第三章 化学平衡和化学反应速率

11?I2(g)+ Cl2(g)的K1?2.2?10?3。试计算：22??① 2ICl(g) ?I2(g)+Cl2(g)的K2，② I2(g)+Cl2(g) ?2ICl(g)的K3。

1．（1）已知298K时，反应ICl(g) ???2??答：K2=(K1)=4.84?10-6 K3=1/K2=2.07?105

（2）已知某温度时反应H2(g)+S(g) ??H2S(g)的K1?1.0?10?3；反应S(g)+O2(g)

???SO2(g)的K2。 ?5.0?10?6，试计算：H2(g)+SO2(g) ?H2S(g)+O2(g)的K3答：K?3=

K1?=200 ?K22．某温度时，反应Fe3O4(s)+4H2(g) ?3Fe(s)+4H2O(g)，开始时用氢1.6g和过量的Fe3O4

在密闭容器中作用达至平衡后，有铁16.76g生成，求此反应的标准平衡常数K?。

答：消耗H2：

16.674?＝0.4mol 生成H2O: 0.4mol 563PH2OnH2ORT==

K=P??PH2P?vP?=1 nH2RTvP?3．碳酸氢钠的热分解反应2NaHCO3(s) ?Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)。在125℃时，

K?=0.253，求此温度下，CO2（g）和H2O（g）的平衡分压。

PCOPH2O答：K? =(?2)·(?)

PP 因为PCO2=PH2O

所以PCO2=PH2O＝0.253?101325Pa=50966Pa=5.1×104

4．利用附录二中的热力学数据，计算反应SO2(g)+

?和K?。 ?rGm???答：?rGm=?rGm(SO3,g)－?rGm(SO2,g)=-371.08－(-300.19)=70.86kJ·mol-1 ?=-2.303RTlgK? ?rGm1O2(g) ?SO3(g)，在298K时的2K?=2.565?1012

5．将纯氨气装入密闭容器中，在400℃、1MPa下达至平衡，测得有98%（体积）的氨

?分解。试计算氨分解反应在该温度下的标准Gibbs函数?rGm。

答：假设有100体积的氨，则最后生成49体积氮气，98体积氢气，剩余2体积氨气 由于PNH3?vNH3vP PN2?vN2vP PH2?vH2vP

1

147400349400(?)????19810=1.39?106 故K?=PP=19810PNH324002(?)?19810P?=-2.303RTlgK?=-11.057kJ·mol-1 ?rGm6．某温度下，反应H2(g)+I2(g) ?2HI(g)达到平衡时，测得系统中c(H2)=0.5mol·L-1，

c(I2)=0.5mol·L-1，c(HI)=1.23mol·L-1。如果在此时从容器中迅速抽出HI（g）0.6mol·L-1。平衡将向何方移动？求再次平衡时各物质的浓度。

答：平衡向正反应方向移动

PH2PN2(0.63?2x)21.232= 20.5?0.5(0.5?x)解得x=0.1345mol

所以达到新平衡状态时 c(H2)=c(I2)=0.3655=0.37mol·L-1

c(HI)=0.899=0.90 mol·L-1

7．反应PCl3(g)+Cl2(g) ?PCl5(g)达到平衡时，改变下列条件，对平衡有何影响：（1）加入Cl2(g)；（2）除去PCl3(g)；（3）加入PCl5(g)；（4）加压减小容器体积。

