物化課后習(xí)題-第10章-化學(xué)動(dòng)力學(xué)(共11頁)_第1頁
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文檔簡介

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第八章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)*馬鞍山,尹振興,2007,zhenxingyin 課后習(xí)題解答難度級(jí)別:基礎(chǔ),基礎(chǔ)2,綜合3,綜合4,超綱5關(guān)于作業(yè):公式有必要牢記,但是平時(shí)作業(yè)時(shí)最好是自己動(dòng)手推導(dǎo)出比較簡單的公式,而不是直接翻書,找到公式,套公式,這樣的解題方式不值得提倡。1(基礎(chǔ))氣體反應(yīng)SO2Cl2 = SO2 + Cl2為一級(jí)反應(yīng)。在593K時(shí)的k = 2.20×10-5 s-1。求半衰期和反應(yīng)2h后分解的百分比。解:(計(jì)算有點(diǎn)誤差31507 s),2(基礎(chǔ))鐳原子蛻變成一個(gè)Rn和一個(gè)粒子。它的半衰期是1622年,反應(yīng)是一級(jí)。問1g無水溴化鐳RaBr2在10年內(nèi)

2、能放出多少Rn?Rn的量用0,標(biāo)準(zhǔn)壓力下的體積(cm3)來表示。解:,1g無水溴化鐳的物質(zhì)的量為,也就是溴離子物質(zhì)的量在同一個(gè)密閉的容器中故1g無水溴化鐳在10年內(nèi)能放出在0,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下Rn的體積為V = 1.105×105×22.4×103 = 0.248 cm3【討論】(1)元素周期表應(yīng)該作為一個(gè)常用的工具備在身邊,Ra的原子量為226,溴的原子量為80;(2)單位是靈活的,可以根據(jù)具體的情況而定,目的則是為了方便計(jì)算;(3)無水溴化鐳RaBr2不是氣體?這樣在濃度表達(dá)上有問題嗎?4(基礎(chǔ))某二級(jí)反應(yīng)在a = b時(shí),經(jīng)過500s原始物作用了20,問原始物作用

3、60時(shí)須經(jīng)過多少時(shí)間?解:作用60需用的時(shí)間為, t = s【討論】(1)有a = b這樣的化學(xué)反應(yīng)嗎?除了原子衰變/蛻變?(2)這個(gè)題目有什么實(shí)際意義?(3)建議在解題的過程中自己動(dòng)手推導(dǎo)二級(jí)反應(yīng)的c-t關(guān)系式,并且最好在開始就寫出二級(jí)反應(yīng)的c-t公式來。5(綜合3)“一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行完全所需時(shí)間是2t1/2”這種說法對(duì)嗎?反應(yīng)物濃度降低75所需時(shí)間,對(duì)(1)零級(jí)反應(yīng);(2)一級(jí)反應(yīng);(3)二級(jí)反應(yīng)各為t1/2的幾倍?答:這種說法不正確,因?yàn)榘胨テ谑欠磻?yīng)物消耗一半所需的時(shí)間,不是一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行完全的一半時(shí)間,所以一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行完全所需的時(shí)間不可能是簡單的2個(gè)半衰期的時(shí)間。(那么推測一下,反應(yīng)完全的時(shí)

4、間是大于還是小于2t1/2,或者不一定?)(1)零級(jí)反應(yīng):,反應(yīng)物降低75所需的時(shí)間為其t1/2的1.5倍;(2)一級(jí)反應(yīng):,反應(yīng)物降低75所需時(shí)間為其t1/2的2倍;(3)二級(jí)反應(yīng):,反應(yīng)物降低75所需時(shí)間為其t1/2的3倍【討論】這道題非常好,挺有啟發(fā)性,可以幫助我們加深對(duì)半衰期的理解,對(duì)比三類反應(yīng)的特征,下面作一個(gè)簡單的歸納(建議同學(xué)們都自己動(dòng)手完成):(1)零級(jí)反應(yīng):,半衰期 ,與起始濃度有關(guān),且成正比;(2)一級(jí)反應(yīng):,半衰期 ,與起始濃度無關(guān);(3)二級(jí)反應(yīng):,半衰期 ,與起始濃度有關(guān),且成反比;這里關(guān)鍵的問題是,我們能否對(duì)此給出一個(gè)解釋,幫助理解為什么級(jí)數(shù)不同的反應(yīng),半衰期的特征

