化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率

1、第3章化學(xué)平衡和化學(xué)反響速率【3-1】寫出以下反響的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式(1)2N2O5(g)4NO2(g) + O2(g)(2)SiCl4(l)+ 2H2O(g)SiO2(s)+ 4HCl(3)CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g)(4)ZnS(s) + 2H (aq)2+Zn (aq) + H2S(g)解: 14(PNO2 / p ) ( PO2 / p )(Pn2C5 / P )2(2)(Phci / P )42(esc. /C )(Ph2o/ P )(3)Pg / P(4)(CZn2 /c )(Ph2s/ P )(Ch /C )2【3-2】尿素CONH22S的厶fG =-197.1

2、5kJ mol-1，其他物質(zhì) fG。的查附錄二。求以下反響在 298K 時的 K： CO2(g)+2NH3(g)H2O(g)+CO(NH2)2(s)解:rG = -197.15 + (-228.6) -2(-16.5) -(-394.4) = 1.65 (kJ/mol)【3-3】673K時，將K = 0.5141.65 103 = -8.314 298lnK ,0.025molCOCl 2g充入1.0L容器中，當(dāng)建立以下平衡時:解:解:COCl 2(g)CO(g)+Cl 2(g)有16% COCl 2解離。求此時的(x (0.025 0.16RT)2/(p )2K0.025 (10.16)RT

3、/pK 。0.042p = 101.3 kPa, R = 8.314 J/(mol K)【3-4】298K時，向1.00L燒瓶中充入足量的 N2O4,使起始壓力為100kPa, 局部NO2,達(dá)平衡時總壓力為 116kPa,計算如下反響的 K： N2O4g-2NO2(g)。N2O4分解為ni0.404 (mo|),8.314 2980.468 (mol)8.314 2980.016 8.314 2980.340 10.0 101.32 (0.468 0.404)RT210.0(2 0.404 0.468)RT【3-5 】反響：H2(g)+l2(g)100“-2HI(g)在628K時KG =54.

4、4?，F(xiàn)于某一容器內(nèi)充入H2和l2各ONOOmol，并在該溫度下到達(dá)平衡，求I2的轉(zhuǎn)化率。解：設(shè)到達(dá)平衡時，消耗 H2和I2各x mol。54.42(2x)2(0.200 x)7.38(0.200 -x) = 2x,1.48 -7.38x = 2x, x = 0.157 (mol)0.157 0.200 = 0.786 = 78.6%【3-6】乙烷脫氫反響 C2H6(g)r - C2H4(g)+H2(g)，在1000K時KG =0.90。試計算總壓力為150kPa時乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率。解：設(shè)起始時刻乙烷為 A mol。到達(dá)平衡時，假設(shè)乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為x,那么此時乙烷為 A(1-x) mol ,乙

5、烯為x mol，氫氣為x mol。因此，有：X 丿a g(150 /p )2x = 0.610.901 x150p1 x【3-7】反響 2NaHCO3(s) “ Na2CO3(s)+CO2(g)+H 20(g)在 125C 時 K =0.25。現(xiàn)在 1.00L燒瓶中盛放10.0g NaHC0 3,加熱至125 C達(dá)平衡。試計算此時：(1) CO2和H2O的分壓；(2) 燒瓶中NaHCO3和Na2CO3的質(zhì)量；(3) 如果平衡時要使 NaHCOs全局部解，容器的體積至少多大?解: (1)；_；.=一-：.：=50 kPa; (2) 7.5 g,1.6 g; (3) 3.9 L【3-8】反響2SO

6、3(g)2SO2(g)+O2(g)在700K時K 0=1.5 M05。某反響系統(tǒng)起始分壓SO2為10kPa, O2為55kPa，求平衡時各氣體分壓。解:.-：7;=0.055 kPa,.= :： =10 kPa,.-r：=50 kPa(提示：因 K? ? 1,平衡強(qiáng)烈地向逆方向移動，可先假設(shè)SO2先全部變成SO3)【3-9】將乙醇和乙酸混合后， 發(fā)生如下的酯化反響：C2H5OHQ) + CH 3COOH(l) = CH 3COOC2H5Q)+ H2O(l)此反響可看作理想溶液反響。 在298 K時，假設(shè)將2.0 mol C2H5OH與2.0 mol CH3COOH混合，2平衡時各種物質(zhì)有變?yōu)樯?/p>

