第三章 化学反应速率和化学平衡答案

习题3-1  什么是反应的速率常数？它的大小与浓度、温度、催化剂等因素有什么关系？

答：反应的速率大都可以表示为与反应物浓度方次的乘积成正比：

υ=k·cα(A)·cβ(B)，式中比例常数k就是速率常数。速率常数在数值上等于反应物浓度均为1 mol·L-1时的反应速率。k的大小与反应物浓度无关，改变温度或使用催化剂会使速率常数k的数值发生变化。

习题 3-2  什么是活化能？

答：Arrhenius总结了大量实验事实，提出一个经验公式：速率常数k的对数与1/T有线形关系：　式中Ea就是活化能，它表示活化分子具有的最低能量与反应分子平均能量之差。

习题3-3  什么是催化剂？其特点有哪些？

答：某些物质可以改变化学反应的速率，它们就是催化剂。催化剂参与反应，改变反应历程，降低反应活化能。催化剂不改变反应体系的热力学状态，使用催化剂同样影响正、逆反应的速率。不影响化学平衡，只能缩短达到平衡的时间。

习题3-4  NOCl分解反应为2NOCl→2NO+Cl2实验测得NOCl的浓度与时间的关系如下：

解：t=0-10s时， = 0.058mol·L-1·s-1

t=10-20s时， = 0.043mol·L-1·s-1

t=20-30s时， = 0.028mol·L-1·s-1

t=30-40s时， = 0.015mol·L-1·s-1

t=40-50s时， = 0.008mol·L-1·s-1

    作图法略。

习题3-5  660K时反应2NO + O2→2NO2 ，NO和O2的初始浓度c(NO)和c(O2)及反应的初始速率υ的实验数据：

（2）求出反应的级数和速率常数；

（3）求c(NO)= c(O2)= 0.15mol·L-1时的反应速率。

解：　(1) 设反应的速率方程为υ = k·cα(NO)·cβ(O2), 

将数据代入得：　0.030= k  0.10  0.10 　　　①

　　　　　　　　     　　0.060 = k  0.10  0.20 　　　②

　　　　　　　　     　　0.240 = k  0.20  0.20 　　　③

②／①　得　β=1

③／②　得　α=2

∴　反应的速率方程为υ= kc２(NO)c(O2)

（2） 反应的级数为α+β＝3　速率常数k = 30.0 (mol·L-1)-2·s-1 

（3） υ = 0.101 mol·L-1·s-1

习题3-6  某反应25℃时速率常数为1.3×10-3s-1，35℃时为3.6×10-3s-1。根据van’t Hoff规则，估算该反应55℃时的速率常数。

解：    k(35℃)/k(25℃) = γ = 2.77

        k(55℃)/k(35℃)= γ2 

        k(55℃)= γ2 k(35℃) =2.7723.610-3 = 27.610-3s-1

习题3-7  求反应C2H5Br→C2H4+HBr在700K时的速率常数。已知该反应活化能为225 kJ·mol-1，650K时k =2.0×10-3s-1。

 解：设700K(T2)时的速率常数为k2, 650K(T1)时的速率常数为k1。根据Arrhenius公式

习题3-8  反应C2H4+H2→C2H6 在300K时k1 = 1.3×10-3mol·L-1·s-1，400K时k2 = 4.5×10-3 mol·L-1·s-1，求该反应的活化能Ea。

解：根据Arrhenius公式

习题3-9  某反应活化能为180kJ·mol-1，800K时反应速率常数为k1，求k2＝2k1时的反应温度。

解：

k2 = 2k1时的反应温度T2 = 821K

习题3-10  写出下列反应的标准平衡常数表示式

解： （1）

    （2）

    （3）

习题3-11  已知在某温度时

   （1）2CO2(g) ᆖ2CO(g) + O2(g)   = A

（2）SnO2(s) +2CO(g) ᆖSn(s) + 2CO2(g)   = B,则同一温度下的反应

（3）SnO2(s) 〓 Sn(s) + O2(g)的应为多少？

解：  （3）=（1）+（2）

=·= AB

习题3-12  在1273K时反应：FeO(s)+ CO(g)ᆖFe(s)+ CO2(g)的Kθ = 0.5，若CO和CO2的初始分压分别为500 kPa和100 kPa，问：（1）反应物CO及产物CO2的平衡分压为多少？（2）平衡时CO的转化率是多少？（3）若增加FeO的量，对平衡有没有影响？

