化学平衡和化学反应速率

1、第3章化学平衡和化学反响速率【3-1】写出以下反响的标准平衡常数表达式(1)2N2O5(g)4NO2(g) + O2(g)(2)SiCl4(l)+ 2H2O(g)SiO2(s)+ 4HCl(3)CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g)(4)ZnS(s) + 2H (aq)2+Zn (aq) + H2S(g)解: 14(PNO2 / p ) ( PO2 / p )(Pn2C5 / P )2(2)(Phci / P )42(esc. /C )(Ph2o/ P )(3)Pg / P(4)(CZn2 /c )(Ph2s/ P )(Ch /C )2【3-2】尿素CONH22S的厶fG =-197.1

2、5kJ mol-1，其他物质 fG。的查附录二。求以下反响在 298K 时的 K： CO2(g)+2NH3(g)H2O(g)+CO(NH2)2(s)解:rG = -197.15 + (-228.6) -2(-16.5) -(-394.4) = 1.65 (kJ/mol)【3-3】673K时，将K = 0.5141.65 103 = -8.314 298lnK ,0.025molCOCl 2g充入1.0L容器中，当建立以下平衡时:解:解:COCl 2(g)CO(g)+Cl 2(g)有16% COCl 2解离。求此时的(x (0.025 0.16RT)2/(p )2K0.025 (10.16)RT

3、/pK 。0.042p = 101.3 kPa, R = 8.314 J/(mol K)【3-4】298K时，向1.00L烧瓶中充入足量的 N2O4,使起始压力为100kPa, 局部NO2,达平衡时总压力为 116kPa,计算如下反响的 K： N2O4g-2NO2(g)。N2O4分解为ni0.404 (mo|),8.314 2980.468 (mol)8.314 2980.016 8.314 2980.340 10.0 101.32 (0.468 0.404)RT210.0(2 0.404 0.468)RT【3-5 】反响：H2(g)+l2(g)100“-2HI(g)在628K时KG =54.

4、4。现于某一容器内充入H2和l2各ONOOmol，并在该温度下到达平衡，求I2的转化率。解：设到达平衡时，消耗 H2和I2各x mol。54.42(2x)2(0.200 x)7.38(0.200 -x) = 2x,1.48 -7.38x = 2x, x = 0.157 (mol)0.157 0.200 = 0.786 = 78.6%【3-6】乙烷脱氢反响 C2H6(g)r - C2H4(g)+H2(g)，在1000K时KG =0.90。试计算总压力为150kPa时乙烷的平衡转化率。解：设起始时刻乙烷为 A mol。到达平衡时，假设乙烷的平衡转化率为x,那么此时乙烷为 A(1-x) mol ,乙

5、烯为x mol，氢气为x mol。因此，有：X 丿a g(150 /p )2x = 0.610.901 x150p1 x【3-7】反响 2NaHCO3(s) “ Na2CO3(s)+CO2(g)+H 20(g)在 125C 时 K =0.25。现在 1.00L烧瓶中盛放10.0g NaHC0 3,加热至125 C达平衡。试计算此时：(1) CO2和H2O的分压；(2) 烧瓶中NaHCO3和Na2CO3的质量；(3) 如果平衡时要使 NaHCOs全局部解，容器的体积至少多大?解: (1)；_；.=一-：.：=50 kPa; (2) 7.5 g,1.6 g; (3) 3.9 L【3-8】反响2SO

6、3(g)2SO2(g)+O2(g)在700K时K 0=1.5 M05。某反响系统起始分压SO2为10kPa, O2为55kPa，求平衡时各气体分压。解:.-：7;=0.055 kPa,.= :： =10 kPa,.-r：=50 kPa(提示：因 K? ? 1,平衡强烈地向逆方向移动，可先假设SO2先全部变成SO3)【3-9】将乙醇和乙酸混合后， 发生如下的酯化反响：C2H5OHQ) + CH 3COOH(l) = CH 3COOC2H5Q)+ H2O(l)此反响可看作理想溶液反响。 在298 K时，假设将2.0 mol C2H5OH与2.0 mol CH3COOH混合，2平衡时各种物质有变为生

7、成物。今将138克C2H5OH与120克CH 3COOH在298 K时混合，试问3平衡混合物中有多少 CH3COOC2H5生成？解：K(4)2 4 ,设：平衡时生成 x mol CH3COOC2H5。(2 3)22x(3 x)(2 x)4(6 -5x + x2) = x2,3x2 -20x +24 = 020. 400 28861.57 (mol), 1.57 88 = 138 (g)【3-10】在298K时,(1) 2N2(g)+O2(g).- 2N2O(g)O37K1 =4.8 X0(2) N2(g)+2O2(g). 2NO2(g)K20 =8.8 M019求 2N2O(g)+2O2(g)

8、. 4NO2(g)的 KO。解：2N2O(g) + 3O2(g) = 4NO2(g)为(3),那么(3) = 2 (2) -(1)K (心)2(8.8 10 19)27.7 10 373 K14.8 10 374.8 10 37.【3-11 】反响 2Cl2(g)+2H2O(g) 二 4HCl(g)+O 2(g)rH 114.4kJ mol当该反响到达平衡后，进行左边所列的操作对右边所列的数值有何影响操作中没有注明的，是指1增大容器体积n(H 2O)(2)力口 O2n (H2O)(3)加 O2n(O2)(4)加 O2n( HCI)5减小容器体积n(Cl 2)6减小容器体积P(Cl 2)7减小容

9、器体积K 08 升高温度K 09升高温度P(HCl)(10)加 N2n (HCI)11加催化剂n (HCI)温度不变，体积不变？解：1水的摩尔数减少2水的摩尔数增加3平衡向左移动，氧的摩尔数的变化取决于平衡移动所消耗的氧气和参加氧气的相对量。4氯化氢的摩尔数减少5氯气的摩尔数增加6氯气的分压增大7K不变8K减小(9) p(HCl)增高10nHCI不变理想气体；11n HCI减少真实气体12nHCI不变【3-12】反响 CaCO3sCaOs+CO2g在1123K时K =0.489。试确定在密闭容器中，在以下情况下反响进行的方向：1只有 CaO 和 CaCO3；2只有 CaO 和 CO2,且 pC

10、O2=30kPa；3只有 CaCO3 和 CO2,且 pCO2=100kPa ；4只有 CaCO3，CaO 和 CO2,且 pCO2=100kPa。解：1向右；2不变；3不变；4向左【3-13】25C 时以下反响达平衡 PCl3(g)+Cl2(g) . PCl5(g) rG=-92.5kJ mol-1如果升高温度，pPCl 5/pPCl 3比值如何变化？为什么?解：变小提示:应先判断此反响是吸热还是放热【3-14】反响N2g+3H2g-2NH3(g),在500K时K =0.16。试判断在该温度下,10L密闭容器中充入 N2, H2和NH3各0.10时反响的方向。解：p% O &314 5001

11、0PNH30.1831450041.641.6 (kPa), Ph20.1 8.314 5001041.6 (kPa)10(PnH3 P )2(kPa)(P )232(Pn2 P )( Ph2 P )(41.6)5.9 0.16，平衡向左移动即反响逆向进行【3-15】PCl5热分解反响式为PCl5(g)-PCl3(g)+Cl 2(g)，在 10L密闭容器内充入2.0molPCl 5,700K 时有 1.3mol 分解,求该温度下的 K 。右在该密闭容器中再充入1.0molCl 2, PCl5 分解百分率为多少?解：K(Ppcl p )(Pcl2 p )PPCl5P2 21.3 RT 1.38.

