习题3-82790681

第三章(p. 66)1. 写出下列反应的标准平衡常数表达式：(1) 2N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g)(2) SiCl4(l) + 2H2O(g) = SiO2(s) + 4HCl(g)(3) CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)(4) ZnS(s) + 2H+(aq) = Zn2+(aq) + H2S(g)解：(1) (2)(3)(4)2. 尿素CO(NH2)2(s)的DfGq = -197.15 kJ/mol，其它物质的DfGq查表。求下列反应在298 K时的Kq： CO2(g) + 2NH3(g) = H2O(g) + CO(NH2)2(s)解：DrGq = -197.15 + (-228.6) 2(-16.5) (-394.4) = 1.65 (kJ/mol)1.65103 = -8.314298lnKq, Kq = 0.5143. 673 K时，将0.025 mol COCl2(g) 充入1.0 L容器中。当建立下列平衡时COCl2(g) = CO(g) + Cl2(g)有16% COCl2离解。求此时的Kq。解：pq = 101.3 kPa, R = 8.314 J/(molK)4. 298 K时向10.0 L烧瓶中充入足量的N2O4，使起始压力为100 kPa，一部分N2O4分解为NO2，达平衡后总压力等于116 kPa。计算如下反应的Kq。N2O4(g) = 2NO2(g)解：， 5. 反应 H2(g) + I2(g) = 2HI(g)在628 K时Kq = 54.4。现于某一容器内充入H2和I2的量各为0.200 mol，并在该温度下达到平衡，求I2的转化率。解：设达到平衡时，消耗H2和I2各x mol。， 7.38(0.200 x) = 2x, 1.48 7.38x = 2x, x = 0.157 (mol)0.1570.200 = 0.786 = 78.6%6. 乙烷脱氢反应C2H6(g) = C2H4(g) + H2(g)，在1000 K时Kq = 0.90。试计算总压力为150 kPa时乙烷的平衡转化率。解：设起始时刻乙烷为A mol。达到平衡时，若乙烷的平衡转化率为x，则此时乙烷为A(1-x) mol，乙烯为x mol，氢气为x mol。因此，有：，, x = 0.617. 已知在298K时(1) 2N2(g) + O2(g) = 2N2O(g)(2) N2(g) + 2O2(g) = 2NO2(g)求2N2O(g) + 3O2(g) = 4NO2(g) 的Kq。解：2N2O(g) + 3O2(g) = 4NO2(g) 为（3），则(3) = 2(2) (1)8. 反应2Cl2(g) + 2H2O(g) = 4HCl(g) + O2(g)DrHq = 114.4 kJ/mol当该反应达到平衡后，进行左边所列的操作对右边所列的数值有何影响（操作中没有注明的，是指温度不变，体积不变）？(1) 增大容器体积n(H2O)(2) 加O2n(H2O)(3) 加O2n(O2)(4) 加O2n(HCl)(5) 减小容器体积n(Cl2)(6) 减小容器体积p(Cl2)(7) 减小容器体积Kq(8) 升高温度Kq(9) 升高温度p(HCl)(10) 加N2n(HCl)(11) 加催化剂n(HCl)答：(1) 水的摩尔数减少(2) 水的摩尔数增加(3) 平衡向左移动，氧的摩尔数的变化取决于平衡移动所消耗的氧气和加入氧气的相对量。(4) 氯化氢的摩尔数减少(5) 氯气的摩尔数增加(6) 氯气的分压增大(7) Kq不变(8) Kq减小(9) p(HCl)增高(10) n(HCl)不变（理想气体）；n(HCl)减少（真实气体）(11) n(HCl)不变9. 已知反应N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)，在500 K时Kq = 0.16。试判断该温度下，在10 L密闭容器中充入N2，H2和NH3各0.10 mol时反应的方向。解： (kPa), (kPa) (kPa) 0.16，平衡向左移动（即反应逆向进行）。10. PCl5热分解反应式为：PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g).