工科化学答案第三章化学反应速率

1、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 f gG + dD0 =bBBd- -v=(mol s )V dt（单位体积中反应进度随时间的变化率）dnB_ dCBv =vB V dt vB dt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。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。质量作用定律dc对元反应 aA + fF = gG + dD,反应速率 v = k C； cF （速率方程）。 Vb dtk为速率常数。a + f为反应级数。说明：质量

2、作用定律仅适用于元反应；速率方程中固体、纯液体、稀溶液中的溶剂浓度不表示;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Ea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。Arrhenius 公式RTk= AeIn $ 连(Qik,RT2T,一级反应速率方程 v = _dc(B) = kdt,c(B)特点 In c ( B)与 t 呈线性关系In c ( B) = - kt + In co ( B)。-0.693ti 2(半衰期t1 2与C0无关)k&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

3、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.Gm 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02化合生成H2O的反应厶rGm V 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：rGm 0，反应不一定实际发生，但反应实际发生了，ArGm一定 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

4、。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)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。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+B2HI 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c2(|)丨

5、2= 2I(快反应，可逆平衡)； K;C2(l) =K c(I2);82)H2 2I 2HI (慢反应，元反应)；根据质量作用定律討-k2c(H2)c2(I)；将c2(I)=Kc(I2)带入得到其速率方程： 二 k2c(H 2) Kc(12) = kc(H2)c(12)虽然其速率方程符合质量作用定律，但此反应是复杂反应。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。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

6、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)已知反应 A + 2B = 2D的速率方程为 v=kc (A) c2 ( B),则该反应()是元反应是非元反应应由实验确定无法确定答：正确答案是。增加分子总数降低反应的活化能 答：正确答案是。(3)链反应的基本步骤有(自由基数目的链反应是()。链的引发，链的传递直链反应答：正确答案是和。升高温度可以增加反应速率，主要原因是() 增加活化分子总数使反

7、应向吸热方向进行),在链传递过程中，产生的自由基数目大于消耗掉的链的引发，链的传递，链的终止3.用锌和稀硫酸制取氢气，该反应的 rH为负值，在反应开始后的一段时间内反应速支链反应率加快，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), rH为负值，当达到化学平衡时，如改变下表中改变条件增加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

8、数k正答: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。2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。在660K时，反应2NO + O2 = 2NO 2的有关实验数据如下表_ 1c (NO)

9、/ (mol L )c (O2) / (mol L 1)_ 1 - 1v (NO) / ( mol L s 1)0.0100.010_32.5X 100.0100.020_35.0X 100.0300.020_24.5X 10求：(1)反应的速率方程及反应级数；速率常数k ; c ( NO) = 0.035mol L , c (O2) = 0.025mol L 时的反应速率。解：(1)速率方程通式可写作V二kcx(NO) cy(O2)将各级浓度及相应反应速率数据代入上式，可得2.5 X 10-3 = k (0.01)x (0.01)y 5.0 X 10 = k (0.01) (0.02)y 4

10、.5 X 10 = k (0.03) (0.02)y 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v =k c (NO) 2 c (O2);反应级数为3级 将y =1 , x =2代入中任意式，可得k = 2.5 X 10 3 mol 1 s 1将k值及浓度数据代入速率方程，3 2 - 2 - 1 -1v = 2.51X X(0.035) X0.025 = 7.610 X mol l s7放射性60Co所产生的强丫辐射，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

11、居里。问这一钴源已有多少时间了。已知60Co的半衰期为5.26a。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 0.6930.6934解：此反应为一级反应，由t1可得，k0.132a HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 12 k5.26a-1G将 k = 0.132a、co = 20 居里、ct = 5.3 居里， 代入 ln -二-kt,-15 3则 In = - 0.132 t;t = 10.06a206.某药物分解反应为一级反应，在37C时，反应速率常数 k为0.46h ,

12、 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%) X0.16 = 0.016g代入一级速率方程为 In = -kt,，得C。0.016In= 0.46t ;t = 5h0.16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。硝基甲烷的浓度由 0.05mol L-1减至0.0125mol L-1所需时间。继(2)之后1h硝基甲烷的浓度。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 0.6930.693.3-1解：(1) 一 级反应；k1

13、.07 10(stv650(2) Ct = 0.0125mol L; 1, Co = 0.05mol L1代入一级反应速率方程，可得t = 1300sln Ck =ln .125= 1.07x 103 t ； c00.05(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选 =1300s)/2(3)继(2)以后，反应时间为 t = 1300 +3600 = 4900 (s),代入速率方程表达式, TOC o 1-5 h z G- 3得 ln - = - 1.07 x 10X1900 ;0.05-4-ct = 2.64 1X mol L-在稀的蔗糖

14、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0.010-1mol L ,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 = k c ( C12h22O11)起始速率 v = 0.034 X010 = 3.4 1X - 4mol L-1 h1CtG-1(2) ln _ = - k tIn 一 0.034 5c- = 0.0084 mol L -C00.01某病人发烧至40C，使体内某一酶催化反应的速

15、率常数增大为正常体温（37C）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ln W二空（丁2 _Ti）k, RT1T2将 Ti = 273 + 37 = 310K,T2 = 273 + 40 = 313K,k2 = 1.23ki 代入公式，有k2 Ea T2 T1In 2（ 2 丄）；k1RT1T21.23k1Ea“313-310、ln 3（）k18.314 10310 313_ 1二 Ea = 55.70 kJ?mol反应 2NOCI （g） = 2NO （g） + Cl2 （g）的活化能为 101kJ mol , 300K 时，速率常数k1为2.8

16、0X 10-5 l mo1 s-1,试求400K时的速率常数k?。解：由In电二空J2；有k1R T1T2, k2101/ 400-300、ln253（）；2.80 108.314 10 300 400-1 -1k2 = 0.698 L mol s已知青霉素 G的分解反应是一级反应，37C时其活化能为84.8kJ mol -S指前因子A为4.2X 1012h-1，试求37C时该反应的速率常数 k。解：代入阿氏公式k = A e - Ea/RT得k =4.2 1012e-84.4/ 8.314M02（273七7）= 4.2 1012J34-17.21 10 h300K时，下列反应H2O2 （aq） = H 2O （l） +（1/2）。2（g）的活化能为75.3kJ