中南大學(xué)物化課后習(xí)題答案 7章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)

1、中南大學(xué)物化課后習(xí)題答案 7 章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)第7章化學(xué)動(dòng)力學(xué)1以氨的分解反應(yīng)2NH3= N23H2為例，導(dǎo)出反應(yīng)進(jìn)度的增加速率與，之間的關(guān)系，并說(shuō)明何者用于反應(yīng)速率時(shí)與選擇哪種物質(zhì)為準(zhǔn)無(wú)關(guān)。解：，2甲醇的合成反應(yīng)如下：CO22 = CH3OH已知，求，各為多少?（答案：2.44，4.88moldm-3h-1）解：，3下列復(fù)雜反應(yīng)由所示若干簡(jiǎn)單反應(yīng)組成，試根據(jù)質(zhì)量作用定律寫出以各物質(zhì)為準(zhǔn)的速率方程式。(1) (2)(3) (4)解：(1) ，(2) (3)(4) 4理想氣體反應(yīng) 2N 2O 5 4NO 2O 2，在298.15 K 的速率常數(shù)k 是1.7310-5-1，速率方程為。(1)計(jì)算在2

2、98.15K 、12.0 dm 3的容器中，此反應(yīng)的和即各為多少? (2)計(jì)算在(1)的反應(yīng)條件下，1s 內(nèi)被分解的N 2O 5分子數(shù)目。 （答案：（1）7.110-8，-1.1410-7mddm -3s -1 （2）1.011018）解：（1）moldm -3 moldm-3s-1moldm-3s-1（2）1.410-712.06.0221023=1.011018個(gè)分子5已知每克隕石中含238U 6.310-8，He為20.7710st1:chmetcnv UnitName=cmSourceValue=6 HasSpace=False Negative=True NumberType=1 T

3、CSC=0-6cm3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，238U的衰變?yōu)橐患?jí)反應(yīng)： 238U 206Pb84He 由實(shí)驗(yàn)測(cè)得238U的半衰期為4.51109 y，試求該隕石的年齡。 （答案：2.36109年）解：每克隕石中含He：mol 最開(kāi)始每克隕石中含238U的量：mol 現(xiàn)在每克隕石中含238U的量：mol衰變速率常數(shù)：6303.01 K時(shí)甲酸甲酯在85%的堿性水溶液中水解，其速率常數(shù)為4.53 mol-1Ls-1。(1) 若酯和堿的初始濃度均為110-3molL-1，試求半衰期。(2 )若兩種濃度，一種減半，另一種加倍，試求量少者消耗一半所需的時(shí)間為多少。（答案：220.8，82.36s）解：(1) 甲酸

4、甲酯的水解反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)，且當(dāng)酯和堿的初始濃度相等時(shí)，其速率方程可化為純二級(jí)反應(yīng)速率方程形式：故：(2) 且當(dāng)酯和堿的初始濃度不相等時(shí)為混二級(jí)反應(yīng)，將反應(yīng)簡(jiǎn)寫為： A + B 產(chǎn)物設(shè)t = 0時(shí)：210-3 0.510-3 0即：c A,0 = 210-3 molL-1，c B,0 = 0.510-3 molL-1，則動(dòng)力學(xué)方程為：對(duì)B：當(dāng)c B = 0.5c B,0時(shí)，必有：c A =1.7510-3 molL-1，所以對(duì)B而言：7在1100 K，測(cè)得NH3在W上起催化反應(yīng)的數(shù)據(jù)如下：NH3的初壓p0/Pa 35330 17332 7733半衰期t1/2/min 7.6 3.7 1.7(1)

5、 試證明該反應(yīng)近似為零級(jí)反應(yīng)；(2)求速率常數(shù)0。 （答案：38.66Pas-1）解：(1) 對(duì)于純零級(jí)反應(yīng)，其半衰期為，則用嘗試法計(jì)算k0如下：Pas-1 ;Pas-1Pas-1k0值基本為常數(shù)，因此為零級(jí)反應(yīng)。(2) 該反應(yīng)的速率常數(shù)k0值可取以上3個(gè)計(jì)算值的平均值：k0 =38.56 Pas-1 81033 K時(shí)2O的熱分解獲得如右數(shù)據(jù)：Pa 38663 479961/2s 265 216求：(1) 反應(yīng)級(jí)數(shù)；(2) 起始?jí)簭?qiáng) 101325 Pa時(shí)的半衰期。 （答案：二級(jí)，101.6s）解：(1) 因t1/2與p0有關(guān)，故不可能是一級(jí)反應(yīng)。用零級(jí)試嘗：，得：k0,1 = 72.95及k0