在10 L密闭容器内盛有2.0 mol PCl5，700 K时有1.3 mol PCl5分解，求该温度下的Kq。若在该密闭容器中通入1.0 mol Cl2，PCl5分解的百分率为多少？解： 。设：分解分数为x，则：2x(1 + 2x) = 4.87(1 x), 4x2 + 6.87x 4.87 = 0。11. 酯化反应 C2H5OH(l) + CH3COOH(l) = CH3COOC2H5(l) + H2O(l)可看作理想溶液反应。在298 K时，若将2.0 mol C2H5OH与2.0 mol CH3COOH混合，平衡时各种物质有2/3变为生成物。今将138克C2H5OH与120克CH3COOH在298 K时混合，试问平衡混合物中有多少CH3COOC2H5生成？解：， 设：平衡时生成x mol CH3COOC2H5。, 4(6 5x + x2) = x2, 3x2 20x +24 = 0(mol), 1.5788 = 138 (g)12. 反应 N2O4(g) = 2NO2(g)在317 K时Kq = 1.00。分别计算总压力为400 kPa和1000 kPa时N2O4的离解百分率，并解释计算结果。解：设离解百分率为x。, 1 x 2 = 15.8x2, x = 0.244, 1 x2 = 39.5x2, x = 0.157由于1摩尔四氧化二氮分解成2摩尔二氧化氮，所以增加压力不利于四氧化二氮的分解，而导致其分解百分率下降。13. 已知反应CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)在749 K时Kq = 6.5。今若需90%CO转变为CO2，问CO和H2O要以怎样的物质的量比相混合？解：设初始混合物中CO和H2O的摩尔比为1:x, 0.65(x 0.9) = 0.81, x = 2.114. 已知 H2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)的DrHq = -92.2 kJ/mol，298 K时Kq = 6.1105。求773 K时的平衡常数Kq。解：DrGq = -RTln Kq = -8.314298ln(6.1105) = -3.3104DrGq = DrHq - TDrSq, -3.3104 = -92.2103 298DrSq, DrSq = -199 (J/mol)773 K时：DrGq = -92.2103 + 773199 = 6.141046.14104 = -8.314773ln Kq, Kq = 7.110-515. 在某温度下，测得下列反应/(LS)。4HBr(g) + O2(g) = 2H2O(g) + 2Br2(g)求：(1) 此时的和；(2) 此时的反应速率u。解：(1) mol/(Ls) mol/(Ls)(2) mol/(Ls)16. (CH3)2O分解反应：(CH3)2O = C2H4 + H2O的实验数据如下：t/s0200400600800c (CH3)2O/(mol/L)0.010000.009160.008390.007680.00703(1) 计算200秒到600秒间的平均速率。(2) 用浓度对时间作图，求400秒时的瞬时速率。解：(1) u = (0.00768 0.00916)400(-1) = 3.7010-6 mol/(Ls)(2) c (CH3)2O/(mol/L)t/su = 3.6410-6 mol/(Ls)17. 在298 K时，用以下反应S2O82-(aq) +2I-(aq) = 2SO42-(aq) + I2(aq)进行实验，得到的数据列表如下：实验序号c (S2O82-)/(mol/L)c (I-)/(mol/L)u/mol/(Lmin)11.010-41.010-20.6510-622.010-41.010-21.3010-632.010-40.5010-20.6510-6求(1) 反应速率方程；(2) 速率常数；(3) c(S2O82-) = 5.010-4 mol/L, c (I-) = 5.010-2 mol/L时的反应速率。解：根据表中数据可得到如下方程组： 解得：(1) u = 0.65c(S2O82-) c(I-)； (2) k = 0.65； (3) u = 0.655.010-45.010-2 = 1.610-5 mol/(Lmin)。 1.610-51.01.0 = 1.610-5 (mol) = 4.110-3 (g)18. 