5 化学反应速度

第五章 化学反应速度 p187 1．以各组分浓度的变化率示下例反应的瞬时速度。并找出各速度间的相互关系。 4HBr+O2→2Br2+2H2O 解：ν HBr）= 0 lim →∆t t HBrc ∆ ∆− )( = dt HBrdc )(− ν (O2)= 0 lim→∆t t Oc ∆ ∆− )( 2 = dt Odc )( 2− ν (Br)= 0 lim→∆t t Brc ∆ ∆ )( = dt Brdc )( 2 0 lim)2( →∆= tOHν t OHc ∆ ∆ )2( = dt OHdc )2( 4 1 dt HBrdc )(− = dt Odc )( 2− = 2 1 dt Brdc )( 2 = 2 1 dt OHdc )2( 2． (CH3)2O分解反应的实验数据如下： t/s 0 200 400 600 800 C[(CH3)2O]/(mol.L-1 ) 0.0100 0 0.0091 6 0.0083 9 0.0076 8 0.0070 3 (1) 计算 600s到 800s间的平均发展速度 (2) 用浓度对时间作图，求 800s时的瞬时速度 解： (1) = −ν ν t OCHc ∆ ∆− 23 )( = ss LmolLmol 600800 ).00768.0.00703.0( 11 − −− −− =3.25×10-6mol.L-1.s-1 3.A(g) B(g)为二级反应。当A的浓度为 0.050mol.L→ -1时，其反应速度为 1.2mol.L-1.min-1 （1） 写出该反应的速度方程。 （2） 计算速度常数 温度不变，欲使反应速度加倍，A的浓度应是多大？ 解： (1) =ν kc2(A) (2)k= )(2 Ac ν = 21 11 ).050.0( min..2.1 − −− Lmol Lmol =480mol.L-1.min-1 (3) c(A)= k ν 反应速度加倍， C(A)= k ν2 = 11 11 min...480 min..2.12 −− −−× Lmol Lmol =0.0707mol.L-1 4.试验测定下列反应 Br2(g)+2NO(g) 2NOBr(g) → 对Br2为一级反应，对NO是二级反应，某温度下速度常数等于 0.05L2.mol-2.s-1 （1） 求反应的总反应级数。 温度不变，当Br2浓度为 0.10mol.L-1；NO浓度为 0.050mol.L-1时求反应速度。 解： (1)反应级数=1+2=3 (2) =ν kc (Br2).c2(NO) =0.050L2.mol-2.s-1×0.10mol.L-1×(0.050mol.L-1)2 =1..25×10-5mol.L-1.s-1 5．气体A的分解反应A(g) 产物，当A浓度等于 0.50mol.L→ -1时，反应速度为 0.014mol.L-1.s-1。 如该反应为： （1）零级反应 （2）一级反应 (3) 二级反应 A浓度等于 1.0mol.L-1时, 反应速度分别是多少？ 解： )(Akcm=ν k= )(Ac v m (1) m=0, k= )(0 Ac ν = 1 ..014.0 11 −− sLmol =0.014mol.L-1.s-1 =0.014mol.L)(0 Akc=ν -1.s-1×1=0.014molL.-1.s-1 (2) m=1, k= )(Ac ν = 1 11 .50.0 ..014.0 − −− Lmol sLmol =0.028s-1 )(Akc=ν =0.028s-1×1.0mol.L-1=0.028mol.L-1s-1 (3) m=2, k= )(2 Ac ν = 21 11 ).50.0( ..014.0 − −− Lmol sLmol =0.056mol-1.L.s-1 )(2 Akc=ν =0.056mol-1.L.s-1×(1.0mol.L-1)2=0.056mol-1.L.s-1 6．反应D(g) 产物，当D浓度等于 0.150mol.L→ -1时，反应速度为 0.030mol.L-1.min-1。如该反 应为： （1）零级反应 （2）一级反应 (3) 二级反应 反应速度常数分别是多少？ 解： )(Dkcm=ν k= )(Dcm ν (1) m=0, k= )(0 Dc ν = 1 min..03.0 11 −−Lmol =0.03mol.L-1.min-1 (2) m=1, k= )(Dc ν = 1 11 .150.0 min..03.0 − −− Lmol Lmol =0.2min-1 (3) m=2, k= )(2 Dc ν = 21 11 ).150.0( min..03.0 − −− Lmol Lmol =1.33mol-1.L.min-1 7．在 600时，反应的实验数据如下： 初始浓度/（mol.L-1） C(NO) C(O2) 初始浓度/（mol.L-1.s-1） （NO浓度降低的速度） 0.010 0.010 0.010 0.020 0.030 0.020 2.5×10-3 2.5×10-3 45×10-3 (1) 写出上述反应的速度方程。反应的级数是多少？ (2) 试计算速度常数 (3) 当C(NO)=0.0150mol.L-1, 当C(O2)=0.0250mol.L-1时反应速度是多少？ 解： (1) )().( 2OcNOkc nm=ν n=1, m=2 反应级数＝ｍ＋ｎ＝２+１＝３ )().( 22 OcNOkc=ν （２）ｋ＝ )()( 2 2 OcNOc ν ＝ 121 113 .01.0).01.0( ..105.2 −− −−− × × LmolLmol sLmol ＝25mol-2.L2.s-1 )().( 2 2 OcNOkc=ν =25mol-2.L2.s-1 ×(0.015mol.L-1)2×0.025mol.L-1 =1.41×10-4mol.L-1.s-1 8. 