物理化学-林树坤-第8章-化学动力学-习题答案

第8章化学动力学习题1.请根据质量作用定律写出下列基元反应的反应速率表示式（试用各种物质分别表示）。（1）（2）2A+B（3）（4）解：（1），（2），（3），（4）。2.某气相反应的速率表示式分别用浓度和压力表示时为和，试求kc与kp之间的关系，设气体为理想气体。解：因为pA=cBRT=cART，，则3.298K时N2O5(g)分解反应其半衰期为5.7h，此值与N2O5的起始浓度无关，试求：（1）该反应的速率常数。（2）作用完成90%时所需时间。解：根据题意判断该分解反应为一级反应，因此可求得（1），（2）4.某人工放射性元素放出粒子，半衰期为15min，试问该试样有80%分解，需时若干？解：根据题意判断该放射反应为一级反应，因此可求得（1），（2）。5.把一定量的PH3(g)迅速引入温度为950K的已抽空的容器中，待反应物达到该温度时开始计时(此时已有部分分解)，测得实验数据如下：t/s058108∞p/kPa35.0036.3436.6836.85已知反应为一级反应，求该反应的速率常数k值。（设在t=∞时反应基本完成）。解：利用一级反应的公式，，c0正比于p─p0，c正比于p─pt，所以k=当t=58s时，，当t=108s时，6.在298K时，NaOH与CH3COOCH3皂化作用的速率常数k2与NaOH与CH3COOC2H5皂化作用的速率常数的关系为k2=2.8。试问在相同的实验条件下，当有90%的CH3COOCH3被分解时，CH3COOC2H5的分解百分数为若干？（设碱与酯的浓度均相等）解：由二级反应的动力学方程，，，x=76.27%7.某放射性元素经14天后，活性降低了6.85%。试求：（1）该放射性元素的半衰期；（2）若要分解掉90%，需经多长时间？解：放射性元素的衰变符合一级反应规律。设反应开始时，其活性组分为100%，14天后，剩余的活性组分为100%─6.85%，则：8.在某化学反应中随时检测物质A的含量，1小时后，发现A已作用了75%，试问2小时后A还剩余多少没有作用？若该反应对A来说是：（1）一级反应。（2）二级反应（设A与另一反应物B起始浓度相同）。（3）零级反应（求A作用所需时间）。解：（1）由一级反应速率公式，，，k=1.386h-1，，x=6.25%（2）x=14.3%（3）c0─0.25c0=kk=0.75c0，t=9.设有一反应在某恒温密闭容器中进行，开始时A和B的物质的量之比为2：1，起始总压为3.0，在400K时，60s后容器中的总压力为2.0，设该反应的速率方程为：，求400K时，150s后容器中B的分压。.解：因为温度。体积相同，所以即，PA=2pB，2A（g）+B（g）=G（g）+H（s）t=0200t=t2pBpB0，对二级反应有当t=150s时，，求得PB=0.285kPa10.某物质A的分解是二级反应。恒温下反应进行到A消耗掉初浓度的1/3所需要的时间是2min，求A消耗掉初浓度的2/3所需要的时间。解：11.如反应物的起始浓度均为，反应的级数为n（且n1），证明其半衰期表示式为（式中k为速率常数）：解：，，积分得，当x=时，12.氯化醇和碳酸氢钠反应制取乙二醇：CH2OHCH2Cl(A)+NaHCO3(B)CH2OHCH2OH+NaCl+CO2已知该反应的微分速率方程为：，且测得在355K时反应的速率常数。试计算在355K时：(1)如果溶液中氯乙醇、碳酸氢钠的初始浓度相同，，氯乙醇转化95%需要多少时间？(2)在同样初始浓度的条件下，氯乙醇转化率达到99.75%需要多少时间？(3)若溶液中氯乙醇和碳酸氢钠的开始浓度分别为，，氯乙醇转化99.75%需要多少时间？解：（1）由速率方程知反应为二级反应，且两反应物开始浓度相同，则（2）同理（3）因为两反应物开始浓度不同，则13.已知HCl(g)在1.013×105Pa和298K时的生产热为─92.3KJ·mol-1，生产反应的活化能为113KJ·mol-1，试计算其逆反应的活化能。解：反应热与活化能之间的关系为：即：，=113─(─92.3)=205.3(KJ·mol-1)14.某一级反应在340K时完成20%需时3.20min，而在300K时同样完成20%需时12.6min，试计算该反应的实验活化能。解：由于初始浓度和反应程度都相同，所以可直接运用公式，即根据Arrhenius经验公式：得15.有双分子反应，已知在540～727K时之间发生定容反应，其速率常数k的表示为k/(mol-1·dm3·s-1)=1.2×1010exp(─132kJ·mol-1/RT)若在600K时，CO(g)和NO2(g)的初始压力分别为667和933Pa，试计算：（1）该反应在600K时的kp值。（2）反应进行10h以后，NO的分压为若干。解：（1）（2）运用公式解得p=141.5Pa16.已知组成蛋的卵白蛋白的热变作用为一级反应，其活化能约为85kJ·mol-1，在与海平面相同高度处的沸水中“煮熟”一个蛋需要10min。试求在海拔2213m高的山顶上的沸水中“煮熟”一个蛋需要多长时间。