工科化学答案第三章化学反应速率

第三章化学反应速率知识点与考核点1.化学反应速率的表示方法aA+fF→gG+dDBBB0v＝dtVd(mol·l–1·s–1)(单位体积中反应进度随时间的变化率)v＝dtVdnBB=dtdcBB。因为反应进度与化学方程式书写方式有关,所以速率方程也必须对应指定的化学方程式。2．元反应直接作用，一步完成的反应。（复杂反应：由多步完成的反应，其中每一步均为元反应。）速率方程：化学反应速率与反应物浓度的关系式。3．质量作用定律对元反应aA+fF=gG+dD，反应速率v＝dtdcBB＝fFaAcck（速率方程）。k为速率常数。a+f为反应级数。说明：①质量作用定律仅适用于元反应；②速率方程中固体、纯液体、稀溶液中的溶剂浓度不表示；③反应机理不清或非元反应的速率方程由实验测定。2．活化分子能发生有效碰撞（能生成产物的碰撞）的分子，活化分子的能量较高。3．活化能aE活化分子所具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差。4．Arrhenius公式k＝ARTEae)(ln121212TTTTREkka5．一级反应速率方程kdtBcBdcv)()(，特点①lnc（B）与t呈线性关系[lnc（B）=–kt+lnc0（B）]。②kt693.021（半衰期21t与c0无关）8．化学热力学与化学动力学化学热力学研究的是反应能否进行，反应的限度如何；化学动力学研究的是反应的速度如何，反应经历怎样的步骤，机理如何。所以热力学的自发进行与实际发生化学反应还不能完全一致。例如mrG0时，只能说明从化学热力学角度讲，在等温等压条件下，反应有自发进行的可能，但是有时．．实际上并不发生。例如常温、标准态下由H2和O2化合生成H2O的反应mrG＜0，但是实际上几乎不发生此反应，若要实现此反应，往往要采用催化剂或其它手段以降低活化能。化学热力学的可能性与化学动力学的现实性之间的关系是：mrG0，反应不一定实际发生，但反应实际发生了，mrG一定0。；mrG0，则反应一定不能．．发生。思考题与习题解答1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。（1）每种分子都具有各自特有的活化能。答：不正确，活化能是活化分子所具有的最低能量与反应物分子平均能量之差。（前提:发生化学反应；特点:活化能是个差值，是对一个化学反应而言的，而不是对一个分子而言的）（2）影响反应速率的几个主要因素对反应速率常数也都有影响。答：不正确，温度和催化剂同时影响反应速率和速率常数，而浓度和压强只影响反应速率，而不影响反应速率常数。（3）如果某反应速率方程中每一反应物的级数，都与相应化学计量方程式中的化学计量数相同，则该反应必是元反应。答：否，例如H2+I2=2HI速率方程为v=kc（H2）c（I2），曾经长期被认为是简单反应。但研究表明，此反应经历了两个步骤①I2I2（快反应，可逆平衡）；)(I(I)22ccK；)(I(I)22cKc；②HI2I2H2（慢反应，元反应）；根据质量作用定律(I))(H222cck；[将)(I(I)22Kcc带入]得到其速率方程：)(I)(H222Kcck=)(I)(H22ckc虽然其速率方程符合质量作用定律，但此反应是复杂反应。（4）加催化剂不仅可以加快反应速率，还可影响平衡，也可使热力学认为不能进行的反应自发进行.答：否，加催化剂只能改变反应速率，不能影响化学平衡，也不能改变反应方向。（5）反应级数只能是0或正整数。答：错，反应级数不仅可以为0或正整数，而且可以为小数或负数。（6）所有化学反应速率都和温度成正比。答：不对，多数化学反应符合Arrhenius公式，但是一部分化学反应速率与温度的关系比较复杂，甚至有些反应（例如NO+O2=NO2）与温度成反比。（7）升高温度可以加快所有化学反应的速率。答：错[见(6)]。2．选择题（将正确答案的标号填入空格内）（1）已知反应A+2B=2D的速率方程为v=kc（A）c2（B），则该反应（）①是元反应②是非元反应③应由实验确定④无法确定答：正确答案是③。（2）升高温度可以增加反应速率，主要原因是（）①增加分子总数②增加活化分子总数③降低反应的活化能④使反应向吸热方向进行答：正确答案是②。（3）链反应的基本步骤有（），在链传递过程中，产生的自由基数目大于消耗掉的自由基数目的链反应是（）。①链的引发，链的传递②链的引发，链的传递，链的终止③直链反应④支链反应答：正确答案是②和④。3．用锌和稀硫酸制取氢气，该反应的ΔrH为负值，在反应开始后的一段时间内反应速率加快，后来反应速率又变慢，试从浓度、温度等因素来解释此现象。答：开始时，因为反应放热，使体系温度升高，加快反应了速率；随反应物的消耗，其浓度下降，反应速率随之变慢。4．反应A（g）+B（g）=2D（g），ΔrH为负值，当达到化学平衡时，如改变下表中各项条件，试将其他各项发生的变化的情况填入表中：改变条件增加A的分压增加压力降低温度使用催化剂正反应速率速率常数k正答：改变条件增加A的分压增加压力降低温度使用催化剂正反应速率加快不变变慢加快速率常数k正不变不变减小加快5．化学反应发生爆炸的原因是什么？H2和O2的混合物（2:1）的爆炸半岛图上为什么存在三个爆炸极限？答：通常发生在自由基产生速率大于其销毁速率时，温度、压力和混合气体的组成都是影响爆炸的重要因素。在爆炸半岛图上，当压力处于第一与第二爆炸极限时，支链反应速率加快，自由基产生速率大于销毁速率而发生爆炸；当压力升至第二和第三爆炸区间时，自由基销毁速率大于产生速率，进入慢速反应区，不发生爆炸；当压力达到第三爆炸限以上时，发生的是热爆炸。