某反应A(g)→产物, 当A浓度等于 0.10mol.L-1及 0.050时，测得其反应速度，如果其前后两 次速度的比值为： (1)0.50 (2)1.0 (3)0.25 求上述三种情况下反应的级数。 解： )(Akcm=ν m m m Ac Ac Akc Akc ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡== )( )( )( )( 2 1 1 2 2 1 ν ν (1)0. 50= ) .050.0 .10.0( 1 1 − − Lmol Lmol m=2m m=-1 (2)1.0= ) .050.0 .10.0( 1 1 − − Lmol Lmol m=2m m=0 (3)0.25=2m m=-2 9.aA+bB+dD 产物 → 实验顺序 ).( )( 1−Lmol Ac ).( )( 1−Lmol Bc ).( )( 1−Lmol Dc )..( 11 −− sLmol v 1 2 3 1.0 2.0 1.0 1.0 1.0 2.0 1.0 1.0 1.0 2.4×10-3 2.4×10-3 4.8×10-3 4 1.0 1.0 2.0 9.6×10-3 解： )()()().().( 2 DcBkcDcBcAkc xnm ==ν m=0 n=1 x=2 反应级数=m+n+x=0+1+2=3 k= 1223211 113 2 ..104.2).0.1(.0.1 ..104.2 )()( −−− −− −−− ×=× ×= sLmol LmolLmol sLmol DcBc ν 10. 假定某一反应的决速步骤是 2A(g)+B(g)→C(g) 将 2molA(g)和 1molB(g)放在一只 1L容器中混合，将下列 速度同此时反应的初始速度相比较： （1） A和 B都用掉一半时的速度； （2） A和 B各用掉 3 2时速的度； （3） 在 1L容器里装入了 2molA(g)和 2molB(g)时的初速度 （4） 在 1L容器里装入了 4molA(g)和 2molB(g)时的初速度 解： =ν kc2(A)c(B) (1) == )()( )()( 2 11 2 1 BcAkc BcAkc ν ν 8 1 2 1) 2 1( )( )( )( )( 21 2 1 =×=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Bc Bc Ac Ac (2) == )()( )()( 2 22 2 2 BcAkc BcAkc ν ν 27 1 3 1) 3 1( )( )( )( )( 22 2 2 =×=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Bc Bc Ac Ac (3) == )()( )()( 2 33 2 3 BcAkc BcAkc ν ν 22)1( )( )( )( )( 23 2 3 =×=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Bc Bc Ac Ac (4) == )()( )()( 2 44 2 4 BcAkc BcAkc ν ν 2 24 4( ) ( ) 2 2 8 ( ) ( ) c A c B c A c B ⎡ ⎤ = × =⎢ ⎥⎣ ⎦ 12.N2O5分解的反应，400K时，k=1.4s-1,j450k时，k=43s-1，求该反应的活化能。 解：lg )( 303.2 12 12 1 2 TT TT R a k k × −Ε= Ea=2.303R( ) 12 21 TT TT − lg 1 2 k k =2.30×8.31J.mol-1.k-1×( ) 400450 450400 KK KK − × lg 1 1 4.1 43 − − s s =1.02×102kJ.mol-1 13．某反应Ea=82kJ.mol-1,速度常数k=1.2×10-2L.mol-1.s-1(300K时),求 400K的k。 解： lg )( 303.2 12 12 1 2 TT TT R a k k × −Ε= lg 57.3) 300400 300400( .31.8303.2 1.10382 ..102.1 112 2 =× − × −×=× −−− KK KK molJ molJ smolL k lgk2=3.57+lg1.2×10-2L.mol-1.s-1=1.65 k2=44.7L.mol-1.s-1 14。温度相同时，三个非基元反应的活化能数据如下： 反 应 Ea/(kJ.mol-1) E’a/(kJ.mol-1) 1 2 3 30 70 16 55 20 35 (1) 哪个反应的正反应速度最大？ (2) 反应 1的 H是多大？ ∆ (3) 哪个反应的正反应是吸热反应？ 解：(1)活化能越小，能峰越低，得到的活化分子越多，反应速度越快。 所以第三个反应的正反应速度最大 （2）△H=Ea-Ea’=30kJ.mol-1-55kJ.mol-1=-25kJ.mol-1 (4) EaEa’ 吸热 所以第二个反应的正反应是吸热反应 16.对于下列反应 C(s)+CO2(g)≒2CO(g); ∆H=+172.5kJmol-1 若增加总压力，或升高温度，或加入催化剂，反应速度常数k正，k逆，反应速度v正，v逆及平衡 常数k将如何变化？平衡将怎样移动？分别填入下表中。 K正 K逆 V正 V逆 K 平衡移动方向 增加总压力 升高温度 加入催化剂 解： K正 K逆 V正 V逆 K 平衡移动方向 增加总压力 不变 不变 增大 增大 不变 逆方向 升高温度 增大 增大 增大 增大 增大 正方向 加入催化剂 增大 增大 增大 增大 不变 不移动