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第三章

化学反应速率和化学平衡

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·c?(A)·c?(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：lnk??Ea?1?C 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

RT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：

t/s

c（NOCl）/mol·L-1

0 2.00

10 1.42

20 0.99

30 0.71

40 0.56

50 0.48

求各时间段内反应的平均速率；用作图法求t=25s时的瞬时速率。 解：t=0-10s时，??t=10-20s时，?t=20-30s时，?t=30-40s时，?t=40-50s时，? 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：

c(NO)/mol·L-1

一1.1

?c2.00?1.42?= 0.058mol·L-1·s-1 ?t10?c1.42?0.99??= 0.043mol·L-1·s-1

?t20?10?c0.99?0.71??= 0.028mol·L-1·s-1

?t30?20?c0.71?0.56??= 0.015mol·L-1·s-1

?t40?30?c0.56?0.48??= 0.008mol·L-1·s-1 ?t50?40c(O2)/mol·L-1 υ/mol·L-1·s-1

0.10 0.10 0.20 （1）写出反应的速率方程； （2）求出反应的级数和速率常数；

0.10 0.20 0.20 0.030 0.060 0.240 （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·c?(NO)·c?(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 ??=1 ③／② 得 ??=2

∴ 反应的速率方程为υ= kc(NO)c(O2)

（2） 反应的级数为????＝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℃) = ?? = 2.77 k(55℃)/k(35℃)= ??2

k(55℃)= ??2? k(35℃) =2.772?3.6?10-3 = 27.6?10-3s-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

２

1gEa?T2?T1?k2??? ??k12.303R?T2T1?k2225?103(700?650)lg?2.0?10?32.303?8.314?700?650 k2?3.9?10?2S?1

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

lgEa(T2?T1)k2?k12.303R?T1?T2Ea(400?300)4.5?10?3 lg??32.303?8.314?300?4001.3?10Ea?12.4kJ?mol-1

一1.1

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：

k22k1180?103(T2?800)lg?lg?lg2? k1k12.303?8.314?800T2k2 = 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

N2(g) +3H2(g) = 2NH3(g)CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)?p(NH)/p?解： （1）K?

?p(N)/p???p(H)/p??p(CO)/p? （2）K??p(CH)/p???p(O)/p?θθ3θθ322θθ22θθ2

42 （3）K

θ?p(CO2)/pθ

习题3-11 已知在某温度时

（1）2CO2(g) ?2CO(g) + O2(g) K1θ = A

（2）SnO2(s) +2CO(g) ?Sn(s) + 2CO2(g) K2 = B,则同一温度下的反应

θ（3）SnO2(s) 〓 Sn(s) + O2(g)的K3应为多少？

θ

解： （3）=（1）+（2）

θθ θ=K1·= AB K2K3

习题3-12 在1273K时反应：FeO(s)+ CO(g)?Fe(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) ?Fe(s) + CO2(g)

起始时刻p/Pa 500 100

平衡时刻p/Pa 500-x 100+x

p(CO2)pθ100?xK???0.5 θp(CO)p500?xθ 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??=

一1.1

(500?400)?100% = 20%

500