无机及分析化学(第三版)呼世斌 答案

所以为提高反应物A和B的转化率,应采取的措施是高温高压。 二、填空题

1.已知反应 2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g) 的反应历程为 ① 2NO(g)+H2(g)===N2(g)+H2O2(g) (慢反应) ② H2O2(g)+H2(g)===2H2O(g) (快反应)

则该反应称为 复杂反应 反应。此两步反应均称为 基元反应 反应,而反应①称为总反应的 定速步骤 ,总反应的速率方程近似为 v=kc(H2)c2(NO) ,此反应为 3 级反应。

2.已知基元反应 CO(g)+NO2(g)===CO2(g)+NO(g) ,该反应的速率方程为v=kc(CO)c(NO2);此速率方程为质量作用定律的数学表达式,此反应对NO2是1级反应,总反应是 2 级反应。

3.催化剂加快反应速率主要是因为催化剂参与了反应,改变反应途径,降低了活化能。 4.增加反应物浓度,反应速率加快的主要原因是活化分子总数 增加,提高温度,反应速率加快的主要原因是 活化分子百分数 增加。

5.增加反应物的量或降低生成物的量,QKθ,所以平衡向逆反应方向移动。

6.对于气相反应,当Δn=0时,增加压力时,平衡不移动;当Δn<0时,增加压力时,平衡向正反应方向移动;当Δn>0时,增加压力时,平衡向逆反应方向移动。 7.在气相平衡 PCl5(g)

PCl3(g)+Cl2(g) 系统中,如果保持温度、体积不变,充入

惰性气体,平衡将不移动;如果保持温度,压力不变,充入惰性气体,平衡将向 右 移动。

8.化学平衡状态的主要特征是 v正=v逆 ;温度一定时,改变浓度、压力可使平衡发生移动,但Kθ值 不变 ,如温度改变使化学平衡发生移动,此时Kθ值 改变 。

9.某化学反应在298 K时的速率常数为1.1×10 - 4s-1,在323 K时的速率常数为5.5×10 -2s-1。则该反应的活化能是 ,303 K时的速率常数为 。 三、简答题:

1.根据阿仑尼乌斯指数式k = A·e?EaRT,对一切化学反应,升高温度,反应速率均加快吗?反

应速率常数的大小与浓度、温度、催化剂等因素有什么关系? 解:根据阿仑尼乌斯指数式k = A·e?Ea,RT,温度与速率常数成正比,而速率常数又与反应速率

成正比,所以对一切化学反应,升高温度,反应速率均加快。反应速率常数大小由反应物

性质决定,与反应物的浓度无关,与温度成正比。加入催化剂,降低了反应的活化能,增大了反应速率常数,从而使化学反应速率加快。

2.反应速率方程和反应级数能否根据化学反应方程式直接得出?次氯酸根和碘离子在碱性介

??? IO- + Cl-其反应历程为 质中发生下述反应:ClO- + I-?OH?(1)ClO- + H2O === HClO + OH-(快反应) (2)I- + HClO === HIO + Cl-(慢反应) (3)HIO + OH- === H2O + IO-(快反应) 试证明 v=kc(I-)c(ClO-)c-1(OH-)

解:反应速率方程式和反应级数不能根据化学反应方程式直接得出,因为质量作用定律只适用于基元反应,且用于定速步骤。对于复杂反应的速率方程,只能通过实验获得。

-因为反应(2)为定速步骤,所以v?k2c(I)c(HClO)

c(HClO)c(OH-)Kc(ClO-)由反应(1)可得平衡常数K=所以 c(HClO)?

c(ClO-)c(OH-)-Kc(ClO-)-c(ClO)代入速率方程得:v?k2c(I)整理得:v?Kk2c(I) c(OH-)c(OH-)-令k2K=k所以v?kc(I-)c(ClO-)c?1(OH-) 3.写出下列反应的平衡常数Kθ的表示式。 (1)CH4(g) + 2O2(g) (2)MgCO3(s) (3)NO(g) +

12CO2(g) + 2H2O(l) MgO(s) + CO2(g)

O2(g) NO2(g)

2Mn2+(aq) + 5O2(g) + 8H2O(l)

(4)2MnO4-(aq) + 5H2O2(aq) + 6H+(aq) 解:

?p(CO2)??pθ??p(CO2)?θ??θK?(1)K?(2)?? 2θp?p(CH4)??p(O2)????pθ??pθ?????25?p(NO2)??c(Mn2+)??p(O2)??pθ?????θθ??θcp????θ(3)K?(4)K? 1/2265-+?p(NO)??p(O2)??c(MnO4)??c(H2O2)??c(H)??pθ??pθ???????θcθcθ??????c????四、计算题:

1.A(g) → B(g) 为二级反应。当A的浓度为0.050mol·L-1时,其反应速率为1.2 mol·L-1·min-1。(1)写出该反应的速率方程。(2)计算速率常数。(3)在温度不变时欲使反应速率加倍,A的浓度应为多大? 解:(1)依题意有:v?kc2(A)

(2)依据v?kc2(A),代入数据计算:1.2?k(0.05)2得到

k?480L?mol-1?min-1 =8 L?mol-1?s-1

(3)依据v?kc2(A)代入数据计算:2.4?480?c2(A)得到 c(A)=0.0707mol.L-1

2.在1073K时,测得反应 2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g) 的反应物的初始浓度和N2

的生成速率如下表 实验序号 1 2 3 初始浓度/(mol·L-1) c(NO) 2.00×10-3 1.00×10-3 2.00×10-3 c(H2) 6.00×10-3 6.00×10-3 3.00×10-3 生成N2的初始速率mol?L?s?1?1 1.92×10-3 0.48×10-3 0.96×10-3 (1)写出该反应的速率方程并指出反应级数; (2)计算该反应在1073K时的速率常数;

(3)当c(NO)=4.00×10-3 mol·L-1,c(H2)=4.00×10-3 mol·L-1时,计算该反应在1073K时的反应速率。

解:(1)设速率方程为:v=kcx(NO)cy(H2)

代入实验数据得: ① 1.92×10-3=k(2.00×10-3)x(6.00×10-3)y

② 0.48×10-3=k(1.00×10-3)x(6.00×10-3)y ③ 0.96×10-3=k(2.00×10-3)x(3.00×10-3)y

①÷②得 4 = 2xx=2 ; ①÷③得 2 = 2y,y = 1 所以v=kc2(NO)c(H2) (2)k=8×104 L2·mol-2·s-1 (3)v=5.12×10-3 mol·L-1

5-13.已知反应 N2O5(g)=== N2O4(g)+1O(g) 在298K时的速率常数为3.46×10s,在338K时22的速率常数为4.87×107s-1,求该反应的活化能和反应在318K时的速率常数。

解:

k2Ea?T2?T1??T1?298?K??ln??5?1?k?3.46?10sk1R?T2T1?1??则:Ea=103.56 kJ.mol-1

?T1?338K?7?1 k?4.87?10s?2T1?298K??5?1k?3.46?10s?1?T3?318Kk3Ea?T3?T1??代入公式ln??TTk??kR?31?31??? ?得k3= 4.79×106 s-1

4.在301K时,鲜牛奶大约4h变酸,但在278K的冰箱中可保持48h,假定反应速率与牛奶变酸的时间成反比,求牛奶变酸的活化能。

k2Ea?T2?T1?11k21t2t148??ln?解:v?所以k?,? ???12??k1R?T2T1?1ttk1t24t1ln12?Ea301K?278K-1

则:E=75.16 kJ.mol ()a-1?18.314J?K?mol301K?278?5.已知反应 2H2O2===2H2O+O2 的活化能Ea=71kJ·mol-1,在过氧化氢酶的催化下,活化能降为8.4 kJ·mol-1。试计算298K时在酶的催化下,H2O2的分解速率为原来的多少倍? 解:lnk2??Ea2RT?lnA ①; lnk1??Ea1RT?lnA ②

k2Ea?Ea271000?8400ln?= =25.27 所以k1RT8.314?298k2?k19.4×1010 即v2/v1=9.4×1010

6.在791K时,反应 CH3CHO===CH4+CO 的活化能为190 kJ·mol-1,加入I2作催化剂约使反应速率增大4×103倍,计算反应在有I2存在时的活化能。 解:lnk2??Ea2RT?lnA ①; lnk1??Ea1RT?lnA ②

lnk2Ea1?Ea2k?因为2?4?103, k1RTk13所以lg(4?10)?190000??J?mol?1?Ea22.303?8.314J?K?mol?791K-1?1

则Ea2=135.4 kJ.mol-1

7.已知下列反应在1362K时的平衡常数:

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