5、不同呢?反應(yīng)的級(jí)數(shù)在不同的條件下是否會(huì)發(fā)生變化?6(基礎(chǔ))證明一級(jí)反應(yīng)完成99.9所需時(shí)間是其半衰期的10倍。證: ,一級(jí)反應(yīng)完成99.9所需時(shí)間為其t1/2的10倍【討論】有人采用如下方法證明,大家分析是否合理證:設(shè)原始濃度為1,則體系經(jīng)過一個(gè)半衰期反應(yīng)了,經(jīng)過兩個(gè)半衰期反應(yīng)了,依此類推,經(jīng)過10個(gè)半衰期反應(yīng)了,也就是說經(jīng)過10倍半衰期的時(shí)間,一級(jí)反應(yīng)完成了99.9,以上每步都是可以反推的,因此命題得證。8(基礎(chǔ))在760加熱分解N2O。當(dāng)N2O起始?jí)毫0 = 38.66 kPa時(shí),半衰期為255s,p0 = 46.66 kPa時(shí),半衰期為212s。求反應(yīng)級(jí)數(shù)和時(shí)p0 = 101.3 kP

6、a的半衰期。解:利用公式,反應(yīng)為2級(jí)反應(yīng), s【討論】(1)通常不是分?jǐn)?shù)級(jí)數(shù)的時(shí)候,可以直接利用各級(jí)反應(yīng)半衰期的特征來判斷反應(yīng)的級(jí)數(shù)。以本題為例,我們不考慮分?jǐn)?shù)級(jí)數(shù),那么根據(jù)半衰期的特征可以直接判斷是二級(jí)反應(yīng),因?yàn)閠1/2與p0成反比關(guān)系;(2)我認(rèn)為最好了解N2O的分解反應(yīng)方程。9(應(yīng)用)過氧化氫稀溶液在催化劑KI的存在下按下式分解:25,101.3 kPa下,測得不同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生O2的體積如下表。(1)試證明此反應(yīng)為一級(jí);(2)求該反應(yīng)在25時(shí)的半衰期和速率常數(shù)。t/min05102032547484VO2/cm302140.662.474.283.185.985.9解:利用一級(jí)反應(yīng)的公式,

7、coVVo,co - x VVt,所以,Vo = o,V = 85.9 cm3,利用題目數(shù)據(jù),t/min05102032547484VO2/cm302440.662.474.283.185.985.9k/min-10.06550.06400.06480.06230.0634可以看出k基礎(chǔ)上為一常數(shù),k = 0.0640 min-1,為一級(jí)反應(yīng),(2)該反應(yīng)在25時(shí)的半衰期:【討論】(1)1mol氣體,從0變?yōu)?5,體積變化多少?(2)這是非常典型的例子,可以作為實(shí)驗(yàn)素材;(3)本題值得研究,例如,書本就沒有關(guān)于本習(xí)題的例子,怎么解?還要時(shí)間間隔怎么確定?11(綜合應(yīng)用4)反應(yīng)在一定溫度下反應(yīng)速

8、率的數(shù)據(jù)如下:第一次實(shí)驗(yàn)(p0,A = 100kPa,p0,B = 0.4kPa)t/min034.569.0138pc/kPa00.20.30.3750.4第二次實(shí)驗(yàn)(p0,A = 400kPa,p0,B = 0.4kPa)t/min034.569.0pc/kPa00.30.3750.4求(1)此反應(yīng)的速率方程中的a和b值;(2)反應(yīng)比速k。解:(某學(xué)生作業(yè)中的解答)由第一次實(shí)驗(yàn)圖及數(shù)據(jù)可得: 由第二次實(shí)驗(yàn)圖及數(shù)據(jù)可得: /得,4a = 1.6667 a = 0.3685 0.5 b = 1(這個(gè)過程實(shí)在是看出來其邏輯線路,似乎只是為了湊答案,這樣做很不好)故k = 0.00201 min-

9、1·kPa-1/2解:(參考答案)首先認(rèn)真分析反應(yīng)的條件,p0,A 與p0,B 相比,可以發(fā)現(xiàn)兩次實(shí)驗(yàn)p0,Ap0,B,因此,可以認(rèn)為在反應(yīng)過程中p0,A始終不變,作為一個(gè)常量來處理就可以改寫為對(duì)于第一次實(shí)驗(yàn),速率方程為,于是現(xiàn)在必須根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定b的值,方法就是首先觀察數(shù)據(jù)的特征,然后用嘗試法,試探著確定反應(yīng)的級(jí)數(shù)。首先排除是零級(jí)反應(yīng)的可能性,把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理t/min034.569.0138-ln(0.4-pc) /kPa0.9161.6092.3030.375以-ln(0.4-pc)為縱坐標(biāo),以t為橫坐標(biāo),可得一條直線,故b = 1因此,在實(shí)驗(yàn)條件下,反應(yīng)變?yōu)榱艘患?jí)反應(yīng)

