大学实验化学化学反应速率

1、大学实验化学化学反应速率大学实验化学化学反应速率大学实验化学化学反应速率大学实验化学化学反应速率难题解析TOP例7-1HNO2分解反应机理以下，求总反应的速率方程表示式。解析复合反应的每一步都是元反应，反应的速率方程由速率控制步骤决定。解kc(NO)c(NO2)c(H2O)，k2c(N2O4)1c2(HNO2)c2(NO2)c2(HNO)kc2(HNO)=kkk2121c(NO)c(H2O)c(NO)v=kk2c2(HNO)2k321c2(NO)c(HO)2例7-2证明一级反应完成99.9%所需要的时间近似为半衰期的10倍。解t1/2=0.693/k例7-3依照以下的气相反应相关数据(K)60

2、0645Tk(L2mol-2min-155k(Lmol-1min-1)8.4040.8求：（1）两个温度下的平衡常数。（2）正向反应和逆向反应的活化能。解（1）600K时，Kk6.621054k8.407.8810640K时，Kk6.811051.67104k40.8（2）正反应的活化EaRT1T2lnk2(T2T1)k18.314Jmol1K1600K645K6.81105-1=(645600)Kln=2.02kJmol6.62105逆反应的活化能T2T1lnk2EaRT2)(T1k111645Kln40.8=113.0kJmol=600K-1(645600)K8.40学生自测题TOP判断题

3、选择题填空题问答题计算题一、判断题（对的打，错的打）1化学反应速率常数kA与反应物的浓度相关。（）2对于元反应，反应速率常数总是随着温度的高升而增大。（）凡速率方程式中各物质浓度的指数等于反应方程式中其化学式前的系数时，此反应为元反应。）4质量作用定律仅适用于元反应。（）5反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g），因N2、H2、NH3都处于同一相中，因此此反应中催化剂的催化作用为均相催化。（）二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出）TOP1实验测得2ICl（g）+H2（g）I2（g）+2HCl（g）的反应速率正比于ICl浓度的一次方和H2浓度的一次方。由此可知此反应是（）A三分子反应，三级

4、反应B双分子反应，二级反应C一级反应D二级反应E三分子反应、二级反应2某化学反应：A2BY，若其速率方程为dc(A)kAc(A)c(B)或dtdc(B)c(A)c(B)，则k与k的关系是（）BBdtAAkA=kBBkA=2kBC2kA=kBDkA=3kBE3kA=kB3某化学反应，反应物反应掉其7所需时间正是它反应掉3所需时间的1.5倍，则该化学反应的84级数是（）A三级反应B无法确定C二级反应D一级反应E零级反应4某一级反应的半衰期t1/2是30min，则其反应速率常数k为（）A20.8min1B0.23min1C0.023min1D43.3min1E30min15在某温度下，反应12(g)

5、3H2(g)332N2NH(g)的平衡常数K=a。上述反应若是改写为2NH（g）N（g）+3H（g），则在相同温度下反应的平衡常数为（）22AaB1/aCa2D1/2E/2aa三、填空题TOP1若反应A2BC是基元反应，则其反应的速率方程可以写成dc(A)dt（1），则其反应分子数是（2）。2某反应，反应物反应掉了5所需的时间是它反应掉1所需时间的2倍，这个反应是（3）级反93应。3反应ABC的动力学方程式为dc(A)c(A)c(B)（4）级，kA，则该反应的总级数是dtc(C)若浓度以1为单位，时间以s为单位，则速率常数的单位是（5）。molL四、问答题TOP1为什么反应物间全部的碰撞其实不

6、是全部都是有效的？2A(g)B(g)产物，总反应必然是二级反应么？3零级反应是否是基元反应？拥有简单级数的反应可否必然是基元反应？五、计算题TOP1某药物溶液的初始含量为5.0gL1，室温下放置20个月后含量降为4.2gL1。如药物含量降低10%即无效，且其含量降低的反应为一级反应，问：（1）药物的有效期为几个月？（2）半衰期是多少？2已知在660K时，测得反应2NO+O22NO实验数据以下：初步浓度(molL1)初步速率(molL11s)vO2降低速率0.0100.0102.51030.0100.0205.01030.0300.0204.51021试求：（1）反应速率方程式和反应级数；（2）