解 :   (1)          FeO(s) + CO(g) ᆖFe(s) + CO2(g)

起始时刻p/Pa        500            100

平衡时刻p/Pa        500-x          100+x       

                x = 100kPa

CO的平衡分压为400 kPa, CO2的平衡分压为200 kPa. 

     (2) 平衡时CO的转化率α= = 20%

     (3) 增加FeO的量，对平衡有没有影响。

习题3-13  在585K和总压为100 kPa时，有56.4%NOCl(g)按下式分解：

2NOCl(g)〓 2NO(g)+ Cl2(g)

若未分解时NOCl的量为1mol。计算(1)平衡时各组分的物质的量；（2）各组分的平衡分压；（3）该温度时的Kθ。

解：(1)                           2NOCl（g）ᆖNO（g）+Cl2（g）

未分解时各组分的物质的量n/mol     1         0        0

平衡时各组分的物质的量n/mol    0.436       0.546     0.282

习题3-14  反应Hb·O2(aq)+CO(g)ᆖHb·CO(aq)+O2(g)在298K时= 210，设空气中O2的分压为21kPa，计算使血液中10%红血球(Hb·O2)变为Hb·CO所需CO的分压。

解：      Hb·O2(aq)+ CO(g)ᆖHb·CO(aq)+ O2(g)

∴ 使血液中10%红血球(Hb·O2)变为Hb·CO所需CO的分压

p(CO) = 11.11 kPa

习题3-15  计算反应CO+3H2ᆖCH4+H2O在298K和500K时的Kθ值（注意：298K和500K时水的聚集状态不同，利用，计算）。

解：   298K时     CO (g)  +  3H2 (g)  ᆖ CH4(g)  +  H2O(l)

/ kJ·mol-1     -110.53        0         -74.81      -285.84

/ J·K-1·mol-1      197.56       130.57      186.15     69.94

= -250.12 kJ·mol-1

= -133.18 J·K-1·mol-1

= = -150.83 kJ·mol-1

= -RTlnK= -8.314298ln K 

          K (298K)= 2.75  1026

       500K时     CO(g)  +  3H2 (g)  ᆖ CH4 (g) + H2O (g)

   / kJ·mol-1   -110.53        0         -74.81    -241.82

    / J·K-1·mol-1    197.56      130.57       186.15    188.72

              = -206.1 kJ·mol-1

              =-214.4 J·K-1·mol-1

              = = -98.9 kJ·mol-1

             = -RTlnK= -8.314500ln K 

          K (500K) = 2.15  1010  

习题3-16  反应H2(g)+I2(g)ᆖ2HI(g)在713K时Kθ = 49，若698K时的Kθ = 54.3

（1）上述反应为多少？（698~713K温度范围内），上述反应是吸热反应，还是放热反应？

（2）计算713K时反应的。

（3）当H2 ，I2，HI的分压分别为100 kPa，100 kPa和50 kPa时计算713K时反应的。

解：(1) 

= -28.34 kJ·mol-1

故为放热反应

        (3) 

习题3-17  已知水在373K时气化焓为40.60 kJ·mol-1，若压力锅内压力最高可达150 kPa，求此时锅内的温度。

解: 

习题3-18  The rate constant for the reaction of oxygen atoms with aromatic hydrocarbons was 3.03×107 mol-1·L·s-1 at 341.2K, and 6.91×107 mol-1·L·s-1 at 392.2K. Calculate the activation energy of this reaction.

解: 

习题3-19  The standard equilibrium constant of a reaction was =32 at 25℃ and =50 at 37℃. Calculate, and of this reaction at 25℃(was considered a constant in this rage of temperature)

解: