化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)習(xí)題解答

1、第六章 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)思考題解答一、是非題（判斷下列說(shuō)法是否正確，并說(shuō)明理由） 1. 錯(cuò) 2. 對(duì) 3. 錯(cuò) 4. 錯(cuò) 5. 錯(cuò) 6. 錯(cuò) 7. 對(duì) 8. 對(duì) 9.錯(cuò) 10. 對(duì) 二、選擇題1. B 2. A. 3. B. 4. D. 5 .C 6.D. 7. A. 8. B 9. B. 10. C. 習(xí)題解答1.請(qǐng)根據(jù)質(zhì)量作用定律，寫出下列各基元反應(yīng)或復(fù)合反應(yīng)中與各物質(zhì)濃度的關(guān)系。k1k-1（1） （2）k2k-2k1k-1（3） （4）2A B（5）2A 2B+D B+A 2D （6） 解：（1） （2）（3） （4） （5） （6）2.某人工放射性元素放出粒子，半衰期為15min。試問(wèn)多

2、長(zhǎng)時(shí)間后該試樣能分解掉80%。解：由題意得該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，符合一級(jí)反應(yīng)的條件，則得 = =0.0462mol-1由積分定義式 令得 則 t=34.84min 3.反應(yīng)，在318K下測(cè)得N2O5的濃度如下：t/min020406080100120140160c/mol·m-317.69.735.462.951.670.940.500.280.16求該反應(yīng)的級(jí)數(shù)和速率常數(shù)及半衰期。解：用嘗試法假設(shè)的分解反應(yīng)屬于一級(jí)反應(yīng)，由一級(jí)反應(yīng)積分式定義：，把每一時(shí)間的濃度代入上式，計(jì)算，看其是否常數(shù)，或采用作圖法，將lnC對(duì)t作圖，看其是否直線，由直線的斜率確定反應(yīng)的級(jí)數(shù)。將20min 和9.73

3、 mol·m-3代入上式， 得 =0.0296min-1將80min 和1.67 mol·m-3代入上式， 得 =0.0294min-1將160min 和0.16 mol·m-3代入上式， 得 =0.0294min-1類似地代入其他值，發(fā)現(xiàn)為一常數(shù)，則為一級(jí)反應(yīng)，=0.0295min-1則 =23.49min4.某一級(jí)反應(yīng)600K時(shí)半衰期為370min，活化能為。求該反應(yīng)在650K時(shí)的速率常數(shù)和反應(yīng)物消耗75%所需的時(shí)間。 解: 由題意可知 則600K時(shí) =根據(jù) 則650K時(shí) k2=0.1323min-1根據(jù)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 當(dāng)y=0.75，得 t=10.65m

4、in5.某物質(zhì)A分解反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到A變?yōu)槌跏紳舛鹊?/3時(shí)，所需時(shí)間為2 min，若繼續(xù)反應(yīng)到變?yōu)槌跏紳舛鹊?/3時(shí)，需要多長(zhǎng)時(shí)間？解：根據(jù)二級(jí)反應(yīng)的積分式 ，當(dāng)反應(yīng)物消耗百分?jǐn)?shù)為y時(shí)， 可得 當(dāng)y=1/3時(shí)，t=2min，代入上式，得 k2=0.25mol -1min-1 當(dāng)y=2/3時(shí)，得 t=8min則 Dt=6min6.某抗菌素在人體血液中分解呈現(xiàn)簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)的反應(yīng)，如果給病人在上午8點(diǎn)注射一針抗菌素，然后在不同時(shí)刻t測(cè)定抗菌素在血液中的質(zhì)量濃度，得到如下數(shù)據(jù)：(1)試計(jì)算：該分解反應(yīng)的級(jí)數(shù)；(2)求反應(yīng)的速率常數(shù)k和半衰期t1/2；(3)若抗菌素在血液中質(zhì)量濃度不低于0.3

5、7 mg/(100cm3)才為有效，求應(yīng)該注射第二針的時(shí)間。t/h481216/mg/(100cm3)0.4800.3260.2220.151 解:（1）本題用作圖法得 為一條直線，故為一級(jí)反應(yīng)。也可用計(jì)算法根據(jù) 將表中數(shù)據(jù)代入，得 解得 k1=0.0967h-1 解得 k1=0.0963h-1可見k1值相等，證明為一級(jí)反應(yīng)。（2）由上述計(jì)算可知 k1=0.096h-1則 = 7.22 h（3）根據(jù) 代入任一組數(shù)據(jù)，可得 =0.7047mg/100cm3 則抗菌素濃度為0.37 mg/(100cm3)時(shí)， 根據(jù)注射第二針的時(shí)間 t=6.72h7.證明下列結(jié)論：（1）某氣相反應(yīng)的速率表達(dá)式分別用

