1、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)NO(g) 2SO3(g) 下列几种速率表达式之间关系正确的是 ( )。A.dc (SO 2 ) dc( O2 ) B. dt dtdc(SO2) dc( SO3)dt 2dtC.dc( SO3 ) c(O2 D.d )2dt dtd c(SO) dc(O )3 22dt dt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：A A B B Y Y Z ZvdcAvAdtdcBvBdtdcYvYdtdcZvZdt2由实验测定， 反应 H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 的速
2、率方程为 vkc(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 1/2(Cl2)，H2 和 Cl2 浓度增大都增大一倍时，速率应该增大 2 2 倍，即相当于 2.8a。解：选 C。依据化学反应的速率方程 kc(H2)c-1，逆反应的活化能 Ea. -1，此反应的反应热为 ( ) 3测得某反应正反应的活化能 Ea.正=70 kJ mol 逆=20 kJ mol -1 B. -50 kJ mol-1 C. 90 kJ mol-1 D. -45 kJ mol-1A. 50 kJ mol解：选
3、 A。依据过渡态理论，反应热可以这样计算： Q = Ea,正 Ea,逆 。-1，加入 Fe3+作催化剂后，活化能降到 42 kJ mol-1，加入 4在 298K 时，反应 2H2O2=2H2O+O2，未加催化剂前活化能 Ea=71 kJ mol催化剂后反应速率为原来的（ ）。 3 倍 C. 1.2 105 倍 D.5102 倍A. 29 倍 B. 1 10Ea解：选 C。依据阿仑尼乌斯指数式 k = Ae RT，可得E a aE29000k 122 e e 1.2 10RT 8 .314 298k155某反应的速率常数为 2.15 L2mol-2min-1，该反应为( )。A. 零级反应 B
4、. 一级反应 C. 二级反应 D. 三级反应-1)1-a-b s-1， a b解：选 D。对于一个基元反应，aA + bB = cC + dD，有反应速率为 v kc (A) c (B) 则其速率常数 k 的单位的通式可写成：(mol L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 vkc2(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)=
5、2NO(g) rHm0，当升高温度时， K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。，反应 SO2(g)+8已知反应 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 平衡常数为 K1。则 K1和 K21 O2(g) SO3(g) 平衡常数为 K22的关系为( )K2 B. K1A. K1K C. K22K D. 2K1K21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
6、反应 2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2+10CO2+8H2O rHm0，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 2NO(g)+H2(g)=N2(g)+H2O2(
7、g) （慢反应） 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，而反应称为总反应的 定速步骤 ，总反应的速率方 2(NO) ，此反应为 3 级反应。程近似为 v=kc(H2)c2已知基元反应 CO(g)+NO 2(g)=CO 2(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
8、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。 ，所以平衡向正反应方向移动；对放热反应，提高温度， Q K ，所以平衡向逆5增加反应物的量或降低生成物的量， Q K反应方向移动。6对于气相反应，当 n = 0 时，增加压力时，平衡不移动；当 n 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)+Cl 2(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 K值
9、不变 ，如温度改变使化学平衡发生移动，此时 K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 5.510 -2s-1。则该反应的活化能是 ，303K 时的速率常数为 。三、简答题：Ea1根据阿仑尼乌斯指数式 k = Ae RT，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？Ea ，解：根据阿仑尼乌斯指数式 k = Ae 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
10、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。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- + I-OH IO-+ 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 vkc(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
11、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)由反应（1）可得平衡常数 K=-c (HClO) c (OH )c-(ClO )所以c(HClO)-K c(ClO )-c(OH )代入速率方程得：-K c(ClO )-v k c(I )2 -c(OH )整理得：-c(ClO )-v K k c(I )2 -c(OH )令 k2K=k 所以- - 1 -v kc(I ) c(ClO )c (OH )3写出下列反应的平衡常数 K的表示式。（1）CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l)（2）Mg
12、CO3(s) MgO(s) + CO2(g)（3）NO(g) +1 O2(g) NO2(g)2（4）2MnO4-(aq) + 5H2O2(aq) + 6H+(aq) 2Mn2+(aq) + 5O2(g) + 8H2O(l)解：p (CO )2（1）Kpp(CH ) p(O )4 2 p p2（2） Kp(CO ) 2p（3）Kp (NO )2pp(NO)p(O )2 p p1/ 2（4）K2 52+c(Mn )p(O )2 c p2 6 5- +c (MnO ) c(H O ) c(H )4 2 2 c c c四、计算题： -1 时，其反应速率为 1.2 mol L-1min-1。（1）写出该
13、反应的速率方程。 （2）计算1A(g) B(g)为二级反应。当 A 的浓度为 0.050mol L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？2 解：（1）依题意有： (A)v kc2（2）依据 (A)v kc ，代入数据计算：21.2 k (0.05) 得到-1 -1k 480 L mol min =8 L mol-1 s-122 A（3）依据 (A) c 得到 c(A)=0.0707mol.Lv kc 代入数据计算： 2.4 480 ( )-12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
14、率如下表实验初始浓度 /（molL-1）生成N 的初始速率21 1mol L s序号 c(NO) c(H2) -3 6.00 10-3 1.92 10-31 2.00 102 1.00 10-3 6.00 10-3 0.48 10-33 2.00 10-3 3.00 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 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。（3）当 c(NO)=4.0010解：（1）设速率方程为： v= kcx(NO) cy(H2)代入实
15、验数据得： 1.92 10-3=k(2.00 10-3)x(6.00 10-3)y 0.48 10-3=k(1.00 10-3)x(6.00 10-3)y 0.96 10-3=k(2.00 10-3)x(3.00 10-3)y 得 4 = 2x x=2 ； 得 2 = 2y ，y = 1 所以 v= kc2(NO)c(H2)（2）k=8104 L2mol-2s-1（3）v=5.1210-3 mol L-13 已知反应 N2O5(g)= N2O4(g)+1 O2(g) 在 298K 时的速率常数为 3.46 105s-1，在 338K 时的速率常数为 4.87107s-1，求该反应的2活化能和反
16、应在 318K 时的速率常数。解：lnk2k1EaRTT21T T2 1k1T298K510 s13.461k2T338K71014. 871s-1则：Ea=103.56 kJ.molk1T13298 K.46 105 1sT3k3318K?代入公式lnkk31EaRT3TT1T3 16 s-1 得 k3= 4.79 104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。解：v1t所以k1t1 k t t 48， 2 2 1 121k t 41 2t1lnk2k1EaRTT21T T2 1ln 121.
