无机及分析化学课后习题第三章答案

一、选择题

1.对反应 2SO2(g)+O2(g)

A.

dc(SO2)dc(O2) ?dtdtNO(g) 2SO3(g) 下列几种速率表达式之间关系正确的是( )。

dc(SO2)dc(SO3) ?dt2dt B.

C. dc(SO3)?dc(O2) D. d c(SO3)??d c(O2)

2dtdt2d td t解:选D。依据化学反应的瞬时速率的表达通式,对于一般化学反应,速率表达可写出通式如下:

2.由实验测定,反应 H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) 的速率方程为v=kc(H2)c1/2(Cl2) ,在其他条件不变的情况下,将每一反应物浓度加倍,

此时反应速率为( )。

A. 2v B. 4v C. 2.8v D. 2.5v

解:选C。依据化学反应的速率方程υ=kc(H2)c1/2(Cl2),H2和Cl2浓度增大都增大一倍时,速率应该增大22倍,即相当于2.8Υa。 3.测得某反应正反应的活化能Ea.正=70 kJ·mol-1,逆反应的活化能Ea.逆=20 kJ·mol-1,此反应的反应热为( )

A. 50 kJ·mol-1 B. -50 kJ·mol-1 C. 90 kJ·mol-1 D. -45 kJ·mol-1 解:选A。依据过渡态理论,反应热可以这样计算:Q = Ea,正- Ea,逆 。

4.在298K时,反应 2H2O2===2H2O+O2,未加催化剂前活化能Ea=71 kJ·mol-1,加入Fe3+作催化剂后,活化能降到42 kJ·mol-1,加入

催化剂后反应速率为原来的( )。

A. 29倍 B. 1×103倍 C. 1.2×105倍 D.5×102倍 解:选C。依据阿仑尼乌斯指数式k = A·e?EaRTk,可得2?ek1Ea?Ea21RT?e290008.314?298?1.2?105

5.某反应的速率常数为2.15 L2·mol-2·min-1,该反应为( )。

A. 零级反应 B. 一级反应 C. 二级反应 D. 三级反应

解:选D。对于一个基元反应,aA + bB = cC + dD,有反应速率为v?kca(A)cb(B)则其速率常数k的单位的通式可写成:(mol · L-1)1-a-b ·s-1,

反推可以得到为三级反应。

6.已知反应 2NO(g)+Cl2(g)===2NOCl(g) 的速率方程为v=kc2(NO)c(Cl2)。故该反应( )

A. 一定是复杂反应 B. 一定是基元反应 C. 无法判断

解:选C。基元反应符合质量作用定律,但符合质量作用定律的不一定都是基元反应。反应是基元反应还是复杂反应,要通过实验来确定。 7.已知反应 N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔrHmθ>0,当升高温度时,Kθ将( )。

A. 减小 B. 增大 C. 不变 D. 无法判断

解:选B。根据吕·查德里原理,对吸热反应,当升高温度时,平衡就向能降低温度(即能吸热)的方向移动;即反应正向进行,平衡常数

将增大。

8.已知反应 2SO2(g)+O2(g)

的关系为( )

?A. K1θ=K2θ B. K1θ=K2 C. K2θ=

?K12SO3(g) 平衡常数为K1θ,反应 SO2(g)+12O2(g)

SO3(g) 平衡常数为K2θ。则K1θ和K2θ

D. 2K1θ=K2θ

解:选C。根据平衡常数的表达式,平衡常数与化学反应的化学计量数是有关的。化学反应的化学计量数的变化影响着平衡常数的指数项。 9.反应 2MnO4-+5C2O42-+16H+===2Mn2++10CO2+8H2O ΔrHmθ< 0,欲使KMnO4褪色加快,可采取的措施最好不是( )。

A. 升高温度 B. 降低温度 C. 加酸 D. 增加C2O42-浓度

解:选B。欲使KMnO4褪色加快,即增大反应的速率,只能通过升高温度,增大反应物的浓度,加入催化剂等来考虑。所以这里降低

温度不利于加快反应速率。 10.设有可逆反应 aA(g) + bB(g)