7、成物。今將138克C2H5OH與120克CH 3COOH在298 K時混合，試問3平衡混合物中有多少 CH3COOC2H5生成？解：K(4)2 4 ,設(shè)：平衡時生成 x mol CH3COOC2H5。(2 3)22x(3 x)(2 x)4(6 -5x + x2) = x2,3x2 -20x +24 = 020. 400 28861.57 (mol), 1.57 88 = 138 (g)【3-10】在298K時,(1) 2N2(g)+O2(g).- 2N2O(g)O37K1 =4.8 X0(2) N2(g)+2O2(g). 2NO2(g)K20 =8.8 M019求 2N2O(g)+2O2(g)

8、. 4NO2(g)的 KO。解：2N2O(g) + 3O2(g) = 4NO2(g)為(3),那么(3) = 2 (2) -(1)K (心)2(8.8 10 19)27.7 10 373 K14.8 10 374.8 10 37.【3-11 】反響 2Cl2(g)+2H2O(g) 二 4HCl(g)+O 2(g)rH 114.4kJ mol當(dāng)該反響到達(dá)平衡后，進(jìn)行左邊所列的操作對右邊所列的數(shù)值有何影響操作中沒有注明的，是指1增大容器體積n(H 2O)(2)力口 O2n (H2O)(3)加 O2n(O2)(4)加 O2n( HCI)5減小容器體積n(Cl 2)6減小容器體積P(Cl 2)7減小容

9、器體積K 08 升高溫度K 09升高溫度P(HCl)(10)加 N2n (HCI)11加催化劑n (HCI)溫度不變，體積不變？解：1水的摩爾數(shù)減少2水的摩爾數(shù)增加3平衡向左移動，氧的摩爾數(shù)的變化取決于平衡移動所消耗的氧氣和參加氧氣的相對量。4氯化氫的摩爾數(shù)減少5氯氣的摩爾數(shù)增加6氯氣的分壓增大7K不變8K減小(9) p(HCl)增高10nHCI不變理想氣體；11n HCI減少真實(shí)氣體12nHCI不變【3-12】反響 CaCO3sCaOs+CO2g在1123K時K =0.489。試確定在密閉容器中，在以下情況下反響進(jìn)行的方向：1只有 CaO 和 CaCO3；2只有 CaO 和 CO2,且 pC

10、O2=30kPa；3只有 CaCO3 和 CO2,且 pCO2=100kPa ；4只有 CaCO3，CaO 和 CO2,且 pCO2=100kPa。解：1向右；2不變；3不變；4向左【3-13】25C 時以下反響達(dá)平衡 PCl3(g)+Cl2(g) . PCl5(g) rG=-92.5kJ mol-1如果升高溫度，pPCl 5/pPCl 3比值如何變化？為什么?解：變小提示:應(yīng)先判斷此反響是吸熱還是放熱【3-14】反響N2g+3H2g-2NH3(g),在500K時K =0.16。試判斷在該溫度下,10L密閉容器中充入 N2, H2和NH3各0.10時反響的方向。解：p% O &314 5001

11、0PNH30.1831450041.641.6 (kPa), Ph20.1 8.314 5001041.6 (kPa)10(PnH3 P )2(kPa)(P )232(Pn2 P )( Ph2 P )(41.6)5.9 0.16，平衡向左移動即反響逆向進(jìn)行【3-15】PCl5熱分解反響式為PCl5(g)-PCl3(g)+Cl 2(g)，在 10L密閉容器內(nèi)充入2.0molPCl 5,700K 時有 1.3mol 分解,求該溫度下的 K 。右在該密閉容器中再充入1.0molCl 2, PCl5 分解百分率為多少?解：K(Ppcl p )(Pcl2 p )PPCl5P2 21.3 RT 1.38.