6、濃度和壓力表示時(shí)為：n和n。設(shè)氣體為理想氣體，則 kc與kp之間的關(guān)系為。（2）氣相二級(jí)反應(yīng)，初始?jí)毫閜0，并且開始沒(méi)有B，反應(yīng)中系統(tǒng)的總壓力為pt，A的半衰期為t1/2，則，。（3）對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到50%，75%，87.5%時(shí)，設(shè)所需的時(shí)間分別為t1/2、t3/4、t7/8，則有t1/2：t3/4：t7/8 = 1：2：3。（4）反應(yīng)AP，實(shí)驗(yàn)測(cè)得是1/2級(jí)反應(yīng)，則有：；。證明（1）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 (2) 2AB t=0 p0 0t=t p0-p ppt=p0-p/2r=k2(p0-p)2移項(xiàng) 積分有 所以 當(dāng)p=p0/2時(shí)，代入得 (3)根據(jù)一級(jí)反應(yīng)積分式 得 即 （

7、4）由 做定積分得： 8.某氣相反應(yīng)2AA2為二級(jí)反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下，試求速率常數(shù)kc。t/s0100200400p總/Pa41329.934397.231197.427331.120665.0 解： 2A A2t=0時(shí) p0 0t=t時(shí) p0-2p pp總= p0 p p = p0 -p總 則 pA = p0-2p = p0-2 p0 +2p總= 2p總 - p0該反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng), 當(dāng)t=200s時(shí)， pA = 2p總 - p0 =2×31197.4 - 41329.9 = 21064.9 Pa9.濃度相同的A和B溶液等體積混合，發(fā)生反應(yīng)A+BC，在反應(yīng)1.0h后，A已消耗了75%

8、；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為2.0h后，在下列情況下，A還剩下多少?zèng)]有反應(yīng)？（1）當(dāng)該反應(yīng)對(duì)A為一級(jí)，對(duì)B為零級(jí)；（2）當(dāng)對(duì)A，B均為一級(jí)；（3）當(dāng)對(duì)A，B均為零級(jí)。解：（1）該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)， 當(dāng)y=0.75時(shí) k1=2ln2 h-1 當(dāng) t=2 h時(shí) y=即A剩余，為6.25%。（2）該反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng) 即 當(dāng)y=0.75時(shí) k2= 當(dāng)t=2 h 時(shí) y= 即A剩余，為14.28%。（3） 反應(yīng)為零級(jí)時(shí) =0.75a 當(dāng)t=2 h 時(shí) x=1.5a 即A無(wú)剩余。10.反應(yīng)可能有如下幾種反應(yīng)機(jī)理，試分別寫出其動(dòng)力學(xué)方程的表達(dá)式。k1k-1（1）（慢） B2 2B（快） （快）k1k-1k2k-2（2）A2

9、2A（快） B2 2B（快） （慢）（3）（慢） （快）解（1）根據(jù)速率控制步 （2）根據(jù)速率控制步 根據(jù)穩(wěn)態(tài)近似 可得 可得 則 (3) 根據(jù)速率控制步 11.有正逆反應(yīng)均為一級(jí)的對(duì)峙反應(yīng)： ，正逆反應(yīng)的半衰期均為t1/2=10min，若起始時(shí)R的物質(zhì)的量為1mol，試計(jì)算在10min后，生成P的量。 解：該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng) k1 = 0.0693min-1 1 0 1-x x 解之得 x=0.375mol 12.在不同溫度下丙酮二羥酸在水中分解的速率常數(shù)為T/K273293313333k/10-5min-12.4647.55765480求該反應(yīng)的活化能Ea和指前因子A，判斷該反應(yīng)的級(jí)數(shù)，并求