12、314 7000.7 V p 0.7 10 101.314。设：分解分数为X,贝y：2x (1_空!_2(1 x) 10 p8.314 700142x (1 + 2x) = 4.87(1-x),4x2 + 6.87x -4.87 = 00.54。6.87 J6.8724 4 4.87x8【3-16】反响N2O4g2NO2g在317K时K =1.00。分边计算总压力为400和1000时*文档* N2O4的解离百分率，并解释计算结果。解：设离解百分率为 X。2x . 2 .400() / p1.00 1_x,1 - x 2 = 15.8X2,x = 0.2441 XF X2x1000()2/ p1

13、.001x,1 -x2 = 39.5x2,x = 0.1571 xr x由于1摩尔四氧化二氮分解成 2摩尔二氧化氮，所以增加压力不利于四氧化二氮的分解，而导致其 分解百分率下降。【3-17】反响 CO(g)+H 2(g) r - CO2(g)+H2(g)在 749K 时 K =6.5，假设将 90%CO 转化为CO2,问CO和H2O要以怎样的物质的量比混合？解：设初始混合物中 CO和H2O的摩尔比为1:x6.50.92(1 0.9)( x 0.9)0.65(x -0.9) = 0.81, x = 2.1【3-18】计算反响2HI(g) =二H2(g)+| 2(g)在500 C达平衡时的分压。起

14、始时各物质的分压皆是20.0kPa。500C的 K?)解： ：=：=6.2 kPa, pHI=47.6 kPa(提示:利用热力学函数先求反响在撚后求K?,最后由K?求【3-19】利用热力学数据，估算溴在30 C时的蒸气压。解：35.2 kPa(提示：先求30C溴相变 Br*|) Br2(g)的ArPBr；)【3-20】NH 4HS(s)解离的气压在298.3K时为65.9kPa，在308.8K时为120.9kPa。试计算：(1) NH4HS的解离焓；(2) NH4HS的分解温度。解：(1) 88.5 kJ mol-1； (2) 305.6 K(提示:NH 4HS的分解温度即为其分解气压达101

15、.3 kPa时的温度)【3-21】在某温度下，测得以下反响dC( Br2 ) 4.0 10 5mol L 1 s 1。dt4HBr(g)+O 2(g)2H2O(g)+2Br 2(g)求：(1)此时的dc(O2)和dc(HBr) ；(2)此时的反响速率 v。dtdt解：1 dcO2dc(B2)2 ( 1)2.0510 mol/(L s)dtdtdc(HBr)dc(B2)2(4)58.010 5mol/(Ls)dtdt(2)dc(B2)2dt2.0 105mol/(Ls)【3-22】(CH3) 2O分解反响(CH 3) 2CZC 2H4+H2O的实验数据如下：t/s0200400600800c(C

16、H 3)2O/mol0.010000.009160.008390.007680.00703(1) 计算200s到600s间的平均速率。(2) 用浓度对时间作图，求400s时的瞬时速率。解：(1)= (0.00768 -0.00916) 400 (-1) = 3.70 10-6 mol/(L s)(2)t/sc (CH3)2O/(mol/L)=3.64 10-6 mol/(L s)【3-23】在298K时用以下反响S2O82-(aq)+2l -(aq)=2SO42-(aq)+l 2(aq)进行实验，得到的数据列表如下:实验序号求：1 反响速率方程;c(S2O82-)/ mol L-1c(I-)/

17、 mol L-1v/ mol L-1 min1.0 10-41.010-20.6510-62.0 10-41.010-21.30氷0-62.0 10-40.510-20.6510-6速率常数；3c(S2O82-)=5.010-4mol L-1c(I-)=5.010-2-1(2)mol L-1时的反应速率。解：根据表中数据可得到如下方程组:0.65106k(1.010 4)a(1.0 102)ba 11.30106k(2.0104)a(1.0 102)b解得：b 10.65106k(2.0104)a(0.50 10 2)bk 0.65(1)=0.65 c(S2O82-) c(I-) ;(2) k

18、 = 0.65 ;(3)=0.65 5.010-4 5.0 10-2 = 1.6 10-5 mol/(Lmin)。1.610-51.0 1.0 =1.6 10-5 (mol) = 4.1 10-3 (g)【3-24】反响H2(g)+Br2(g)=2HBr(g)在反响初期的反响机理为(1)B2=2Br(快)(2)Br+H 2=HBr+H(慢)(3)H+Br 2=HBr+Br(快)试写出该反响在反响初期的速率方程式。解：反响的速率由慢反响，即第(2)步反响所控制，=k c (Br) c(H2),2其中 c(Br)由第(1)步反响确定：K C (Br), c(Br) . K c(Br2)c(Br2)