12、314 7000.7 V p 0.7 10 101.314。設(shè)：分解分?jǐn)?shù)為X,貝y：2x (1_空!_2(1 x) 10 p8.314 700142x (1 + 2x) = 4.87(1-x),4x2 + 6.87x -4.87 = 00.54。6.87 J6.8724 4 4.87x8【3-16】反響N2O4g2NO2g在317K時K =1.00。分邊計算總壓力為400和1000時*文檔* N2O4的解離百分率，并解釋計算結(jié)果。解：設(shè)離解百分率為 X。2x . 2 .400() / p1.00 1_x,1 - x 2 = 15.8X2,x = 0.2441 XF X2x1000()2/ p1

13、.001x,1 -x2 = 39.5x2,x = 0.1571 xr x由于1摩爾四氧化二氮分解成 2摩爾二氧化氮，所以增加壓力不利于四氧化二氮的分解，而導(dǎo)致其 分解百分率下降?！?-17】反響 CO(g)+H 2(g) r - CO2(g)+H2(g)在 749K 時 K =6.5，假設(shè)將 90%CO 轉(zhuǎn)化為CO2,問CO和H2O要以怎樣的物質(zhì)的量比混合？解：設(shè)初始混合物中 CO和H2O的摩爾比為1:x6.50.92(1 0.9)( x 0.9)0.65(x -0.9) = 0.81, x = 2.1【3-18】計算反響2HI(g) =二H2(g)+| 2(g)在500 C達(dá)平衡時的分壓。起

14、始時各物質(zhì)的分壓皆是20.0kPa。500C的 K?)解： ：=：=6.2 kPa, pHI=47.6 kPa(提示:利用熱力學(xué)函數(shù)先求反響在撚后求K?,最后由K?求【3-19】利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)，估算溴在30 C時的蒸氣壓。解：35.2 kPa(提示：先求30C溴相變 Br*|) Br2(g)的ArPBr；)【3-20】NH 4HS(s)解離的氣壓在298.3K時為65.9kPa，在308.8K時為120.9kPa。試計算：(1) NH4HS的解離焓；(2) NH4HS的分解溫度。解：(1) 88.5 kJ mol-1； (2) 305.6 K(提示:NH 4HS的分解溫度即為其分解氣壓達(dá)101

15、.3 kPa時的溫度)【3-21】在某溫度下，測得以下反響dC( Br2 ) 4.0 10 5mol L 1 s 1。dt4HBr(g)+O 2(g)2H2O(g)+2Br 2(g)求：(1)此時的dc(O2)和dc(HBr) ；(2)此時的反響速率 v。dtdt解：1 dcO2dc(B2)2 ( 1)2.0510 mol/(L s)dtdtdc(HBr)dc(B2)2(4)58.010 5mol/(Ls)dtdt(2)dc(B2)2dt2.0 105mol/(Ls)【3-22】(CH3) 2O分解反響(CH 3) 2CZC 2H4+H2O的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：t/s0200400600800c(C

16、H 3)2O/mol0.010000.009160.008390.007680.00703(1) 計算200s到600s間的平均速率。(2) 用濃度對時間作圖，求400s時的瞬時速率。解：(1)= (0.00768 -0.00916) 400 (-1) = 3.70 10-6 mol/(L s)(2)t/sc (CH3)2O/(mol/L)=3.64 10-6 mol/(L s)【3-23】在298K時用以下反響S2O82-(aq)+2l -(aq)=2SO42-(aq)+l 2(aq)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的數(shù)據(jù)列表如下:實(shí)驗(yàn)序號求：1 反響速率方程;c(S2O82-)/ mol L-1c(I-)/

17、 mol L-1v/ mol L-1 min1.0 10-41.010-20.6510-62.0 10-41.010-21.30氷0-62.0 10-40.510-20.6510-6速率常數(shù)；3c(S2O82-)=5.010-4mol L-1c(I-)=5.010-2-1(2)mol L-1時的反應(yīng)速率。解：根據(jù)表中數(shù)據(jù)可得到如下方程組:0.65106k(1.010 4)a(1.0 102)ba 11.30106k(2.0104)a(1.0 102)b解得：b 10.65106k(2.0104)a(0.50 10 2)bk 0.65(1)=0.65 c(S2O82-) c(I-) ;(2) k

18、 = 0.65 ;(3)=0.65 5.010-4 5.0 10-2 = 1.6 10-5 mol/(Lmin)。1.610-51.0 1.0 =1.6 10-5 (mol) = 4.1 10-3 (g)【3-24】反響H2(g)+Br2(g)=2HBr(g)在反響初期的反響機(jī)理為(1)B2=2Br(快)(2)Br+H 2=HBr+H(慢)(3)H+Br 2=HBr+Br(快)試寫出該反響在反響初期的速率方程式。解：反響的速率由慢反響，即第(2)步反響所控制，=k c (Br) c(H2),2其中 c(Br)由第(1)步反響確定：K C (Br), c(Br) . K c(Br2)c(Br2)

