无机及分析化学课后习题第三章答案

一 选择题一 选择题 1 对反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g 下列几种速率表达式之间关系正确的是 NO g A B dt dc dt c O SO d 22 t c t c d2 SO d d SO d 32 C D t c t c d O d d2 SO d 23 32 d SO d O 2d d cc tt 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 ABYZ ABYZ tv c tv c tv c tv c v d d d d d d d d Z Z Y Y B B A A 2 由实验测定 反应 H2 g Cl2 g 2HCl g 的速率方程为 v kc 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 解 选 C 依据化学反应的速率方程 kc H2 c1 2 Cl2 H2和 Cl2浓度增大都增大一倍时 速率应该增大倍 即相当于 2 8 a 22 3 测得某反应正反应的活化能 Ea 正 70 kJ mol 1 逆反应的活化能 Ea 逆 20 kJ mol 1 此反应的反应热为 A 50 kJ mol 1 B 50 kJ mol 1 C 90 kJ mol 1 D 45 kJ mol 1 解 选 A 依据过渡态理论 反应热可以这样计算 Q Ea 正 Ea 逆 4 在 298K 时 反应 2H2O2 2H2O O2 未加催化剂前活化能 Ea 71 kJ mol 1 加入 Fe3 作催化剂后 活化能降到 42 kJ mol 1 加 入催化剂后反应速率为原来的 A 29 倍 B 1 103倍 C 1 2 105倍 D 5 102倍 解 选 C 依据阿仑尼乌斯指数式 k A e 可得RT Ea 5 298314 8 29000 1 2 102 1ee 2 1 RT EE aa k k 5 某反应的速率常数为 2 15 L2 mol 2 min 1 该反应为 A 零级反应 B 一级反应 C 二级反应 D 三级反应 解 选 D 对于一个基元反应 aA bB cC dD 有反应速率为则其速率常数 k 的单位的通式可写成 mol L 1 1 a A B ab vkcc b s 1 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 v kc2 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 2NO g rHm 0 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 8 已知反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g 平衡常数为 K1 反应 SO2 g O2 g SO3 g 平衡常数为 K2 则 K1 和 K2 2 1 的关系为 A K1 K2 B K1 C K2 D 2K1 K2 2 K 1 K 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 反应 2MnO4 5C2O42 16H 2Mn2 10CO2 8H2O rHm 0 且 a b d e 要提高 A 和 B 的转化率 应采取的措施是 mrH 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 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 方程近似为 v kc H2 c2 NO 此反应为 3 级反应 2 已知基元反应 CO g NO2 g CO2 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 5 增加反应物的量或降低生成物的量 Q K 所以平衡向逆 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 Cl2 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 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 5 10 2s 1 则该反应的活化能是 303 K 时的速率常数为 三 简答题 三 简答题 1 根据阿仑尼乌斯指数式 k A e 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RT Ea 剂等因素有什么关系 解 根据阿仑尼乌斯指数式 k A e 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RT Ea 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 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 v kc 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 2 I HClO vk cc 由反应 1 可得平衡常数 K 所以 HClO OH ClO cc c ClO HClO OH K c c c 代入速率方程得 整理得 2 ClO I OH K c vk c c 2 ClO I OH c vK k c c 令 k2K k 所以 1 I ClO OH vkccc 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 MgCO3 s MgO s CO2 g 3 NO g O2 g NO2 g 2 1 4 2MnO4 aq 5H2O2 aq 6H aq 2Mn2 aq 5O2 g 8H2O l 解 1 2 2 2 42 CO CH O p p K pp pp 2 CO p K p 3 4 2 1 2 2 NO O NO p p K pp pp 25 2 2 26 5 422 O Mn MnO H O H pc cp K ccc ccc 四 计算题 四 计算题 1 A g B g 为二级反应 当 A 的浓度为 0 050mol L 1时 其反应速率为 1 2 mol L 1 min 1 1 写出该反应的速率方程 2 计 算速率常数 3 在温度不变时欲使反应速率加倍 