19、=k K1/2 c1/2(Br2) c(H2) = k c1/2(Br2)c(H2)【3-25】元素放射性衰变时一级反响。14C的半衰期为5730a( a代表年)。今在一古墓木质样品 中测得含量只有原来的68.5%。问此古墓距今多少年？解：t12 , k = 1.210 10-4kln0.685 = ln 1.00 -1.210 10-4t,t = 3.13 103 (年)【3-26】某水剂药物的水解反响为一级反响。配成溶液30天后分析测定，发现其有效成分只有原来的62.5%。问：(1)该水解反响的速率常数为多少？( 2)假设以药物有效成分保持80%以上为有效期,那么该药物的有效期为多长？ (

20、3 )药物水解掉一半需要多少天？解：(1) lnktC0 k -1n C0 ln 1 1.57 10 2d 11 12 彳 In14.2d1.57 10 d 0.8044.1d为一级反响。A的起始浓度为0.015mol L-1，反响3.0min后t c 30(2)设有效期为(3)勺20.693k0.625t,那么t0.6932 11.57 10 d【3-27】物质A的分解反响At3B+C ,B的浓度为 0.020mol L-1。问：(1) 反响的速率常数为多少？ (2)假设要B浓度增加到0.040mol L-1，反响还需继续多长时间？Ink-41/T解： 0.20 min-1; (2) 8.0

21、 min。过程略。【3-28】反响SiH4(g)=Si(s)+2H 2(g)在不同温度下的反响速率常数为T/K7738739731073k/s-10.0482.349590试用作图法求该反响的活化能。解:765432作图得斜率为-2.64 10-4,据此算得反响的活化能Ea为：4E a452.64 10a, Ea 2.64 108.314 2.19 10 (J/mol) = 219 (kJ/mol)R【3-29】室温(25C)下对许多反响来说，温度升高10C，反响速率增大到原来的24倍。试问遵循次规律的反响活化能应在什么范围内？升高相同的温度对活化能高的反响还是活化能低的反 应速率影响更大些？

22、解：52.9105.8 kJ mol-1； Ea越高，温度对反响速率影响越大【3-30】H2O2分解成 出0和02的反响Ea=700kJmol L-1。如果在20C时参加催化剂Ea可降低为420kJmol L-1，假设频率因子 A保持不变，H2O2起始浓度也相同，问无催化剂时H2O2需加热至多高温度才使其反响速率与加催化剂时相同？解：488 K(提示：v相同即速率常数 k相同)【3-31 】反响 QH5Br(g)=C 2H4(g)+HBr(g)在 650K 时 k 为 2.0 10-5s-1,在 670K 时 k 为 7.0 氷0-5s-1.求690K时的k。Ea2.0 10 5解：Ae 8.

23、314 650Ea57.0 10Ae 8.314 6702ln7Ea = 2.27 105 (J/mol) = 227 (kJ/mol),A = 3.36101352.27 105&903.36 1013e 8.314 6902.2 10 4 (s-1)【3-32】在301K时鲜牛奶大约4.0h变酸，但在278K的冰箱中可保持 48h。假定反响速率与变酸时间成正比，求牛奶变酸反响的活化能。1解：4.0148AeAe8.314 301Ea8.314 278E 11ln12)8.314 278301Ea = 7.5 104 (J/mol) = 75 (kJ/mol)【3-33】大气上层的03被分解的一些反响及活化能为(1) O3 (g) +O (g)一2O (g)Ea=14.0kJ mol1(2) 如果大气上层存在 NO,它可催化03分解；(3) 如果大气上层存在 CCI2F2,光照下它可分解产生 Cl, Cl可催化03分解。大气上层富含 03的平流层温度约 230K。试求NO和Cl在此处对03层破坏各增大多少倍？假设指 前因子A不变。解：N0