10、373K時(shí)的半衰期。解：由題意得該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)：由lnk對(duì)1/T作圖得到一直線，斜率和截距得到Ea=93657J/mol。373K時(shí)反應(yīng)的速率常數(shù)由阿侖尼烏斯公式計(jì)算： k=1.992min-1 =0.348mink-1k1 13.反應(yīng)2NO(g)+O2 2NO2(g)有如下數(shù)據(jù)：T/K600645k1/6.63×1056.52×105k-1/8.3940.7試求：（1）在這兩溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)；（2）正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)的活化能Ea和。解：由題意得該反應(yīng)為三級(jí)反應(yīng)：（1）T1=600K K1=7.9023104T2=645K K2=1.602104（2）正向反應(yīng)：逆向反

11、應(yīng)： 14.某溶液中含有NaOH及CH3COOC2H5，濃度均為0.01mol×L-1。在298K時(shí)，反應(yīng)經(jīng)10min有39%的CH3COOC2H5分解，而在308K時(shí)，反應(yīng)10min有55%的CH3COOC2H5分解。該反應(yīng)速率方程為。試計(jì)算：（1）在298K，308K時(shí)，反應(yīng)的速率常數(shù)；（2）在288 K時(shí)，反應(yīng)經(jīng)10min后，CH3COOC2H5分解的分?jǐn)?shù)；（3）在293 K時(shí)，若有50%的CH3COOC2H5分解，需要多少時(shí)間？解：（1）由可知，該反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)，根據(jù) 當(dāng)T2=298K時(shí)， k1 =6.39(mol/l)-1min-1當(dāng)T3=308K時(shí) k2=12.22(mo

12、l/l)-1min-1（2）由 可得當(dāng)T=288K時(shí)，由得： k3 =3.1945(mol/l)-1min-1288K時(shí)，反應(yīng)經(jīng)10min后，由二級(jí)反應(yīng) 得 y=0.242（3）當(dāng)293K時(shí)，由得 k4=4.54(mol/l)-1min-1根據(jù) ，當(dāng)y=0.50時(shí)，可得 t =22.03min.。k1k-115.有正逆反應(yīng)均為一級(jí)的對(duì)峙反應(yīng)：R P，已知其速率常數(shù)和平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式為：和（），已知反應(yīng)開始時(shí)，試計(jì)算：(1) 逆反應(yīng)的活化能；(2) 400K時(shí)，反應(yīng)10s后，A和B的濃度；(3) 400K時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，A和B的濃度。解（1）根據(jù) ，與式比較可得Ea1= 2.303

13、15;8.314×2000 = 38.294kJ.mol-1根據(jù) ，與比較可得rUm= -38.294 kJ.mol-1由rUm = Ea1 - Ea-1 可得Ea-1 = Ea1 -rUm = 76.59 kJ.mol-1（2）T= 400K時(shí)，代入上式推出=0.1s , KC=10,則 =0.01s t=0s時(shí) 0.5 0.05t=10s時(shí) 0.5-x 0.05+x定積分得 當(dāng)t=10s時(shí)，解得 x=0.3mol.L-1即 CA=0.5-0.3=0.2 mol.L-1 , CB=0.05+0.3=0.35 mol.L-1(3)T=400K時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)，16.已知?dú)庀喾磻?yīng)2NOC

14、l2NO+Cl2的Ea=105.5kJ×mol-1，NOCl的分子直徑為2.83´10-10m，摩爾質(zhì)量為65.5´10-3kg×mol-1。試用碰撞理論計(jì)算600K時(shí)的速率常數(shù)和指前因子。解：由題意可得為同一種分子相互碰撞 7.78´107m3×mol-1×s-1結(jié)合上述兩式可得 kAA=5.09´10-2m3×mol-1×s-117.在298K時(shí)，某化學(xué)反應(yīng)，如加催化劑，可使其活化熵和活化焓比不加催化劑時(shí)分別下降了10 J×mol-1和10 kJ×mol-1，試求不加催化劑與加入催化劑后的兩個(gè)反應(yīng)的速率常數(shù)的比值為多少？解：設(shè)加催化劑的速率常數(shù)為k1，不加催化劑的速率常數(shù)為k0，則即 =0.0588 k1k-118.已知酶催化反應(yīng) E + S ES P + E其k1，k-1，k2別為1.00´107dm3×mol-1×s-1，1.00´102s-1，3.00´102s-1，問(wèn)：（1）該反應(yīng)的米氏常數(shù)KM為多少？（2）當(dāng)反應(yīng)速率r分別為最大反應(yīng)速率rmax的1/2，5/6和10/11時(shí)，底物的濃度cS分別為多少？解：根據(jù)米氏方程（1）（2）當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)， = = 當(dāng) 時(shí)，