A 的浓度应为多大 解 1 依题意有 A 2 kcv 2 依据 代入数据计算 得到 A 2 kcv 2 05 0 2 1k minmolL480 1 1 k 1 1 smolL 8 3 依据 代入数据计算 得到 c A 0 0707mol L 1 A 2 kcv 4804 2 2 Ac 2 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的生成速率如下表 初始浓度 mol L 1 实验 序号c NO c H2 11 2 sLmol N 的初始速率生成 12 00 10 36 00 10 31 92 10 3 21 00 10 36 00 10 30 48 10 3 32 00 10 33 00 10 30 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 当 c NO 4 00 10 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 解 1 设速率方程为 v kcx NO cy H2 代入实验数据得 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 8 104 L2 mol 2 s 1 3 v 5 12 10 3 mol L 1 3 已知反应 N2O5 g N2O4 g 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 87 107s 1 求该反应的 2 1 活化能和反应在 318K 时的速率常数 解 12 12a 1 2 ln TT TT R E k k 15 1 1 s1046 3 K298 k T 17 2 1 s1087 4 K338 k T 则 Ea 103 56 kJ mol 1 代入公式 15 1 1 s1046 3 K298 k T K318 3 3 k T 13 13a 1 3 ln TT TT R E k k 得 k3 4 79 106 s 1 4 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 所以 t v 1 t k 1 12 4 48 1 1 2 1 1 2 1 2 t t t t k k 12 12a 1 2 ln TT TT R E k k 则 Ea 75 16 kJ mol 1 278K301 K278K301 molKJ314 8 12ln 11 a E 5 已知反应 2H2O2 2H2O O2 的活化能 Ea 71kJ mol 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 解 A RT E klnln 2 a 2 A RT E klnln 1 a 1 25 27 所以9 4 1010 即 v2 v1 9 4 1010 RT EE k k 2 aa 1 2 ln 298314 8 840071000 1 2 k k 6 在 791K 时 反应 CH3CHO CH4 CO 的活化能为 190 kJ mol 1 加入 I2作催化剂约使反应速率增大 4 103倍 计算反应在有 I2 存在时的活化能 解 A RT E klnln 2 a 2 A RT E klnln 1 a 1 因为 RT EE k k 21 aa 1 2 ln 3 1 2 104 k k 所以 K791molKJ314 8 303 2 molJ190000 104lg 11 a 1 3 2 E 则 135 4 kJ mol 1 2 a E 7 已知下列反应在 1362K 时的平衡常数 1 H2 g S2 g H2S g K1 0 80 2 1 2 3H2 g SO2 g H2S g 2H2O g K2 1 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 2 K 5 06 108 2 24 2 2 1 1 8 10 0 8 K K 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 1 O2 g 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 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 0 4 80 2 804 0 0 08 0 84 0 32 所以 1 2 SO 0 08 mol Lc 1 2 O 0 84 mol Lc 1 3 SO 0 32 mol Lc Kc 19 05 L mol 1 12 2 2 2 2 2 3 2 molL84 0 08 0 32 0 O SO SO cc c 因为压力平衡常数 Kp Kc RT 1 19 05 8 314 800 kPa 1 0 00286 kPa 1 所以标准平衡常数 K Kp p Kc RT 1 p 0 00286 kPa 1 100 kPa 0 286 9 在 523K 下 PCl5按下式分解 PCl5 g PCl3 g C12 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 0 35 0 0 2 7 0 平衡浓度 mol L 1 0 1 0 25 0 25 2 5 07 0 因为 pV nRT 所以 p cRTRT V n 18 27 1001 0 523314 8 25 0 25 0 PCl Cl PCl PCl Cl PCl 5 23 5 2 3 p RT c cc pp pppp K 71 43 100 35 0 01 35 0 10 反应 C s CO2 g 2CO g 在 1773K 时 K 2 1 103 1273K 时 K 1 6 102 计算 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 96 62 kJ mol 1 2rm21 121 KHTT KRT T rm H 2 311 106 1 101 2 ln K 12731773 K1273K1773KmolJ314 8 2 2 303RT lgK 2 303 8 314 1773K lg2100 112 78 kJ mol 1 rm H 11 KmolJ 3 rmrmrm GHTS 1 1 1 mr mr mr KmolJ 1 118 1773K molJ 11276096620 T GT S 11 在 763K 时反应 H2 g I2 g