10、,但是兩次反應(yīng)有所區(qū)別第一次實(shí)驗(yàn)的速率方程為,第二次實(shí)驗(yàn)的速率方程為,把兩組數(shù)據(jù)(34.5, 0.2)、(34.5, 0.3)分別代入上面的式子,并除,得a = 0.5所以反應(yīng)的速率方程中a = 0.5,b = 1;(2)把(34.5, 0.2)和a = 0.5,代入,得k = 0.002 kPa-1/2·min-1【討論】(1)認(rèn)真觀察條件,找出特征,并做一些近似處理。(2)近似處理是我們?cè)诳萍佳芯慨?dāng)中經(jīng)常要用到的方法,經(jīng)常能夠解決很多復(fù)雜的問題。這一點(diǎn)希望大家慢慢習(xí)慣,并掌握它。(3)當(dāng)然,在做了近似處理得到一些重要結(jié)論之后,一般還需要實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證它們,如果無法用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證,那么就

11、不是絕對(duì)可信的。1213(綜合題3)反應(yīng)分下列二步進(jìn)行:第一步速率很快,可達(dá)到平衡,平衡常數(shù)為Kc。求dcc/dt與濃度關(guān)系的速率方程。解:【討論】(1)這樣的解題過程過于簡單,有些象是為了應(yīng)付了事的味道,不利于從解題中加深對(duì)前面理論知識(shí)的理解;(2)題目給出的兩個(gè)分步反應(yīng),根據(jù)題意都是基元反應(yīng),故此可以根據(jù)反應(yīng)方程直接寫出速率方程。(3)所謂的解題技巧是根據(jù)具體的情況應(yīng)用所學(xué)知識(shí),有時(shí)還需要?jiǎng)?chuàng)造性地應(yīng)用。解:由于第一步速率很快,故此在一定的時(shí)間范圍內(nèi)可以認(rèn)為反應(yīng)處在平衡態(tài)中,dcD= 0,既可以根據(jù)反應(yīng)方程來求出的cD表達(dá)式,也可以根據(jù)平衡條件來求,故,又14活化能的大小與反應(yīng)速率有什么關(guān)系

12、?反應(yīng)速率隨溫度的變化與活化能有什么關(guān)系?答:活化能愈大,則速率常數(shù)k愈小,反應(yīng)速率愈慢;反應(yīng)速率隨溫度的變化與活化能的關(guān)系有(這樣的回答顯然過于簡單,要求解讀這個(gè)公式)?!居懻摗炕罨蹺是反應(yīng)進(jìn)行的障礙,E愈大,則k愈小,故反應(yīng)速率愈慢;由公式可知,隨著溫度升高,k增大,反應(yīng)速率加快,但是對(duì)于E較大的反應(yīng),溫度對(duì)其影響不如E較小的反應(yīng)那么明顯。18(綜合題3)反應(yīng)在不同溫度下速率常數(shù)k值如下:T/K556576629666700781k/(mol-1·l·s-1)4.45×10-51.32×10-42.52×10-31.41×10-

13、26.43×10-21.34(1) 試用作圖法求活化能(2) 求頻率因子A。(3) 求442時(shí)的速率常數(shù)。解:首先求出各溫度下的1/T和lgk:T/K556576629666700781k/(mol-1·L·s-1)4.45×1051.32×1042.52×1031.41×1026.43×1021.34T-1×103/K-11.79861.73611.58981.50151.42861.2804lgk/( mol-1·L·s-1)-4.3516-3.8794-2.5986-1.8508

14、-1.19180.1271利用所求數(shù)據(jù)作圖:(略)(1)lgk對(duì)1/T作圖,得一直線,斜率為:,(2),(3)【討論】要習(xí)慣利用圖形來得到有用的信息或數(shù)據(jù),而不是僅僅通過計(jì)算來解決問題。21. 兩個(gè)具有相同頻率因子的二級(jí)反應(yīng)為2AB (1)2CD (2)反應(yīng)(1)的活化能比反應(yīng)(2)的活化能大10.46kJ·mol1。100時(shí),反應(yīng)(1)從初始濃度為0.1mol·l-1反應(yīng)30需60min。問在相同溫度下,反應(yīng)(2)從初始濃度為0.05 mol·l-1反應(yīng)70需時(shí)多少?解:(某生的解答,過程過于簡單,這是許多同學(xué)范的同樣的毛??;)已知, ,由二級(jí)反應(yīng)公式知: 代入