17、3JEa-1Kmol1(301K301K278K278)-1则：Ea=75.16 kJ.mol5已知反应 2H2O2=2H2O+O2 的活化能 Ea=71kJmol-1，在过氧化氢酶的催化下，活化能降为 8.4 kJ mol-1。试计算 298K 时在酶的催化下，H2O2 的分解速率为原来的多少倍？E Ea a解： 2 A ; A2 1ln k ln ln k1 ln RT RTE Ek2a a2ln =k RT1710003.478400298=25.27 所以kk215. 1010 即 v2/v1=9.4 10106在 791K 时，反应 CH3CHO=CH4+CO 的活化能为 190 k
18、J mol-1，加入 I2 作催化剂约使反应速率增大 4103 倍，计算反应在有 I2存在时的活化能。E Ea a解： 2 A ; A2 1ln k ln ln k1 ln RT RTE Eka1 a22ln 因为k RT1k2 4 103k1，所以lg( 413 190000 J mol E 2a10 )-1 12 .303 8 .314 J K mol791K则E =135.4 kJ.mol-1a27已知下列反应在 1362K 时的平衡常数：（1） H2(g) +1 S2(g) H2S(g) K1=0.802（2） 3H2(g) + SO2(g) H2S(g) + 2H2O(g) K2=1
19、.8 104计算反应（ 3）4H2(g) + 2SO2(g) S2(g) + 4H2O(g) 在 1362K 时的平衡常数 K。解：目标方程式（ 3）可以这样重合得到： (3) = (2) 2-(1) 2K= 2 4( K ) 1.8 102 2( K ) 0.8128=5.06 10-1， O2(g) 8在 800K 下，某体积为 1L 的密闭容器中进行如下反应 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) SO2(g)的起始量为 0.4 mol L的起始量为 1.0 mol L-1，当 80%的SO2 转化为 SO3 时反应达平衡，求平衡时三种气体的浓度及平衡常数。解：2SO2(g) +
20、 O2(g) = 2SO3(g)起始浓度 /(mol?L-1) 0.4 1 0平衡浓度 / (mol?L -1) 0.4(1-80%) 1-1) 0.4(1-80%) 1-0.4 0.4 80%80 %2=0.08 =0.84 =0.32所以1c (SO ) 0.08 mol L ，21c(O ) 0.84 mol L ，2c(SO ) 0.32 mol L31Kc=c22c(SO32)c(SO2)(O2)20.820.320.84Lmol119.5 L.mol-1 -1=19.05/（8.314 800） （kPa）-1= 0.00286（kPa）-1因为压力平衡常数： Kp= Kc(RT)
21、-1(p-1所以标准平衡常数 K=Kp(p)=Kc(RT) )= 0.00286（kPa）100 kPa = 0.2869在 523K 下 PCl5 按下式分解 PCl5(g) PCl3(g)+C1 2(g) 将 0.7mol 的 PCl5 置于 2L 密闭容器中， 当有 0.5mol PCl5 分解时，体系达到平衡，计算 523K 时反应的 K及 PCl5 分解率。解：PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g)起始浓度 /(mol?L -1)-1)1.4 =0.35 0 02平衡浓度 / (mol?L -1)-1)3.48 =0.1 0.25 0.256.2n因为pV=nRT 所以
22、 p= RTV=cRTK p )p(PCl/3p(PCl 5p(Cl 2/ p )/p )c(PCl )c(Cl3c( PCl )52)RT p0.50.90.330.8510052319.60.35.011. 35100% = 71.43%2.1103，1273K 时 K1.6102，计算 : 10反应 C(s) + CO2(g) 2CO(g) 在 1773K 时 K（1）反应的 rHm，并说明是吸热反应还是放热反应； （2）计算 1773K 时反应的 rGm（3）计算反应的 rSm。解：（1） 由 ln K H T T2 r m 2 1( )K R T T1 2 11 1 38.314J mol K 1773K 1273K 2.1 10lnr H m = 2(1773 1273) K 1.6 10-1= 96.62 kJ mol（2）= -2.303 8.314r Hm = -2.303RT lgK1 K -11J mol 1773Klg2100 = -112.78 kJ mol（3） rGm r Hm T r Sm -1T G (96620 112760 ) J mol r mr m -1r S 118.1J mol KmT 1773K-1
