海南大学：《无机化学》课程教学资源（作业习题）第三章 化学动力学基础（含解答）

第三章化学动力学基础 1、如果一反应的活化能为180k小mol-1,400K时反应的速率常数k的值是6.10×108s, 请问多高温度下该反应的速率常数的值为400K下k值的2倍。并求400K下的半衰期 Tn. 解： n2=E1 0月 代入Ea=180kmol1，R=8.314Jmol-K- 得到T=405.2K 对于第二问，因为速率常数k的单位是s,可以据此推断该反应是一级反应，其半衰 期的计算公式为Ta-0693,代入400K下的610x10*s,得到T=164x10s. k 2、反应2NO(g)+2H(g)一N(g)+2H0的动力学实验数据如下： 初始浓度/molL 初始速率/mol-Lls a(NO) c(H2) 0.020 0.020 2.0x102 0.010 0.020 50×10-3 3 0.010 0.010 2.5×10 (1)写出N2生成的速率方程式： (2)加果浓度以mol.dm3表示，反应谏率常数k的单位是多少？ (3) 写出NO浓度减小的速率方程式，这里的速率常数k和)中的k的值是否相同， 两个k值之间的关系是怎样的？ 解：()根据所提供的实验数据，NO)保持不变时，)增大2倍，反应速率增大 5.0×10/2.5x10=2倍，推断v正比于[©(H小：当c比)保持不变时，cNO)增大一倍，反应 速率增大2.0x1025.0×10=4=22倍，推断v正比于cN02:因此速率方程为： (2)对于三级反应，k的单位是dm5mo2s'。 (3)根据第一间所得"o=kCoc,因为vo=2"w2,所以k=2 3、根据实验，在一定温度范围内，反应2A(g)十B2(g)=2ABg)为基元反应，试求 ()该反应的反应速率方程式： (②)该反应的总级数

第三章 化学动力学基础 1、 如果一反应的活化能为 180 kJ·mol −1 ，400K 时反应的速率常数 k 的值是 6.10×10-8 s -1， 请问多高温度下该反应的速率常数的值为 400K 下 k 值的 2 倍。并求 400K 下的半衰期 T1/2。 解： 1 1 ln2= ( ) 400 Ea R T − 代入 Ea = 180 kJ·mol −1， R=8.314 J·mol −1 K −1 得到 T=405.2 K 对于第二问，因为速率常数 k 的单位是 s -1，可以据此推断该反应是一级反应，其半衰 期的计算公式为 T1/2= 0.693 k ，代入 400K 下的 k=6.10×10-8 s -1，得到 T1/2=1.64×107 s。 2、 反应 2NO(g) + 2 H2(g) → N2(g) + 2 H2O 的动力学实验数据如下： 初始浓度/mol·L-1 初始速率/mol·L-1·s-1 c(NO) c(H2) 1 2 3 0.020 0.010 0.010 0.020 0.020 0.010 2.0×10-2 5.0×10-3 2.5×10-3 （1） 写出 N2 生成的速率方程式； （2） 如果浓度以 mol·dm-3 表示，反应速率常数 k 的单位是多少？ （3） 写出 NO 浓度减小的速率方程式，这里的速率常数 k 和(1)中的 k 的值是否相同， 两个 k 值之间的关系是怎样的？ 解：(1) 根据所提供的实验数据，c(NO)保持不变时，c(H2)增大 2 倍，反应速率增大 5.0×10-3 /2.5×10-3=2 倍，推断 v 正比于[c(H2)]；当 c(H2)保持不变时，c(NO)增大一倍，反应 速率增大 2.0×10-2 /5.0×10-3=4=22 倍，推断 v 正比于[c(NO)]2；因此速率方程为： 2 2 N NO H 2 1 v k c c = (2) 对于三级反应，k 的单位是 dm6·mol-2·s-1。 (3)根据第一问所得 2 2 NO NO H 2 v k c c = ，因为 2 2 No N v v = ，所以 2 1 k k = 2 3、 根据实验，在一定温度范围内，反应 2A(g)＋B2(g)＝2AB(g)为基元反应，试求： ⑴ 该反应的反应速率方程式； ⑵ 该反应的总级数；

