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) 2SO3(g) 下列几种速率表达式之间关系正确的是( )。A. B. C. D. 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： 2由实验测定，反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 的速率方程为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. 2vB. 4vC. 2.8vD. 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2.8a。3测得某反应正反应的活化能Ea.正=70 kJmol-1，逆反应的活化能Ea.逆=20 kJmol-1，此反应的反应热为( )A. 50 kJmol-1B. -50 kJmol-1C. 90 kJmol-1D. -45 kJmol-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 kJmol-1，加入Fe3+作催化剂后，活化能降到42 kJmol-1，加入催化剂后反应速率为原来的（ ）。A. 29倍B. 1103倍C. 1.2105倍D.5102倍解：选C。依据阿仑尼乌斯指数式k = Ae，可得5某反应的速率常数为2.15 L2mol-2min-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-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)=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。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的关系为( )A. K1K2B. K1C. K2D. 2K1K2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 rHm0，且a+bd+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(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1.110 - 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 ，303 K时的速率常数为 。 三、简答题：1根据阿仑尼乌斯指数式k = Ae，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？ 解：根据阿仑尼乌斯指数式k = Ae，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- 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 由反应（1）可得平衡常数K= 所以 代入速率方程得： 整理得： 令k2K=k 所以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)（4）2MnO4-(aq) + 5H2O2(aq) + 6H+(aq) 2Mn2+(aq) + 5O2(g) + 8H2O(l)解：（1） （2）（3） （4）四、计算题：1A(g) B(g) 为二级反应。当A的浓度为0.050molL-1时，其反应速率为1.2 molL-1min-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：（2）依据 ，代入数据计算： 得到 =（3）依据 代入数据计算： 得到 c(A)=0.0707mol.L-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的生成速率如下表实验序号初始浓度 /（molL-1）c(NO)c(H2)12.0010-36.0010-31.9210-321.0010-36.0010-30.4810-332.0010-33.0010-30.9610-3（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)=4.0010-3 molL-1，c(H2)=4.0010-3 molL-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： 1.9210-3=k(2.0010-3)x(6.0010-3)y 0.4810-3=k(1.0010-3)x(6.0010-3)y 0.9610-3=k(2.0010-3)x(3.0010-3)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 molL-13 已知反应N2O5(g)= N2O4(g)+O2(g) 在298K时的速率常数为3.46105s-1，在338K时的速率常数为4.87107s-1，求该反应的活化能和反应在318K时的速率常数。解： 则：Ea=103.56 kJ.mol-1 代入公式 得k3= 4.79106 s-14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 ， 则：Ea=75.16 kJ.mol-15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 kJmol-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： ; = =25.27 所以9.41010 即v2/v1=9.410106在791K时，反应 CH3CHO=CH4+CO 的活化能为190 kJmol-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。解： ; 因为 ， 所以 则 =135.4 kJ.mol-17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）3H2(g) + SO2(g) H2S(g) + 2H2O(g) K2=1.8104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=5.061088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 molL-1， O2(g)的起始量为1.0 molL-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/(molL-1) 0.4 1 0 平衡浓度/ (molL-1) 0.4(1-80%) 1- 0.480% =0.08 =0.84 =0.32 所以 ， ， Kc= 19.05 L.mol-1 因为压力平衡常数：Kp= Kc(RT)-1=19.05/（8.314800） （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 = 0.2869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/(molL-1) =0.35 0 0 平衡浓度/ (molL-1) =0.1 0.25 0.25 因为pV=nRT 所以p=cRT = 71.43%10反应C(s) + CO2(g) 2CO(g)在1773K时K2.1103，1273K时K1.6102，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 kJmol-1 （2） = -2.303RT lgK = -2.3038.314 1773Klg2100 = -112.78 kJmol-1 （3） 11在763K时反应H2(g) + I2(g) 2HI(g) K=45.9，H2、I2、HI按下列起始浓度混合，反应将向何方向进行？实验序号c(H2) / (molL-1)c(I2) /( molL-1)c(HI) / (molL-1)10.0600.4002.0020.0960.3000.500030.0860.2631.02解：K = 45.9 Q1 = =166.7 K = 45.9 反应逆向自发Q2 = =8.68 K = 45.9， 正向自发 Q3 = 45.9 = K = 45.9， 平衡状态12Ag2O遇热分解2Ag2O(s)4Ag(s) + O2(g)， 已知298K时Ag2O的fHm = -30.59kJmol-1，fGm= -10.82 kJmol-1。求:（1）298K时Ag2O(s)-Ag体系的p(O2)；（2）Ag2O的热分解温度（在分解温度时p(O2)100kPa）。解：由题意可得Ag2O分解的化学反应吉布斯自由能变、焓变分别为=21.64 kJmol-1 ；=61.18 kJmol-1 （1） p(O2)=0.0161 kPa（2）因为当恰好分解，处于平衡状态时，p(O2)=100 kPa 所以K=1 ， T1=298 K 则 ， T2 = 470 K