7、此温度下的反应速率常数；（3）当c(NO)=0.015molL；1时的反应速率。c(O2)=0.025molL学生自测答案TOP一、判断题12345二、选择题1D2C3D4C5C三、填空题1（1）kc(A)c2(B)（2）32（3）一级3（4）一级（5）s1四、问答题（略）五、计算题1解：由于该药物的降解为一级反应cA0ktlg2.303cA设该药物的有效期为x个月，则：2解：（1）设速率方程式为2.5103k0.010m0.010n5.0103k0.010m0.020n4.5102k0.030m0.020n由和式得：n=1由和式得：m=2速率方程式为vkc2(NO)c(O2)反应级数为三级（

8、2）将表中数据代入速率方程式中得：k2.5103221Lmols（3）c(NO)=0.015molL1，c(O2)=0.025mol1时，代入速率方程：Lvkc2(NO)c(O2)1.410211molLs章后习题答案TOP习题1讲解并理解下例名词(1)反应速率(2)瞬时速率(3)元反应(4)质量作用定律（5）速率常数(6)反应级数（7）半衰期（9）有效碰撞(9)活化能解（1）反应系统中各物质的数量随时间的变化率（2）反应在每一时刻的真实速率3）反应物分子直接碰撞一步就能转变成生成物的化学反应4）当温度一准时，元反应的反应速率与各反应物浓度以化学反应计量方程式中相应的系数为指数的幂之积成正比（

9、5）反应速率方程式中的系数k，在数值上等于各反应物浓度均为1molL-1时的反应速率；与反应的本性及反应温度相关6）反应速率方程式中各反应物浓度方次之和7）反应物反应掉一半所需要的时间8）能发生反应的碰撞9）活化分子拥有的最低能量E与反应物分子的平均能量E平之差2反应的速率常数k的物理意义是什么？当时间单位为h，浓度单位为-1molL，对一级、二级和零级反应，速率常数的单位各是什么？解在数值上等于各反应物浓度均为1molL-1时的反应速率，故k又称为反应的比速率。一级反应：-1;二级反应：Lmol-1-1-1-1hh;零级反应：molLh.3碰撞理论与过渡态理论各如何阐述反应速率的？解碰撞理论

10、认为活化分子在合适的取向上碰撞才能发生化学反应，活化能越小，反应越快。过渡状态理论认为反应物分子需战胜必然的活化能，形成不牢固的高能态活化络合物，这一中间物质能转变为产物也可分解成反应物。反应速率取决于转变成生成物的快慢。过分状态理论借用碰撞理论中活化能的看法，进一步从反应的微观过程以及反应过程中的能量这两个方面与反应速率联系起来考虑，更直观地揭穿反应的过程。4温度高升或降低，可逆反应的正、逆向化学反应速率都加快或减慢，为什么化学平衡会搬动？解温度对不相同反应速率的影响相差很大，可逆反应的Ea和Ea值不相同但均大于零，温度高升时（其他条件不变），速率常数增大，因此正、逆反应速率都增加。但温度的

11、改变对Ea值大的反应影响显然，因此温度高升正、逆反应速率增加程度不相同，化学平衡将搬动。化学反应的等压反应热rHm与反应的活化能之间有什么关系？解rHm=EaEa6在相同温度下有以下两个反应：当Ea2Ea1时，温度的改变对那一个反应的影响大？请依照Arrhenius方程说明原因。解Arrhenius方程为：EaaakRT的变化就越大，速率的变化也越大，即表示相同的温度变化对Ea值大的反应影响显然，因此，对反应（2）影响大。7在SO2氧化成SO3反应的某一时刻，SO2的反应速率为-1-113.60molLh，试求O2和SO3的反应速率各是多少？解反应为v(SO2)=1/2v(O2)=v(SO3)

12、则有v(O2-1-1-1-1h=27.2molLh-1-1v(SO3)=13.60molLh8多数农药的水解反应是一级反应，它们的水解速率是杀虫收效的重要参照指标。溴氰菊酯在时的半衰期是23天。试求在时的水解常数。解据题意，溴氰菊酯的水解为一级反应,故t1/2=0.693/k=23dk=3.01-2d-19时，NO的分解反应的半衰期是340min，并且与NO的最初压力没关。2525求：（1）反应的速率常数是多少？（2）分解完成80%需多少时间？解(1)据题意，此为一级反应，即t1/2=0.693/k=340mink=2.0410-3min-1(2)ln(p0/p)=2.0410-3min-1t

