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、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，并說明何者用于反應(yīng)速率時(shí)與選擇哪種物質(zhì)為準(zhǔn)無關(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) 2N2O5 4NO2O2，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298.15K、12.0 dm

2、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N2O5分子數(shù)目。（答案：（1）7.110-8，-1.1410-7mddm-3s-1 （2）1.011018 ）解：（1） moldm-3moldm-3s-1 moldm-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=cm SourceValue=6 HasSpace=False Negative=True NumberType=1 TCSC=0-6cm3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，238

3、U的衰變?yōu)橐患壏磻?yīng)：238U 206Pb84He由實(shí)驗(yàn)測得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) 甲酸甲酯的水解反應(yīng)為二級反應(yīng)，且當(dāng)酯和堿的初始濃度相

4、等時(shí)，其速率方程可化為純二級反應(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)為混二級反應(yīng)，將反應(yīng)簡寫為： A + B 產(chǎn)物設(shè)t = 0時(shí)： 210-3 0.510-3 0即：cA,0 = 210-3 molL-1，cB,0 = 0.510-3 molL-1，則動(dòng)力學(xué)方程為：對B：當(dāng)cB = 0.5cB,0時(shí)，必有：cA =1.7510-3 molL-1，所以對B而言：7在1100 K，測得NH3在W上起催化反應(yīng)的數(shù)據(jù)如下：NH3的初壓 p0/Pa35330173327733半衰期t1/2/min7.63.71.7(1) 試證明該反應(yīng)近似為零級反應(yīng)；(2)求速率常數(shù)0。 （答案：38.

5、66Pas-1）解：(1) 對于純零級反應(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-181033 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)級數(shù)； (2) 起始壓強(qiáng)101325 Pa時(shí)的半衰期。（答案：二級，101.6s）解：(1) 因t1/2與p0有關(guān)，故不可能是一級反應(yīng)。用零級試嘗：， 得：k0,1 = 72.95及k0,2 = 111.10用二級試嘗：， 得：k2,1 = 9.76

6、10-8及k2,2 =9.6510-8顯然應(yīng)為二級反應(yīng)，平均：k2 = 9.7110-8 (Pas)-1(2) 當(dāng)p0=101325 Pa時(shí)，9300 K時(shí)N2O5分解過程中測得不同時(shí)刻N(yùn)2O5的壓強(qiáng)如下：0142284426pN2O5Pa7999339997199989999（）求反應(yīng)級數(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，4.8810-3s-1 （2）38.6%，237.7Pas-1 ）解： N2O5 N2O4 + 0.5O2(1) 按一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式試算得：t /s 0 142 248 426 0 0.693 1.38 2.078k /s-1

7、 0.00488 0.00486 0.00486故為一級反應(yīng) ，平均： k = 0.00487 s-1(2) t =100s時(shí)0.00487100= ， pN2O5 = 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)測得如下數(shù)據(jù)，試用微分法確定反應(yīng)CH3OCH3 CH4COH2 的級數(shù)。0390665119522403155體系Pa4159754396623957492795192103858124123提示：先由p體系及p求出不同時(shí)的pCH3OCH3，作圖求

8、-dpdt（答案：一級）解： CH3OCH3 CH4COH2t =0 p0t = t pCH3OCH3 pCH4 = pCO = pH2 = p0- pCH3OCH3p體系= pi = 3p0- 2 pCH3OCH3 pCH3OCH3 =3p0-p體系/2從而得到下列數(shù)據(jù)：t /s0390665119522403155pCH3OCH3 /Pa415973519731198249321479910466d/dt16.4114.5411.029.694.74k1044.664.664.744.554.52注：d/dt= ( p0 - pCH3OCH3) / t， k = ( d/dt)(1/ pC

9、H3OCH3)所得速率常數(shù)基本不變，故為一級反應(yīng)。11設(shè)有對峙反應(yīng)A ，A的初始濃度為1.89 molL-1，時(shí)間測得D的濃度x為：1803004209001 440x(molL-1)0.20.330.430.781.051.58(xe)求正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。（答案：6.2910-4 s-1，1.2310-4s-1）解： 對峙反應(yīng) A 為正、逆反應(yīng)均為一級反應(yīng)，則：，試算得如下數(shù)據(jù)：t1803004209001440k11046.2866.5286.3236.3226.341k-11041.2331.2401.24412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)

10、間的金屬氧化膜的厚度，試確定該金屬氧化是幾級。（答案：-1級）解： y2k1tk2，2ydy = k1dt則 ，故此反應(yīng)為 -1級反應(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)歷程推斷來得正確。試按復(fù)雜反應(yīng)歷程推導(dǎo)分解速率方程式。 N2O5 NO2+ NO3 , NO2+ NO3 N2O5 , NO2+ NO3 NO2 + O2 + NO （慢）, NO + NO3 2NO2（答

11、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)在高壓下是一級反應(yīng)，在低壓下是二級反應(yīng)。解： 因?yàn)椋?，而：得： ， 高壓時(shí) ，k3cCk2， ，為一級反應(yīng)低壓時(shí)， k3cCk-1，故可以把A的分解當(dāng)作單向一級反應(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)是一級反應(yīng)。該反應(yīng)的活化能Ea144.35 kJmol-1。已知557.15 K時(shí)這個(gè)反應(yīng)的k3.310-2s-1。現(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)控制在多少度。（答案：521.2 K）解： 對一級反應(yīng)有：所以要使反應(yīng)

12、在10 min內(nèi)轉(zhuǎn)化率達(dá)90%，溫度應(yīng)為T2，則：解得：T2 = 521.2 K25反應(yīng) 2NOO2= 2NO2的一個(gè)可能歷程為：NONO N2O2（快）；k3N2O2 + O2 2NO2（慢）。已知Ea,182 kJmol-1，E a,220.5 kJmol-1，E a,382 kJmol-1，求總反應(yīng)的表觀活化能為多少。（答案：143.5 kJmol-1）解： 采用平衡近似法，根據(jù)反應(yīng)歷程可得：則，因?yàn)閗3為慢反應(yīng)步驟的速率常數(shù)，即可取k30故 Ea = E1+E3-E2= 82+82-20.5=143.5 kJmol-126.。根據(jù)過渡狀態(tài)反應(yīng)速率理論求證n分子氣相反應(yīng)： 產(chǎn)物的活化能EarH nRT。提示：kn(kBT/h)K，EarURT，rUrH(n)RT，n1-nK證： 設(shè)： ? 而 ， 又 ， Ea = rU + RTrU = rH (n)RT = rH -(1-n)RT Ea = rH - (1-n)RT + RT = rH nRT27在無催化劑存在時(shí)，反應(yīng) 2HI= H2T2的活化能為183920 Jmol-1，當(dāng)用鉑作催化劑時(shí)改變了其反應(yīng)歷程，活化能降低為104500 Jmol-1。若反應(yīng)在575 K時(shí)進(jìn)行，求鉑催化劑使此反應(yīng)速率增加的倍數(shù)。（ 答案：1.6107）解： 根據(jù)阿侖尼烏斯方程得：， 28某氣相反應(yīng) 2 為雙分子反應(yīng)，其活化能為110