假设空气的体积组成为80%N2和20%O2，空气按高度分布服从分布公式，气体从海平面到山顶都保持293.2K。水的正常汽化热为2.278kJ·g-1。解：先求2213m高出的压力p，式中28.8×10-3㎏·mol-1为空气的平均摩尔质量。由于压力不同所引起的沸点不同，─0.2562=解得T=366.1K，由于温度不同而引起的速率常数不同，，17.硝基异丙烷在水溶液中与碱的中和反应是二级反应，其速率常数可用下式表示：时间以min为单位，活度用表示。（1）计算反应的活化能，及指前因子（2）在283K时，若硝基异丙烷与碱的浓度均为，求反应的半衰期。解：（1）已知对照已知公式，（2）附加.已知HCl(g)在1.013×105Pa和298K时的生产热为─92.3KJ·mol-1，生产反应的活化能为113KJ·mol-1，试计算其逆反应的活化能。解：反应热与活化能之间的关系为：即：=113─(─92.3)=205.3(KJ·mol-1)18.已知某气相反应，在25℃时的k1和k-1分别为0.2s-1和3.938×10-3Pa-1·s-1，在35℃时正逆反应的速率常数k1和k-1均增加为原来的2倍。求：（1）25℃时的平衡常数KC；（2）正逆反应的活化能；（3）反应的热效应Q。解：（1）（2），（3）19.N2O(g)的热分解反应为，从实验测出不同温度时各个起始压力与半衰期值如下：反应温度T/K初始压力半衰期967156.78738096739.197152010307.0661440103047.996212（1）求反应级数和两种温度下的速率常数。（2）求活化能Ea值。（3）若1030K时N2O(g)的起始压力为54.00kPa，求压力达到64.00kPa时所需时间。解：（1）因为则又因为（2）（3）2N2O(g)=2N2(g)+O2(g)5400─pp20.反应服从速率方程，试验在恒温恒容下进行，有数据如表所示。编号T/K179.991.33319.21093.2219.992.666—1093.231.33379.998351093.242.66679.99—1093.2579.991.333101113.2（１）求表中方框内空白处的半衰期值。（２）计算1093.2K的k值(kPa-2·s-1)。（３）计算活化能。解：（1）实验1、2中，A是大大过量的，可将速率方程简化为一级反应，因一级反应的与无关，所以实验2的与实验1相同，为19.2s。实验3、4中，B是大大过量的，速率方程可简化为二级反应二级反应的为，，(4)=417.5s（2）（3）比较实验1、5，起始浓度相同，，，即Ea=330kJ·mol-121.已知对峙反应，在不同温度下T/K6006.63×1058.396456.52×10540.7试计算：（1）不同温度下反应的平衡常数值。（2）该反应的（设该值与温度无关）和600K时的。解：（1）运用下述公式22.某一气相反应，已知在298K时，k1=0.21s-1，k2=5×10-9Pa-1·s-1，当温度升至310K时，k1和k2值均增加1倍，试求：（1）298K时的平衡常数Kp，（2）正、逆反应的实验活化能，（3）反应的，（4）在298K时，A的起始压力101.325kPa，若使总压力达到151.99kPa时，问需时若干？解：（1）（2）Ea(正)=Ea(逆)==8.314×ln2×=44.36kJ·mol-1（3），因为，所以=0。（4）t=000t=t─xxx，x=50.66kPa，()，，23.当有碘存在作为催化剂时，氯苯（C6H5Cl）与氯在CS2溶液中有如下的平行反应：设在温度和碘的浓度一定时，C6H5Cl和Cl2在溶液中的起始浓度均为0.5mol·dm-3，30min后有15%的C6H5Cl转化为邻-C6H4Cl2，有25%的C6H5Cl转变为对-C6H4Cl2，试计算k1和k2。解：由平行反应，因为x=0.5×(0.15+0.25)=0.4×0.5，解得k1=0.01667dm3·mol-1·s-1，k2=0.02778dm3·mol-1·s-124.乙醛的离解反应CH3CHO=CH4+CO是由下面几个步骤构成的（1），（2），（3），（4），试用稳态近似法导出：证明：产物CH4的生成速率为，反应的中间产物为活泼的自由基，故按稳态法处理两式相加得：=，，25.气相反应H2(g)+Br2(g)=2HBr(g)的反应历程为（1），（2），（3），（4），（5），试证明反应的动力学方程式为证明:=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=1\*GB3①－③得④②+③得⑤以⑤代入②式移项得：⑥以⑥代入④式得：⑦⑦式分子、分母各除以，并令：，26．由反应C2H6+H2=2CH4，其反应历程可能是设反应（１）为快速对峙反应，对H可作稳态近似处理，试证明证明：①②②+①因为所以27.光气热分解的总反应为，COCl2=CO+Cl2该反应的历程为其中反应（２）为速决步，（１）、（３）是快速对峙反应，试证明反应的速率方程为证明：因为反应速率取决于最慢的一步，所以由（１）式得则所以28.蔗糖在酸催化的条件下，水解转化为果糖和葡萄糖，经实验测定对蔗糖呈