13、t=789min10低浓度蔗糖溶液在酸性条件下水解是准一级反应：C12H22Oll+H2OC6H12O6（葡萄糖）+C6H12O6（果糖）在45C时速率常数为1.8810-2min-1，若蔗糖浓度为0.100molL-1，试计算：反应开始时的瞬时速率。反应进行到30min时的瞬时速率。3）反应进行到30min时蔗糖的水解率是多少？解（1）v=kc0=1.8810-20.100=1.8810-3molL-1min-1(2)由lnc0/c=kt在30min时lnc10-2min-130min=-2.303-0.546=-2.867c=0.057molL-1cc(0.1000.057)molL1(3

14、)30min时，水解率为0100%=0.100molL1100%=43%c011气体A的分解反应为A(g)产物，当A的浓度为0.50mol?L1时，反应速率为0.014-1-1molLs。若是该反应分别属于(1)零级反应(2)一级反应(3)二级反应，则当A的浓度等于1.0molL1时，反应速率常数各是多少？解（1）若为零级反应v=kk-1-1=0.014molLs(2)若为一级反应v=kck=v/c=0.014mol-1-1-1-1Ls/0.50molL=0.028s(3)若为二级反应v=kc2k=v/c2=0.014mol-1-1-1)2Ls/(0.50molL=0.056Lmol-1-1s

15、12乙醛的热分解反应是二级反应，733K和833K时，反应的速率常数分别为0.038和2.10Lmol-1-1773K时的速率常数。（2）773K时当乙醛的浓度为0.050-1s，求（1）反应的活化能及molL，反应到200s时的速率。解（1）由lnk2Ea(T2T1)k1RT1T2则EaRT2T1lnk2(T1T2)k1=8.314Jmol1K1733K833Kln2.10=203.4kJmol-1(833733)K0.038k203.4103Jmol1(773733)K同理，ln773=1.730.0388.314J1molK1733K773Klnk773=1.73-3.27=-1.54k

16、773=0.21Lmol-1-1s(2)对二级反应11ktcc0即110.21Lmol-1-1200s-1c0.05molL1sc=0.016molLv=kc2=0.21L-1-1(0.016mol-12=5.38-5-1-1molsL)10molLs13某药物分解35%既无效，在45C和55C测出每小时它分解掉0.068%和0.18%，药物的分解率不受药物浓度的影响。问：（1）此药物在的室温下可保存多长时间？（2）在冰箱中可保存多长时间？解由题意此药物分解反应为一级反应318K时,c01lnc00.068%c0k318k318=0.070h-1同理328K时,-1k328=0.20h由两个温

17、度下的k值代入公式0.20Ea(328318)Kln110.07328K318K8.314JmolK得amol-1E=91.04kJ(1)由上述公式可求得k293=3.7110-3h-1lnc0c0k293t即t=116h35%c0(2)同理可求得k277=4.2810-4h-1lnc0c0k277t即t=1007h35%c014经呼吸O2进入体内，在血液中发生反应：Hb(血红蛋白)+O2HbO(氧合血红蛋白)，此反应对2Hb和O2均为一级反应。在肺部两者的正常浓度应不低于8.0-6和-6molL-1，正常体温下，该反应的速率常数k6Lmol-1-1s，计算：（1）正常人肺部血液中O的耗资速率

18、和HbO的生成速率各是多少？22（2）若某位患者的HbO2生成速率达到-4-1-1Hb浓度保持正常值，肺molLs，经过输氧使部O浓度应为多少？2解由题可知此反应为二级反应，且依照反应方程式，O2的耗资速率与HbO2的生成速率相同，即v(O2)=v(HBO2)=kc(O2)c(HB)1）v(O2)=v(HBO2)=1.98106-1-1-6-1-6-110-6-1-1Lmols8.010molL1.610molL=2.53molLs(2)c(O2)=v(HBO2)1.3104molL1s1kc(HB)1.98106Lmol1s18.0106molL1-6molL-115青霉素G的分解为一级反应

19、，实验测得相关数据以下：T/K310316327k-1-2-2/h0.119求反应的活化能和指数前因子A。解由公式k2Ea(T2T1)lnRT1T2k1=8.314Jmol1K1310K316Kln4.05102=85.3kJmol-1(316310)K2.16102与之相同方法，用不相同温度下的aa=84.7kJmol-1k求出三个E后，求得均值：E又EalnAlnkRTA12同理，将不相同温度下的k值代入上述关系式，求出三个A值后，得均值：A1216在，鲜牛奶大体4h开始变酸，但在的冰箱中可保持48h。假定变酸反应的速率与变酸时间成反比，求牛奶变酸反应的活化能。解vk,由题v1/t,即k1

