPa 和100 kPa ，问：（1）反应物CO 及产物CO 2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) + CO 2(g)

起始时刻p/Pa 500 100

平衡时刻p/Pa 500-x 100+x

5.0500100)CO ()CO (θ

θ2θ

=-+==x

x p p p p K x = 100kPa

CO 的平衡分压为400 kPa , CO 2的平衡分压为200 kPa . (2) 平衡时CO 的转化率α =

%100500

)

400500(⨯- = 20%