反应H2(g) + Br2(g) = 2HBr(g) 在反应初期的反应机理为(1) Br2 = 2Br（快）(2) Br + H2 = HBr + H（慢）(3) H + Br2 = HBr + Br（快）试写出该反应在反应初期的速率方程式。解：反应的速率由慢反应，即第(2)步反应所控制，u = kc (Br)c(H2), 其中c(Br)由第(1)步反应确定：u = kK1/2c1/2(Br2)c(H2) = kc1/2(Br2)c(H2)19. 元素放射性衰变是一级反应。14C的半衰期为5730 a (a代表年)。今在一古墓木质样品中测得14C含量只有原来的68.5%。问此古墓距今多少年？解：, k = 1.21010-4ln0.685 = ln1.00 1.21010-4t, t = 3.13103 (年)20. 蔗糖在稀酸溶液中催化水解是一级反应C12H22O11 + H2O = 2C6H12O6在48C时速率常数为3.2210-4 s-1。问(1) 20.0 g蔗糖水解掉一半所需的时间。(2) 20.0 g蔗糖经1小时水解之后还剩多少？解：(1) ln10.0 = ln20.0 3.2210-4t, t = 2.15103 (s)(2) 设剩余的蔗粮为x克。 lnx = ln20.0 3.2210-43600Lnx = 1.85, x = 6.27 (g)21. 反应SiH4(g) = Si(s) + 2H2(g) 在不同温度下的速率常数为T/K7738739731073k/s-10.0482.349590试用作图法求该反应的活化能。1/Tlnk答： 作图得斜率为-2.6410-4，据此算得反应的活化能Ea为：(J/mol) = 219 (kJ/mol)23. 反应 C2H5Br(g) = C2H4(g) + HBr(g) 在650 K时k为2.010-5 s-1，在670 K时k为7.010-5 s-1，求690 K时的k。解：， Ea = 2.27105 (J/mol) = 227 (kJ/mol), A = 3.361013(s-1)24. 在301 K时鲜牛奶大约4.0 h变酸，但在278 K的冰箱中可保持48小时。假定反应速率与变酸时间成反比，求牛奶变酸反应的活化能。解： Ea = 7.5104 (J/mol) = 75 (kJ/mol)25. 在773 K时进行合成氨反应，用Fe作催化剂可使反应的活化能从254 kJ/mol降低到146 kJ/mol。假定使用催化剂不影响“指前因子”，试计算使用催化剂时反应速率增加的倍数。解：设反应速率增加的倍数为x, x = 2.010726. 已知基元反应2A B的反应热为DrHq，活化能为Ea，而B 2A的活化能为Ea。问：(1) Ea和Ea有什么关系？(2) 加催化剂，Ea和Ea各有何变化？(3) 提高温度，Ea和Ea各有何变化？(4) 增加A的起始浓度，Ea和Ea各有何变化？答：(1) Ea + DrHq = Ea。(2) 加催化剂，Ea和Ea均会降低。(3) 提高温度，Ea和Ea均会降低。(4) 增加A的起始浓度，Ea和Ea都不会改变。27. 下列说法是否正确？对错误的说法给予说明。(1) 正催化剂加快了正反应的速率，负催化剂加快了逆反应的速率。(2) 提高温度可使反应速率加快，其主要原因是分子运动速度加快，分子间碰撞频率增加。(3) 在一定条件下，某反应的DG 0，故要寻找合适的催化剂促使反应正向进行。(4) 在一般情况下，不管是放热反应还是吸热反应，温度升高反应速率都是加快。(5) 催化剂能加快反应速率，所以能改变平衡系统中生成物和反应物的相对含量。(6) 任何反应随着反应时间增加，由于反应物不断消耗，故反应速率总是逐渐减小的。答：(1) 错误。正催化剂在加速正反应的同时，也以同样的倍数加快加速逆反应。所以催化剂只能加速化学平衡的到达，不能改变化学平衡的位置。负催化剂减慢化学反应的速率，所以也被称为抑制剂。(2) 不正确。提高温度，使分子间碰撞频率增加固然是使反应速率加快的一个原因，另一方面提高温度还会使分子的动能加大，增加有效碰撞频率，这是使反应速率增加的主要原因。(3) 错误。催化剂虽可改变反应的活化能，但不能改变反应的DrG，所以不可能通过使用催化剂促使DrG 0反应正向进行。(4) 正确。(5) 错误。催化剂只能加速化学平衡的到达，不能改变化学平衡的位置。(6) 错误。对于非基元反应，可存在零级反应，即反应速率与反应物的浓度无关。