20、/t=8.314Jmol1K1301K278Kln48=75.2kJmol-1(301278)K417反应2(g)+I2(g)在无催化剂、金及铂催化时活化能分别为184、105及42kJ?mol1，试估计时金、铂催化时反应速率分别是无催化剂时的多少倍？解设无催化剂时的速率常数为k1，金、铂为催化剂时的速率常数分别为k2、k3由lnkEalnART得k2Ea1E(184105)103Jmol1lna2=31.87kRT8.314Jmol1K1298K1k213金催化是无催化的13倍k1同理lnk3Ea1Ea3(18442)103Jmol1=57.31kRT8.314Jmol1K1298K1k32

21、4铂催化是无催化的24倍k118某酶催化反应的活化能是50.0kJ?mol1，试估计此反应在发热至的病人体内比正常人加快的倍数(不考虑温度对酶活力的影响)。解由k2Ea(TT50.0103Jmol1ln21)=8.314Jmol1Kk1RT1T21(313310)K=0.19313K310Kk2病人体内此酶的催化反应比正常人快1.2倍k11412219活着的动植物体内C和C两种同位素的比值和大气中CO所含这两种碳同位素的比值是相等的，但动植物死亡后，由于14C不断演变(此过程为一级反应)1414Net1/25720a14C/12C便不断下降，考古工作者依照14C/12C值的变化计算生物化石的年

22、龄，如周口店山顶洞原址出土的斑鹿骨化石的14C/12C值是此刻活着的动植物的0.109倍，试估计该化石的年龄。解由题14C演变反应的速率常数k=0.693/t1/2-4a-1化石年龄1c0=141ln14atln1.2110a0.109kcExercisesThemajorreasonwhytherateofmostchemicalreactionincreaseveryrapidlyastemperaturerisesis(a)Thefractionofthemoleculeswithkineticenergygreaterthantheactivationenergyincreasesve

23、ryrapidlyastemperatureincreases.(b)Theaveragekineticenergyincreasesastemperaturerises.(c)Theactivationenergydecreasesastemperatureincreases.(d)Themorecollisionstakeplacewithparticlesplacedsothatreactioncanoccur.SolutionTheansweris(a)2.Psychologistsestimatethatpeopleforgethalfofwhattheyvelearnedinsix

24、monthsiftheydontuseitorreviewit.Ifyoutakeaboutthematerialagainuntilgraduationthreeacourseinyearslater,yourfreshmanhowmuchwillyearanddontthinkyouremember?(Assumethatforgettingtakesplacebyafirst-orderprocess).SolutionAccordingtoquestion,t1/2=0.5a,t=3a.Thisreactionisfirst-orderreaction,sok=0.693/t1/2=0

25、.693/0.5a=1.386aYouwillremember1.56%threeyearslater.3.UsedatafromthefollowingdecompositionofN2O5intoN2O4andO2tableinCCl4todeterminethehalf-lifeofthefirst-orderT(s)20029730?1/2Solutionk298=0.693/t1/2-5s-1k323=0.693/t1/2-4s-1.Forfirst-orderreactionlnk2Ea(T2T1)k1RT1T29.49104s1Ea(323298)Kln5=11323K298K3

26、.4610s18.314JmolKa=106kJmol-1Elnk348106103Jmol1(348298)K51=11=6.15348K298K3.4610s8.314JmolKk348-2s-1t1/2=0.693/k348-2s-1=43sareclearedfromcirculationbyafirst-orderreactionwithahalf-lifeofabout6h.Ifittakes1htogetanaccidentvictim,whoseredbloodcellshavebeenreplacedbytheartificialredbloodcells,toahospit

27、al,whatpercentageoftheartificialredbloodcellswillbeleftwhenthepersonreachesthehospital?SolutionAccordingtoquestion,t1/2=6h,t=1h,forfirst-orderreaction,k=0.693/t1/2=0.693/6h=0.116h-1lnc0=kt=0.116h-1cc0=1.12,theartificialredbloodcellswillbeleftccc05.Thefollowingdataareobtainedatagiventemperaturefortheinitialratesfromareaction,A+2B+E2C+G.cAcBcEExpt(molL-1）（