?

dD(g) + eE(g) ?rHm>0,且a+b>d+e,要提高A和B的转化率,应采取的措施是( )。

A. 高温低压 B. 高温高压 C. 低温低压 D. 低温高压

解:选B。根据吕·查德里原理,对吸热反应,当升高温度时,平衡就向能降低温度(即能吸热)的方向移动;当增大压力时,平衡就向能

减小压力(即分子化学计量数之和小)的方向移动;所以为提高反应物A和B的转化率,应采取的措施是高温高压。 二、填空题

1.已知反应 2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g) 的反应历程为

① 2NO(g)+H2(g)===N2(g)+H2O2(g) (慢反应) ② H2O2(g)+H2(g)===2H2O(g) (快反应)

则该反应称为 复杂反应 反应。此两步反应均称为 基元反应 反应,而反应①称为总反应的 定速步骤 ,总反应的速率方程近似为 v=kc(H2)c2(NO) ,此反应为 3 级反应。

2.已知基元反应 CO(g)+NO2(g)===CO2(g)+NO(g) ,该反应的速率方程为 v=kc(CO)c(NO2) ;此速率方程为 质量作用 定律的数学表达式,此反应对NO2是 1 级反应,总反应是 2 级反应。

3.催化剂加快反应速率主要是因为催化剂参与了反应, 改变 反应途径,降低了活化能。

4.增加反应物浓度,反应速率加快的主要原因是 活化分子总数 增加,提高温度,反应速率加快的主要原因是 活化分子百分数 增加。

5.增加反应物的量或降低生成物的量,Q < Kθ,所以平衡向正反应方向移动;对放热反应,提高温度,Q > Kθ,所以平衡向逆

反应方向移动。

6.对于气相反应,当Δn = 0时,增加压力时,平衡不移动;当Δn < 0时,增加压力时,平衡向正反应方向移动;当Δn > 0时,增加压力时,平衡向逆反应方向移动。 7.在气相平衡 PCl5(g)

PCl3(g)+Cl2(g) 系统中,如果保持温度、体积不变,充入惰性气体,平衡将 不 移动;如果保持温度,压力不变,充入惰性气体,平衡将向 右 移动。

8.化学平衡状态的主要特征是 v正=v逆 ;温度一定时,改变浓度、压力可使平衡发生移动,但Kθ值 不变 ,如温度改变使化学

平衡发生移动,此时Kθ值 改变 。

9.某化学反应在298 K时的速率常数为1.1×10 - 4s-1, 在323 K时的速率常数为5.5×10 -2s-1。则该反应的活化能是 ,303

K时的速率常数为 。 三、简答题:

Ea?1.根据阿仑尼乌斯指数式k = A·eRT,对一切化学反应,升高温度,反应速率均加快吗?反应速率常数的大小与浓度、温度、催化

剂等因素有什么关系?

解:根据阿仑尼乌斯指数式k = A·e?RT,,温度与速率常数成正比,而速率常数又与反应速率成正比,所以对一切化学反应,升高温度,

反应速率均加快。反应速率常数大小由反应物性质决定,与反应物的浓度无关,与温度成正比。加入催化剂,降低了反应的活化能,增大了反应速率常数,从而使化学反应速率加快。

??? IO- 2.反应速率方程和反应级数能否根据化学反应方程式直接得出?次氯酸根和碘离子在碱性介质中发生下述反应:ClO- + I- ?OH?Ea+ Cl- 其反应历程为

(1)ClO- + H2O === HClO + OH- (快反应) (2)I- + HClO === HIO + Cl- (慢反应) (3)HIO + OH- === H2O + IO- (快反应)

试证明 v=kc(I-)c(ClO-)c-1(OH-)