答：(1)向正反应方向移动（2）向逆反应方向移动（3）向逆反应方向移动 （4）向正反应方向移动

?8．反应2Cl2(g)+2H2O(g) ?4HCl(g)+O2(g)，?rHm=113kJ·mol-1，在400℃时达到平

衡，试估计下列变化将如何影响Cl2的物质的量；

（1） 温度升至500℃；（2）加入氧气；（3）除去容器中的水气；（4）增大容器的体

积。

答：（1）向正反应方向移动（2）向逆反应方向移动（3）向逆反应方向移动（4）向逆反应方向移动

2??9．25℃时在溶液中进行的反应：S2O8现将有关数据列表如下： ?2I??2SO24?I2，

实验序号 S2O82-的起始浓度/mol·L-1

1 2

1.0×10-4 2.0×10-4

I-的起始浓度/mol·L-1

1.0×10-2 1.0×10-2

起始速率，I2浓度的增加/mol·L-1·min-1

0.65×10-6 1.30×10-6

（1）写出上述反应的速率方程式； （3）计算速率系数k。

?（2）该反应为几级反应，是否为元反应？

2?2答：(2)v=k·c(S2O8)c(I) (2)三级反应 是元反应

（3）k(2.0×10-4) ×(1.0×10-2)=1.30×10-6

-1

k=65L2·mol-2·min

10．某反应A→B，当c(A)=0.200mol·L-1，其反应速率为0.005mol·L-1·s-1。试计算在下列情况下，反应速率系数各为多少？

（1）反应对A是零级 （2）反应对A是一级 答：(1)v=k=0.005mol·L-1·s-1

2

2

(2)v=kc k=0.025s-1

11．零级反应A→B+C，如A物质的起始浓度为0.36mol·L-1，在1h内完全分解，试求该反应以s-1为单位表示的速率常数。

答：v=k

-4-1-1

k=0.36/3600=1×10mol·L·s

12．一级反应A→B+C，已知A的物质的起始浓度为0.50mol·L-1，速率常数

k?5.3?10?3s?1，试求：（1）反应进行3min后，A物质的浓度；（2）该反应的半衰期。

0.5kt0.55.3?10?3?180答：(1)lg= lg=

x2.303x2.303x=0.2mol A物质的浓度为0.2mol

(2)t1/2=

0.693=130.7s ?35.3?1013．某反应在700K时，其速率系数k1?0.0105L·(mol·s)-1，若活化能为188kJ·mol-1，求该反应在800K时的速率系数k2。

答：k2=k1eEaEa?RT1RT2Ea(T2?T1)RT1T2188000(800?7001)8.314?700?800=k1e＝0.0105×e＝0.5933

14．乙醛的分解反应CH3CHO→CH4+CO，在538℃时，k1?0.79L(mol·s)-1，592℃时，k2?4.95L（mol·s）-1，计算反应的活化能。

答：k1?e?EaRT1?EaRT2?k2RT1RT2 ＝e

k1EaEa k2?eEaa?4.958.314?8118.314?865＝e E2=203.8kJ·mol-1

0.79E15．低温下反应CO（g）+NO2(g)→CO2(g)+NO(g)的速率方程是：??k?c2(NO2)，试问下列哪个反应机理与该方程式一致：

（1）元反应：CO+NO2→CO2+NO （2）2NO2===N2O4 （快）；N2O4+2CO→2CO2+2NO（慢） （3）2NO2→2NO+O2（慢） 2CO+O2→2CO2（快） 答：反应（3）的反应机理与所给方程一样

16．已知反应O2(g)?的标准平衡常数K。

??460000??rGm答：?rG??RTlnK lnK==

8.314?298RT??2O(g)，在298K时，?rGm?460kJ?mol?1，试计算该反应

?m??K?=2.3×10-81

17．O3的分解反应为一级反应：O3(g)?O2(g)?O(g)，298K时的反应速率常数

k?3?10?26s?1，计算O3分解的半衰期。

0.6930.693答：t1/2===2.31×1025s ?263?10k18．已知反应2NO(g)?O2(g)?2NO2(g)的?rHm??114.1kJ?mol，试问下列情况下，NO2在平衡时的产率和反应速率将如何变化：

3

??1（1）增加总压； （2）提高反应温度； （3）加入催化剂 （4）增加NO2的浓度。 答：（1）产率降低 反应速率增加 （2） 产率降低 反应速率增加 （3） 产率不变 反应速率增加 （4） 产率降低 反应速率增加

6019．放射性27Co所产生的强γ辐射，广泛用于癌症治疗。放射性物质的强度以Ci（居

里）表示。某医院一个20Ci的钴源，经一定时间后钴源的剩余量只有5.3Ci。问这一钴源

60用了多少时间？已知27Co的半衰期为5.26a。

答：由于： t1/2= 所以 k＝

0.693 k0.693 t1/2又：lg(

ktc0c)= t= 2.303lg(0)/k=10.08a ct2.303ct20．某药物分解反应为一级反应，在37℃时，反应速率系数k为0.46h-1，若服用该药

0.16g，问该药在体内停留多长时间方可分解90%？

答： 由于：lg(

ktc0)= ct2.303 故：lg(

10.46t)= 他＝5.0h 0.12.30321．在500K时，硝基甲烷（CH3NO2）分解反应的半衰期是650s。试求该一级反应的 （1）反应速率系数。

-1-1

（2）硝基甲烷的浓度由0.05mol?L减至0.0125mol?L所需的时间。 （3）继（2）之后1h硝基甲烷的浓度。 答：(1) t1/2=

0.6930.693 k==1.066×10-3s-1 kt1/2kt0.05c01.066?10-3t(2) lg()= lg()=

0.01252.303ct2.303t=1.3×103

ktc00.051.066?10-3?3600(3) lg()= lg()=

2.303ct2.303ctct=0.001mol·L-1

22．已知青霉素G的分解反应是一级反应，37℃时其活化能为84.8kJ?mol-1,指前因子A为4.2?1012h-1，试求37℃时该反应的速率系数k。

4

答：k?Ae?EaRT k?4.2?10?12?e?848008.314?310=2.16×10-26h-1

23．300K时，反应H2O2(aq)H2O(l)+

1O2(g)的活化能为75.3kJ?mol-1。若用I-2催化，活化能降为56.5 kJ?mol-1；若用酶催化，活化能降为25.1kJ?mol-1。试计算在相同温度下，该反应用I-催化及酶催化时，其反应速率分别比无催化剂时提高了多少倍？

?Ea答：由于：k?AeRT Ea?Ea,I? 则：k75300?56500I?＝eRT＝e8.314?300k=1877

kEa?Ea,酶75300?25100酶k=eRT=e8.314?300=5.507×108

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