6．在660K时，反应2NO+O2=2NO2的有关实验数据如下表c（NO）/（mol·L–1）c（O2）/（mol·L–1）v（NO）/（mol·L–1·s–1）0.0100.0102.5×10–30.0100.0205.0×10–30.0300.0204.5×10–2求：（1）反应的速率方程及反应级数；（2）速率常数k；（3）c（NO）=0.035mol·L–1，c（O2）=0.025mol·L–1时的反应速率。解：（1）速率方程通式可写作)(O(NO)2yxckcv将各级浓度及相应反应速率数据代入上式，可得2.5×10–3=k(0.01)x(0.01)y①5.0×10–3=k(0.01)x(0.02)y②4.5×10–2=k(0.03)x(0.02)y③由（1）、（2）可得y=1，由（1）、（3）可得x=2。将x=2,y=1代入速率方程，可得vk[c（NO）]2[c(O2)]；反应级数为3级（2）将y=1，x=2代入①②③中任意式，可得k=2.5×103·mol·l–1·s–1（3）将k值及浓度数据代入速率方程，v=2.5×103×(0.035)2×0.025=7.6×10–2mol·l–1·s–17．放射性Co6027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“居里”表示。某医院一个20居里的钴源，经一定时间后钴源的剩余量只有5.3居里。问这一钴源已有多少时间了。已知Co6027的半衰期为5.26a。解：此反应为一级反应，121132.026.5693.0693.0aakkt可得，由将k=0.132a–1、c0=20居里、ct=5.3居里，代入lnktcct0，则ln203.5=–0.132t；t=10.06a6．某药物分解反应为一级反应，在37℃时，反应速率常数k为0.46h–1，若服用该药0.16g，问该药在胃中停留多长时间方可分解90%。解：将ct=(1–90%)×0.16=0.016g代入一级速率方程为lnktcct0，，得ln16.0016.0=－0.46t；t=5h7．在500K时，硝基甲烷（CH3NO2）的半衰期是650s。试求该一级反应的（1）速率常数。（2）硝基甲烷的浓度由0.05mol·L–1减至0.0125mol·L–1所需时间。（3）继（2）之后1h硝基甲烷的浓度。解：（1）一级反应；3211007.1650693.0693.0tk（s–1）（2）ct=0.0125mol·L–1,co=0.05mol·L1代入一级反应速率方程，可得ln0cctln05.00125.0=－1.07×103t；t=1300s（或推论，反应由0.05mol·L–1减至0.0125mol·L1经历两个半衰期，因此t=2×21t=1300s）（3）继（2）以后，反应时间为t=1300+3600=4900（s），代入速率方程表达式，得ln05.0tc=–1.07×10–3×4900；ct=2.64×10–4mol·L–110．在稀的蔗糖溶液中（即水大量存在）发生下列反应：C12H22O11（aq）+H2O（l）2C6H12O6（aq）该反应为一级反应，若该反应的速率常数k为0.034h–1，且蔗糖溶液的起始浓度为0.010mol·L–1，试求：（1）蔗糖水解反应的起始速率；（2）5h后蔗糖的浓度。解：（1）该一级反应的速率方程可写作v=kc（C12H22O11）起始速率v=0.034×0.010=3.4×10–4mol·L–1·h–1（2）ln0cct=–kt5034.001.0lntcct=0.0084mol·L–111．某病人发烧至40℃，使体内某一酶催化反应的速率常数增大为正常体温（37℃）时的1.23倍。试求该催化反应的活化能。解：由阿氏公式k=A·eEa/RT，可得)(ln211212TTTTREakk将T1=273+37=310K,T2=273+40=313K,k2=1.23k1代入公式，有)(ln211212TTTTREakk；ln)313310310313(10314.823.1311Eakk∴Ea=55.70kJ•mol–112．反应2NOCl（g）=2NO（g）+Cl2（g）的活化能为101kJ·mol–1，300K时，速率常数k1为2.80×10–5L·mol–1·s–1，试求400K时的速率常数k2。解：由)(ln211212TTTTREkka；有)400300300400(10314.81011080.2ln352k；k2=0.698L·mol–1·s–113．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℃时该反应的速率常数k。解：代入阿氏公式k=A·e–Ea/RT得)37273(10314.8/4.84123104.2ek3412104.2e7.21×10–3h–114．300K时，下列反应H2O2（aq）=H2O（l）+（1/2）O2（g）的活化能为75.3kJ·mol–1。若用I–催化，活化能降为56.5kJ·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，其反应速率分别是无催化剂时的多少倍？解：由Arrhenius公式，有k=A·e–Ea/RT用I–催化时，RTEaRTEaeekk//)()1()()1(无无30010314.85.563.753e=1.9×103倍用酶催化时，RTEaRTEaeekk//)()()()(无酶无酶30010341.81.253.753e=5.5×108倍