大學實驗化學 化學反應速率

PAGEPAGE1大學實驗化學化學反應速率難題解析HYPERLINK[TOP]例7-1HNO2分解反應機理如下，求總反應的速率方程表示式。分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，=v=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根據(jù)如下的氣相反應相關(guān)數(shù)據(jù)T(K)600645k(L2·mol-2m·in-1)6.621056.8110k’(L·mol-1·min-1)8.4040.8求：（1）兩個溫度下的平衡常數(shù)。（2）正向反應和逆向反應的活化能。解（1）600K時，640K時，（2）正反應的活化==2.02kJ·mol-1逆反應的活化能==113.0kJ·mol-1學生自測題HYPERLINK[TOP]HYPERLINK判斷題HYPERLINK選擇題HYPERLINK填空題HYPERLINK問答題HYPERLINK計算題一、判斷題（對的打√，錯的打×）1．化學反應速率常數(shù)kA與反應物的濃度有關(guān)。（）2．對于元反應，反應速率常數(shù)總是隨著溫度的升高而增大。（）3．凡速率方程式中各物質(zhì)濃度的指數(shù)等于反應方程式中其化學式前的系數(shù)時，此反應為元反應。（）4．質(zhì)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，所以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）HYPERLINK[TOP]一、判斷題1．×2．√3．×4．√5．×二、選擇題1．D2．C3．D4．C5．C三、填空題1．（1）（2）32．（3）一級3．（4）一級（5）s—1四、問答題（略）五、計算題1．解：因為該藥物的降解為一級反應設該藥物的有效期為x個月，則：2．解：（1）設速率方程式為①②③由①和②式得：n=1由②和③式得：m=2∴速率方程式為反應級數(shù)為三級（2）將表中數(shù)據(jù)代入速率方程式中得：L2·mol–2·s–1（3）=0.015mol·L–1，=0.025mol·L–1時，代入速率方程：mol·L–1·s–1章后習題答案HYPERLINK[TOP]習題1．解釋并理解下例名詞(1)反應速率(2)瞬時速率(3)元反應(4)質(zhì)量作用定律（5）速率常數(shù)(6)反應級數(shù)（7）半衰期（9）有效碰撞(9)活化能解（1）反應體系中各物質(zhì)的數(shù)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(zhuǎn)化為生成物的化學反應（4）當溫度一定時，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(shù)為指數(shù)的冪之積成正比（5）反應速率方程式中的系數(shù)k，在數(shù)值上等于各反應物濃度均為1mol·L-1時的反應速率；與反應的本性及反應溫度有關(guān)反應物反應掉一半所需要的時間（8）能發(fā)生反應的碰撞（9）活化分子具有的最低能量E’與反應物分子的平均能量E平之差2．反應的速率常數(shù)k的物理意義是什么？當時間單位為h，濃度單位為mol·L-1，對一級、二級和零級反應，速率常數(shù)的單位各是什么？解在數(shù)值上等于各反應物濃度均為1mol·L-1時的反應速率，故k又稱為反應的比速率。一級反應：h-1;二級反應：L·mol-1·h-1;零級反應：mol·L-1·h-1.3．碰撞理論與過渡態(tài)理論各如何闡述反應速率的？解碰撞理論認為活化分子在恰當?shù)娜∠蛏吓鲎膊拍馨l(fā)生化學反應，活化能越小，反應越快。過渡狀態(tài)理論認為反應物分子需克服一定的活化能，形成不穩(wěn)定的高能態(tài)活化絡合物，這一中間物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物也可分解成反應物。反應速率取決于轉(zhuǎn)化為生成物的快慢。過度狀態(tài)理論借用碰撞理論中活化能的概念，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(lián)系起來考慮，更直觀地揭示反應的過程。4．溫度升高或降低，可逆反應的正、逆向化學反應速率都加快或減慢，為什么化學平衡會移動？解溫度對不同反應速率的影響相差很大，可逆反應的Ea和Ea′值不同但均大于零，溫度升高時（其他條件不變），速率常數(shù)增大，因此正、逆反應速率都增加。但溫度的改變對Ea值大的反應影響顯著，所以溫度升高正、逆反應速率增加程度不同，化學平衡將移動。5.化學反應的等壓反應熱rHm與反應的活化能之間有什么關(guān)系？解rHm=Ea－Ea′6．在相同溫度下有如下兩個反應：當Ea2>Ea1時，溫度的改變對那一個反應的影響大？請根據(jù)Arrhenius方程說明原因。解Arrhenius方程為：，對Ea越大的反應，其直線斜率越?。ㄒ駿a>0），即k的變化就越大，速率的變化也越大，即表明相同的溫度變化對Ea值大的反應影響顯著，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13.60mol·L-1·h-1，試求O2和SO3的反應速率各是多少？解反應為(SO2)=1/2v(O2)=v(SO3)則有v(O2)=213.60mol·L-1·h-1=27.2mol·L-1·h-1v(SO3)=13.60mol·L-1·h-18．多數(shù)農(nóng)藥的水解反應是一級反應，它們的水解速率是殺蟲效果的重要參考指標。溴氰菊酯在20C時的半衰期是23天。試求在解據(jù)題意，溴氰菊酯的水解為一級反應,故t1/2=0.693/k=23dk=3.0110-2d-19．25C時，N2O5的分解反應的半衰期是340min，并且與N2O5求：（1）反應的速率常數(shù)是多少？（2）分解完成80%需多少時間？解(1)據(jù)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-1tt=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(shù)為1.8810-2min-1，若蔗糖濃度為0.100mol·L-1，(1)反應開始時的瞬時速率。(2)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=1.8810-3mol·L-1·min-1(2)由lnc0/c=kt在30min時lnc=ln0.100-1.8810-2min-130min=-2.303-0.546=-2.867c=0.057mol·L-1(3)30min時，水解率為100%=100%=43%11．氣體A的分解反應為A(g)產(chǎn)物，當A的濃度為0.50mol?L–1時，反應速率為0.014mol·L-1·s-1。如果該反應分別屬于(1)零級反應(2)一級反應(3)二級反應，則當A的濃度等于1.0mol?L–1時，反應速率常數(shù)各是多少？解（1）若為零級反應v=kk=0.014mol·L-1·s-1(2)若為一級反應v=kck=v/c=0.014mol·L-1·s-1/0.50mol·L-1=0.028s-1(3)若為二級反應v=kc2k=v/c2=0.014mol·L-1·s-1/(0.50mol·L-1)2=0.056L·mol-1·s-112．乙醛的熱分解反應是二級反應，733K和833K時，反應的速率常數(shù)分別為0.038和2.10L·mol-1·s-1，求（1）反應的活化能及773K時的速率常數(shù)。（2）773K時當乙醛的濃度為0.050mol·L-1，反應到200s時的速率。解（1）由則==203.4kJ·mol-1同理，=1.73lnk773=1.73-3.27=-1.54k773=0.21L·mol-1·s-1(2)對二級反應即0.21L·mol-1·s-1200sc=0.016mol·L-1v=kc2=0.21L·mol-1·s-1(0.016mol·L-1)2=5.3810-5mol·L-1·s13．某藥物分解35%既失效，在45C和55C測出每小時它分解掉0.068%和（1）此藥物在20（2）在4解由題意此藥物分解反應為一級反應318K時,k318=0.070h-1同理328K時,k328=0.20h-1由兩個溫度下的k值代入公式得Ea=91.04kJ·mol-1(1)由上述公式可求得k293=3.7110-3h-1即t=116h(2)同理可求得k277=4.2810-4h-1即t=1007h14．經(jīng)呼吸O2進入體內(nèi)，在血液中發(fā)生反應：Hb(血紅蛋白)+O2→HbO2(氧合血紅蛋白)，此反應對Hb和O2均為一級反應。在肺部兩者的正常濃度應不低于8.010-6和1.610-6mol·L-1，正常體溫37C下，該反應的速率常數(shù)k=1.98106L·mol-1（1）正常人肺部血液中O2的消耗速率和HbO2的生成速率各是多少？（2）若某位患者的HbO2生成速率達到1.310-4mol·L-1·s-1，通過輸氧使Hb濃度維持正常值，肺部O2濃度應為多少？解由題可知此反應為二級反應，且根據(jù)反應方程式，O2的消耗速率與HbO2的生成速率相同，即v(O2)=v(HBO2)=kc(O2)c(HB)（1）v(O2)=v(HBO2)=1.98106L·mol-1·s-18.010-6mol·L-11.610-6mol·L-1=2.5310-6mol·L-1(2)c(O2)==6.4210-6mol·L-115．青霉素G的分解為一級反應，實驗測得有關(guān)數(shù)據(jù)如下：T/K310316327k/h-12.1610-24.0510-20.119求反應的活化能和指數(shù)前因子A。解由公式==85.3kJ·mol-1與之相同方法，用不同溫度下的k求出三個Ea后，求得均值：Ea=84.7kJ·mol-1又A=4.041012同理，將不同溫度下的k值代入上述關(guān)系式，求出三個A值后，得均值：A=4.05101216．在28C，鮮牛奶大約4h開始變酸，但在5解v∝k,由題v∝1/t,即k∝1/t==75.2kJ·mol-117．反應2HI(g)H2(g)+I2(g)在無催化劑、金及鉑催化時活化能分別為184、105及42kJ?mol–1，試估算25解設無催化劑時的速率常數(shù)為k1，金、鉑為催化劑時的速率常數(shù)分別為k2、k3由得=31.87=7.01013金催化是無催化的7.01013倍同理=57.31=7.81024鉑催化是無催化的7.81024倍18．某酶催化反應的活化能是50.0kJ?mol–1，試估算此反應在發(fā)燒至40C的病人體內(nèi)比正常人(37解由==0.19=1.240C病人體內(nèi)此酶的催化反應比正常人(3719．活著的動植物體內(nèi)14C和12C兩種同位素的比值和大氣中CO2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14C14N＋et1/2＝514C/12C便不斷下降，考古工作者根據(jù)14C/12C值的變化推算生物化石的年齡，如周口店山解由題14C蛻變反應的速率常數(shù)k=0.693/t1/2=0.693/5720a=1.2110-4a化石年齡==1.83104aExercises1.Themajorreasonwhytherateofmostchemicalreactionincreaseveryrapidlyastemperaturerisesis(a)Thefractionofthemoleculeswithkineticenergygreaterthantheactivationenergyincreasesveryrapidlyastemperatureincreases.(b)Theaveragekineticenergyincreasesastemperaturerises.(c)Theactivationenergydecreasesastemperatureincreases.(d)Themorecollisionstakeplacewithparticlesplacedsothatreactioncanoccur.SolutionTheansweris(a)2.Psychologistsestimatethatpeopleforgethalfofwhatthey’velearnedinsixmonthsiftheydon’tuseitorreviewit.Ifyoutakeacourseinyourfreshmanyearanddon’tthinkaboutthematerialagainuntilgraduationthreeyearslater,howmuchwillyouremember?(Assumethatforgettingtakesplacebyafirst-orderprocess).SolutionAccordingtoquestion,t1/2=0.5a,t=3a.Thisreactionisfirst-orderreaction,sok=0.693/t1/2=0.693/0.5a=1.386aYouwillremember1.56%threeyearslater.3.Usedatafromthefollowingtabletodeterminethehalf-lifeofthefirst-orderdecompositionofN2O5intoN2O4andO2inCCl4at75T(C)255075T1/2(s)20029730?SolutionAt25C(298K),k298=0.693/t1/2=0.693/20029s=3.4610-5s-1,at50C(323K),k323=0.693/t1/2=0.693/730s=9.4910-4s-1.Forfirst-orderreaction=Ea=106kJ·mol-1==6.15At75C(348K)k348=1.6210-2s-1t1/2=0.693/k348=0.693/1.6210-2s-1=43s4.Researchershavecreatedartificialredbloodcells.Theseartificialredbloodcellsareclearedfromcirculationbyafirst-orderreactionwithahalf-lifeofabout6h.Ifittakes1htogetanaccidentvictim,whoseredbloodcellshavebeenreplacedbytheartificialredbloodcells,toahospital,whatpercentageoftheartificialredbloodcellswillbeleftwhenthepersonreachesthehospital?SolutionAccordingtoquestion,t1/2=6h,t=1h,forfirst-orderreaction,k=0.693/t1/2=0.693/6h=0.116h-1ln=kt=0.116h-11h=0.116=1.12,theartificialredbloodcellswillbeleft100%=89%5.Thefollowingdataareobtainedatagiventemperaturefortheinitialratesfromareaction,A+2B+E→2C+G.cAcBcEExpt(mol·L-1）（mol·L-1）(mol·L-1)initialrate(v)11.601.601.00R120.801.601.001/2R130.800.801.001/8R141.601.600.502R150.800.800.50R5=?(a)Whataretheord