(3)其它条件不变，如果将容器的体积增大到原来的3倍，其反应速率如何变化？ 解：（①）由于该反应为基元反应，所以速率方程式可根据反应式直接写出 =AP[B:] (2)根据速率方程，该反应的总级数为2十1=3，该反应为三级反应。 (③)其它条件不变，如果将容器的体积增大到原来的2倍，则各反应物浓度降为原来的 半，反港率麦为，-号兴)=方a时 1 即反应速率变为原来的 27 4、请简要解释： (1)反应物分子间的所有球撞大多数都是无效的： (②AMg)十2B(g)一产物，总反应不一定都是三级反应 答：()由于达到反应活化能标准的活化分子数仅占分子总数的很小一部分，此外即使是活 化分子的碰撞也有些是取向不合适的，所以反应物分子间的所有碰撞大多数都是无效的。 (2)由于反应历程往往非常复杂，反应级数不能由反应方程式直接判断，而必须由实际 的反应机理决定，具体的反应级数是由实验确定的。 5、已知下列合成氨反应的有关热力学数据： △，H/kJ-mol- 3)=2NH(g 9238 答：该反应是一个放热过程，所以升高温度在热力学上是不利的，将会降低产率。另一方面。 虽然降温有利于产率，但由于动力学原因，该反应在低温下速率很小，为了达到一定的 反应速率，实际生产中是在适当高温（约500℃）、高压并加入催化剂条件下进行。 二氧化氮被臭氧氧化生成五氧化二氮，反应机理如下： ①NO2+O3→NO+O2 ②NO3+NO2→NO 快 ()写出反应的总反应式 (2)写出速率方程 答：()根据分步反应机理可以写出总反应式，其中NO,为中间产物，只出现在反应过程中， 不应出现在总反应式中，故总反应式为： 2NO(g)+O,(g)→N,0,(g+O2(g) (②)总的反应速率仅与控制速率步骤有关，在该反应中取决于最慢的第一步，故 v=kc(NO,)c(O)

⑶ 其它条件不变，如果将容器的体积增大到原来的 3 倍 ，其反应速率如何变化 ？ 解：⑴ 由于该反应为基元反应，所以速率方程式可根据反应式直接写出： v＝k[A] 2 [B2] ⑵ 根据速率方程，该反应的总级数为 2＋1＝3，该反应为三级反应。 ⑶ 其它条件不变，如果将容器的体积增大到原来的 2 倍，则各反应物浓度降为原来的 一半，反应速率变为 v＝k( [ ] 3 A ) 2 ( 2 [ ] 3 B )＝ 1 27 k[A] 2 [B2] 即反应速率变为原来的 1 27 。 4、 请简要解释： ⑴ 反应物分子间的所有碰撞大多数都是无效的； ⑵ A(g)＋2B(g)→产物，总反应不一定都是三级反应； 答：⑴ 由于达到反应活化能标准的活化分子数仅占分子总数的很小一部分，此外即使是活 化分子的碰撞也有些是取向不合适的，所以反应物分子间的所有碰撞大多数都是无效的。 ⑵ 由于反应历程往往非常复杂，反应级数不能由反应方程式直接判断，而必须由实际 的反应机理决定，具体的反应级数是由实验确定的。 5、 已知下列合成氨反应的有关热力学数据： rHm   /kJ·mol-1 N2(g)＋3H2(g)＝2NH3(g) -92.38 试从热力学和动力学两方面分析加热对上述反应产生的影响。 答：该反应是一个放热过程，所以升高温度在热力学上是不利的，将会降低产率。另一方面， 虽然降温有利于产率，但由于动力学原因，该反应在低温下速率很小，为了达到一定的 反应速率，实际生产中是在适当高温（约 500℃）、高压并加入催化剂条件下进行。 6、 二氧化氮被臭氧氧化生成五氧化二氮，反应机理如下： ① NO2 + O3 1 ⎯⎯→k NO3 + O2 慢 ② NO3 + NO2 2 ⎯⎯→k N2O5 快 (1) 写出反应的总反应式 (2) 写出速率方程 答：(1) 根据分步反应机理可以写出总反应式，其中 NO3 为中间产物，只出现在反应过程中， 不应出现在总反应式中，故总反应式为： 2 3 2 5 2 2NO ( ) O ( ) N O (g)+O ( ) g g g + → (2) 总的反应速率仅与控制速率步骤有关，在该反应中取决于最慢的第一步，故 1 2 3 v k c c O = (NO ) ( )