解:反应速率方程式和反应级数不能根据化学反应方程式直接得出,因为质量作用定律只适用于基元反应,且用于定速步骤。对于复

杂反应的速率方程,只能通过实验获得。

-因为反应(2)为定速步骤,所以v?k2c(I)c(HClO)

--Kc(ClO) c(HClO)c(OH) 由反应(1)可得平衡常数K= 所以 c(HClO)?c(OH-)c(ClO-)-Kc(ClO-)-c(ClO) 代入速率方程得:v?k2c(I) 整理得: v?Kk2c(I)

c(OH-)c(OH-)-令k2K=k 所以v?kc(I-)c(ClO-)c?1(OH-) 3.写出下列反应的平衡常数Kθ的表示式。 (1)CH4(g) + 2O2(g) (2)MgCO3(s)

CO2(g) + 2H2O(l) MgO(s) + CO2(g)

(3)NO(g) +

12O2(g) NO2(g)

2Mn2+(aq) + 5O2(g) + 8H2O(l)

(4)2MnO4-(aq) + 5H2O2(aq) + 6H+(aq) 解:

?p(CO2)??pθ??p(CO2)???θ(1)Kθ? (2)K??? 2θp?p(CH4)??p(O2)????pθ??pθ?????25?p(NO2)??c(Mn2+)??p(O2)??pθ?????θθ??θcp????θ(3)K? (4)K? 1/2265-+?p(NO)??p(O2)??c(MnO4)??c(H2O2)??c(H)??pθ??pθ???????θcθcθ??c????????四、计算题:

1.A(g) → B(g) 为二级反应。当A的浓度为0.050mol·L-1时,其反应速率为1.2 mol·L-1·min-1。(1)写出该反应的速率方程。(2)计算

速率常数。(3)在温度不变时欲使反应速率加倍,A的浓度应为多大? 解:(1)依题意有:v?kc2(A)

(2)依据v?kc2(A) ,代入数据计算:1.2?k(0.05)2 得到

k?480L?mol-1?min-1 =8 L?mol-1?s-1

(3)依据v?kc2(A) 代入数据计算:2.4?480?c2(A) 得到 c(A)=0.0707mol.L-1

2.在1073K时,测得反应 2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g) 的反应物的初始浓度和N2的生成速率如下表

实验序号 1 2 3 初始浓度 /(mol·L-1) c(NO) 2.00×10-3 1.00×10-3 2.00×10-3 c(H2) 6.00×10-3 6.00×10-3 3.00×10-3 1.92×10-3 0.48×10-3 0.96×10-3 (1)写出该反应的速率方程并指出反应级数; (2)计算该反应在1073K时的速率常数;

(3)当c(NO)=4.00×10-3 mol·L-1,c(H2)=4.00×10-3 mol·L-1时,计算该反应在1073K时的反应速率。 解:(1)设速率方程为: v=kcx(NO)cy(H2)

代入实验数据得: ① 1.92×10-3=k(2.00×10-3)x(6.00×10-3)y ② 0.48×10-3=k(1.00×10-3)x(6.00×10-3)y ③ 0.96×10-3=k(2.00×10-3)x(3.00×10-3)y

①÷②得 4 = 2x x=2 ; ①÷③得 2 = 2y ,y = 1 所以 v=kc2(NO)c(H2)

(2)k=8×104 L2·mol-2·s-1 (3)v=5.12×10-3 mol·L-1

3. 已知反应 N2O5(g)=== N2O4(g)+1O2(g) 在298K时的速率常数为3.46×105s-1,在338K时的速率常数为4.87×107s-1,求该反应的2活化能和反应在318K时的速率常数。 解:

则:Ea=103.56 kJ.mol-1

?T3?318Kk3Ea?T3?T1?T1?298K?? ? 代入公式 ln5?1 ?k1R??k3???k1?3.46?10s?T3T1得k3= 4.79×106 s-1

??? ?4.在301K时,鲜牛奶大约4h变酸,但在278K的冰箱中可保持48h,假定反应速率与牛奶变酸的时间成反比,求牛奶变酸的活化能。

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