19、=k K1/2 c1/2(Br2) c(H2) = k c1/2(Br2)c(H2)【3-25】元素放射性衰變時一級反響。14C的半衰期為5730a( a代表年)。今在一古墓木質(zhì)樣品 中測得含量只有原來的68.5%。問此古墓距今多少年？解：t12 , k = 1.210 10-4kln0.685 = ln 1.00 -1.210 10-4t,t = 3.13 103 (年)【3-26】某水劑藥物的水解反響為一級反響。配成溶液30天后分析測定，發(fā)現(xiàn)其有效成分只有原來的62.5%。問：(1)該水解反響的速率常數(shù)為多少？( 2)假設(shè)以藥物有效成分保持80%以上為有效期,那么該藥物的有效期為多長？ (

20、3 )藥物水解掉一半需要多少天？解：(1) lnktC0 k -1n C0 ln 1 1.57 10 2d 11 12 彳 In14.2d1.57 10 d 0.8044.1d為一級反響。A的起始濃度為0.015mol L-1，反響3.0min后t c 30(2)設(shè)有效期為(3)勺20.693k0.625t,那么t0.6932 11.57 10 d【3-27】物質(zhì)A的分解反響At3B+C ,B的濃度為 0.020mol L-1。問：(1) 反響的速率常數(shù)為多少？ (2)假設(shè)要B濃度增加到0.040mol L-1，反響還需繼續(xù)多長時間？Ink-41/T解： 0.20 min-1; (2) 8.0

21、 min。過程略?！?-28】反響SiH4(g)=Si(s)+2H 2(g)在不同溫度下的反響速率常數(shù)為T/K7738739731073k/s-10.0482.349590試用作圖法求該反響的活化能。解:765432作圖得斜率為-2.64 10-4,據(jù)此算得反響的活化能Ea為：4E a452.64 10a, Ea 2.64 108.314 2.19 10 (J/mol) = 219 (kJ/mol)R【3-29】室溫(25C)下對許多反響來說，溫度升高10C，反響速率增大到原來的24倍。試問遵循次規(guī)律的反響活化能應(yīng)在什么范圍內(nèi)？升高相同的溫度對活化能高的反響還是活化能低的反 應(yīng)速率影響更大些？

22、解：52.9105.8 kJ mol-1； Ea越高，溫度對反響速率影響越大【3-30】H2O2分解成 出0和02的反響Ea=700kJmol L-1。如果在20C時參加催化劑Ea可降低為420kJmol L-1，假設(shè)頻率因子 A保持不變，H2O2起始濃度也相同，問無催化劑時H2O2需加熱至多高溫度才使其反響速率與加催化劑時相同？解：488 K(提示：v相同即速率常數(shù) k相同)【3-31 】反響 QH5Br(g)=C 2H4(g)+HBr(g)在 650K 時 k 為 2.0 10-5s-1,在 670K 時 k 為 7.0 氷0-5s-1.求690K時的k。Ea2.0 10 5解：Ae 8.

23、314 650Ea57.0 10Ae 8.314 6702ln7Ea = 2.27 105 (J/mol) = 227 (kJ/mol),A = 3.36101352.27 105&903.36 1013e 8.314 6902.2 10 4 (s-1)【3-32】在301K時鮮牛奶大約4.0h變酸，但在278K的冰箱中可保持 48h。假定反響速率與變酸時間成正比，求牛奶變酸反響的活化能。1解：4.0148AeAe8.314 301Ea8.314 278E 11ln12)8.314 278301Ea = 7.5 104 (J/mol) = 75 (kJ/mol)【3-33】大氣上層的03被分解的一些反響及活化能為(1) O3 (g) +O (g)一2O (g)Ea=14.0kJ mol1(2) 如果大氣上層存在 NO,它可催化03分解；(3) 如果大氣上層存在 CCI2F2,光照下它可分解產(chǎn)生 Cl, Cl可催化03分解。大氣上層富含 03的平流層溫度約 230K。試求NO和Cl在此處對03層破壞各增大多少倍？假設(shè)指 前因子A不變。解：N0