6、,2 = 111.10用二級(jí)試嘗：，得：k2,1 = 9.7610-8及k2,2 =9.6510-8顯然應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)，平均：k2 = 9.7110-8 (Pas)-1(2) 當(dāng)p0=101325 Pa時(shí)，9300 K時(shí)N2O5分解過(guò)程中測(cè)得不同時(shí)刻N(yùn)2O5的壓強(qiáng)如下：0 142 284 426p N2O5Pa 79993 39997 19998 9999（）求反應(yīng)級(jí)數(shù)和速率常數(shù)；(2) 100 時(shí)N2O5的轉(zhuǎn)化率及瞬時(shí)速率。（答案：（1）一級(jí)，4.8810-3s-1（2）38.6%，237.7Pas-1）解：N2O5 N2O4 + 0.5O2(1) 按一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式試算得：t /s 0 1

7、42 248 4260 0.693 1.38 2.078k /s-1 0.00488 0.00486 0.00486故為一級(jí)反應(yīng)，平均：k = 0.00487 s-1(2) t =100s時(shí)0.00487100= ，p N2O5 = 49166Pa轉(zhuǎn)化率= (79993-49166) / 79993 = 38.54%r N2O5= 0.0048749166 = 239.4Pas-110777 K時(shí)二甲醚分解實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下數(shù)據(jù)，試用微分法確定反應(yīng)CH3OCH3 CH4COH2的級(jí)數(shù)。0 390 665 1195 2240 3155 體系Pa 41597 54396 62395 74927 9519

8、2 103858 124123提示：先由p體系及p求出不同時(shí)的p CH3OCH3，作圖求-d pd t（答案：一級(jí)）解：CH3OCH3 CH4COH2t =0 p0t = t p CH3OCH3p CH4 = p CO = p H2 = p0- p CH3OCH3p體系= p i = 3p0- 2 p CH3OCH3p CH3OCH3 =3p0-p體系/2從而得到下列數(shù)據(jù)：t /s0390665119522403155 p CH3OCH3 /Pa415973519731198249321479910466 d/dt16.4114.5411.029.69 4.74k104 4.66 4.66 4

9、.74 4.554.52注：d/dt= ( p0 - p CH3OCH3) / t，k = ( d/dt)(1/ p CH3OCH3)所得速率常數(shù)基本不變，故為一級(jí)反應(yīng)。11設(shè)有對(duì)峙反應(yīng)A ，A的初始濃度為1.89 molL-1，時(shí)間測(cè)得D的濃度x為：180 300 420 900 1 440 x(molL) 0.2 0.33 0.43 0.78 1.05 1.58(x e)求正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。 （答案：6.2910-4 s-1，1.2310-4s-1）解：對(duì)峙反應(yīng) A 為正、逆反應(yīng)均為一級(jí)反應(yīng)，則：，試算得如下數(shù)據(jù)：t1803004209001440 k1104 6.286 6.528 6

10、.323 6.322 6.341k-1104 1.233 1.240 1.24412某金屬的氧化反應(yīng)服從下列拋物線方程式： y2k1tk2，式中y為在反應(yīng)到t時(shí)間的金屬氧化膜的厚度，試確定該金屬氧化是幾級(jí)。（答案：-1級(jí)）解：y2k1tk2，2y d y = k1d t則，故此反應(yīng)為-1級(jí)反應(yīng)。13反應(yīng)2NOO2 = 2NO2的歷程可能是：NONO N2O2，N2O2 2NO , N2O2 + O2 2NO2試導(dǎo)出解：，按穩(wěn)態(tài)法處理，即，可求得：14五氧化二氮的分解為典型的一級(jí)反應(yīng)，分解產(chǎn)物為NO2和O2，下面的復(fù)雜反應(yīng)歷程推斷較之單分子反應(yīng)歷程推斷來(lái)得正確。試按復(fù)雜反應(yīng)歷程推導(dǎo)分解速率方程式

11、。N2O5 NO2+ NO3 , NO2+ NO3 N2O5 ,NO2+ NO3 NO2 + O2 + NO （慢）, NO + NO3 2NO2（答案：）解：總反應(yīng)為：2N2O5 ? 4NO2+O2，而：解得：，15某反應(yīng)的歷程為A ?D ，D + C G，試證明該反應(yīng)在高壓下是一級(jí)反應(yīng)，在低壓下是二級(jí)反應(yīng)。解：因?yàn)椋?，而：得：，高壓時(shí)，k3c Ck2，為一級(jí)反應(yīng)低壓時(shí)，k3c C16甲酸在金表面上分解為CO2和H2的反應(yīng)是一級(jí)反應(yīng)，413 K和458 K的速率常數(shù)分別為5.510-4s-1和9.210-3s-1，求分解反應(yīng)的活化能E a。 (答案：98.4kJmol-1)解：直接套用公式：