15、得:,又由式子得:ABCK1K222. 有一平行反應(yīng):在916時(shí),k1 = 4.65s-1,k2 = 3.74s-1。(1)求A轉(zhuǎn)化90所用時(shí)間。(2)證明對(duì)A消耗的反應(yīng),活化能。(3)已知反應(yīng)的活化能,求總反應(yīng)的表觀活化能。解:(1),(2)對(duì)第一個(gè)反應(yīng):對(duì)第二個(gè)反應(yīng):對(duì)總反應(yīng):,又(3)【討論】(1)數(shù)學(xué)計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)注意哪些問題?例如,書寫格式的問題,符號(hào)使用的問題,取精確值的問題,這些都是一些小問題,又經(jīng)常遇到,但是大家都不重視,也不知道有什么標(biāo)準(zhǔn),也不知所從,因此也就比較隨便;(2)應(yīng)當(dāng)好好研究一下幾種重要的反應(yīng)類型,而不是簡單地記住公式了事。(3)可逆反應(yīng)的表觀活化能與單向反應(yīng)的活化能

16、的關(guān)系?23臭氧分解反應(yīng)可能的反應(yīng)機(jī)理為:(1)用穩(wěn)態(tài)近似法導(dǎo)出(2)當(dāng)O2較大時(shí),由上式導(dǎo)出,式中。(3)已知臭氧分解反應(yīng)的表觀活化能為119.2 kJ·mol-1,O3和O的標(biāo)準(zhǔn)生成焓fH分別為142.3和247.4 kJ·mol-1,并且不隨溫度變化,求速控步(2)的活化能E2。假設(shè)HU。解:(1), (2)式可以寫成:當(dāng)O2較大時(shí),故有:,式中(3)對(duì)k取對(duì)數(shù),【討論】24(綜合題4)乙烯在汞蒸氣存在下的氫化反應(yīng)是:此反應(yīng)的一個(gè)可能的機(jī)理是:H*和C2H5可按穩(wěn)態(tài)法處理。試證明速率方程是:證:由于H*和C2H5可按穩(wěn)態(tài)法處理(二者為活化分子),故,由第三個(gè)反應(yīng),得

17、,由第二、三個(gè)反應(yīng),得 ,由題干給出的四個(gè)反應(yīng),得 又由式,得,把它代入式,解得上式代入式中,解得結(jié)合式,最后得,其中【討論】(1)速率方程與化學(xué)反應(yīng)方程式系數(shù)之間的關(guān)系?(2)例如,對(duì)于反應(yīng),求?得或?都不是,就是;基元反應(yīng)中不能出現(xiàn)分?jǐn)?shù)系數(shù),即不能出現(xiàn)這樣的方程式,如。又如對(duì)于,能寫成嗎?顯然是不行的。(3)花費(fèi)了約60min,這樣顯然是有問題的。25(應(yīng)用題,)根據(jù)H2和Cl2反應(yīng)的下列機(jī)理,試推導(dǎo)出生成HCl的速率方程:對(duì)活潑質(zhì)點(diǎn)Cl*和H*可按穩(wěn)態(tài)法處理。解:HCl的生成方程為 ,不能直接由方程寫出,而是由題干提供的反應(yīng)機(jī)理,得到由于Cl*和H*可按穩(wěn)態(tài)法處理,故, 又,結(jié)合式可得,又進(jìn)一步變形得到故,變形得當(dāng)然也可以求出的表達(dá)式,但在此已沒有意義了?!居懻摗孔⒁獍袰l*和H*稱呼為活潑質(zhì)點(diǎn),有別于活化分子。27多相反應(yīng)在高溫時(shí)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響往往比較小,這如何解釋?答:這道題大家都能從書上找到答案,但是要真正理解,還是要結(jié)合實(shí)例,多思考。例如,一氧化碳還原鐵礦石就是一個(gè)典型的冶金類反應(yīng),方程一般表達(dá)式為又如氫氣還原氧化銅。金屬氧化物的還原,一般都是多相反應(yīng)。首

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