12、17實(shí)驗(yàn)測(cè)得N2O5在不同溫度下的分解反應(yīng)速率常數(shù)，試作圖求N2O5分解反應(yīng)的活化能。（答案：103.68kJmol-1）TK273.15298.15318.15338.15kmin 4.710-5 2.010-3 3.010-23.010-1解：以ln k對(duì)T -1作圖，可得一條直線（如右圖所示），其斜率=12470，故E a = 12470R =103.68 kJmol-118乙酸乙酯與氫氧化鈉皂化反應(yīng)的速率常數(shù)在282.55 K時(shí)為2.37(molL-1)-1s-1；287.55 K時(shí)增至6.024(molL-1)-1s-1，求：(1)活化能E a及頻率因子A；(2) 334.55 K的

13、反應(yīng)速率常數(shù)；(3) 用以上兩溫度的數(shù)據(jù)求范特霍夫公式中的溫度系數(shù)值。 （答案：125.5 kJmol-1，4.261023，9.89103，6.46）解：(1)，(2)(3)19600 K濃度為1 molL-1的某分子HA間，每升每秒的碰撞數(shù)為3.11034，已知該分子按雙分子碰撞分解，E184.1mol-1，試用碰撞理論計(jì)算其分解的速率常數(shù)(設(shè)幾率因子P)。（答案：1.031105Jmol-1）解：對(duì)于同一種分子，Z AA= L2Z AA= 2碰撞頻率Z AA是每升每秒的碰撞分子數(shù)20乙炔的熱分解是二級(jí)反應(yīng)，活化能為1.904105 Jmol-1，分子直徑為510-8cm，計(jì)算：(1) 8

14、00 K和101325 Pa時(shí)，單位時(shí)間(s)和體積(ml)內(nèi)起作用的分子數(shù)；(2) 速率常數(shù)值(以Lmol-1-1表示)。（答案：9.61110-6moldm-3s-1）解: (1)= 9.1741024個(gè)分子m-3= 9.1741018個(gè)分子cm-3(2)21.某地出產(chǎn)的銣礦石中含有9.0010-7kg的Sr，及4.5010-4kg的Rb。其中Sr有80.00%是Sr87，Rb有27.0%是能蛻變( 放射出粒子)成Sr87的Rb87。求此礦石之礦齡。已知Rb87的蛻變常數(shù)為1.1010-11 y-1。（答案：2.81018個(gè)分子dm-3s-1，0.2mol-1dm3s-1）解：Rb87 +

15、Sr8722反應(yīng)A D在正、逆兩個(gè)方向均是一級(jí)，當(dāng)A、D的初始濃度分別為c A,0和c D,0時(shí)，求A的濃度隨時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系；當(dāng)t 時(shí)，求c Dc A的值。解：，當(dāng)t 時(shí)，23反應(yīng)A(g ) = C(g)D(g) 在298 K時(shí)，k1和k-1分別為0.2-1和5.010-4Pa-1s-1，溫度增加到310 K時(shí)，k1和k-1均增加到原來(lái)的兩倍。計(jì)算：(1) 298 K時(shí)的平衡常數(shù)；(2)正、逆反應(yīng)的活化能E1、E-1；(3) 如果在298 K反應(yīng)開(kāi)始時(shí)只有A，其壓強(qiáng)p101325Pa，計(jì)算當(dāng)總壓強(qiáng)增至151987.5Pa時(shí)反應(yīng)時(shí)間為多少。解：(1)（2）根據(jù)可求得：E1 = E-1= 44.36 kJ.mol-1(3) A = C + Dt = 0 101325 0 0t = t 101325 -p x p x p x故：p總= 101325+p x當(dāng)p總= 151987.5Pa時(shí)，p x = 50662.5 Pa，即A減少了一半。而k1k-1，故可以把A的分解當(dāng)作單向一級(jí)反應(yīng)處理，則所需時(shí)間就是A物的半衰期：24醋酸酐的分解反應(yīng)是一級(jí)反應(yīng)。該反應(yīng)的活化能E a144.35 kJmol-1。已知557.15 K時(shí)這個(gè)反應(yīng)的k3.310-2s-1?，F(xiàn)要控制該反應(yīng)在10 min內(nèi)轉(zhuǎn)化率達(dá)90%，試確定反應(yīng)溫度應(yīng)控制在多少