無機及分析化學(xué)課后習(xí)題第三章答案.doc

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一、選擇題 1．對反應(yīng)　2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 下列幾種速率表達式之間關(guān)系正確的是( )。 A. 　　　　　　　　B. 　　 C. 　　　　　　 　 D. 解：選D。依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的瞬時速率的表達通式，對于一般化學(xué)反應(yīng)，速率表達可寫出通式如下： 2．由實驗測定，反應(yīng)　H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) 的速率方程為v＝kc(H2)c1/2(Cl2) ，在其他條件不變的情況下，將每一反應(yīng)物濃度加倍，此時反應(yīng)速率為( )。 A. 2v　　　　　　　　B. 4v　　　　　　　C. 2.8v　　　　　　D. 2.5v 解：選C。依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的速率方程υ＝kc(H2)c1/2(Cl2)，H2和Cl2濃度增大都增大一倍時，速率應(yīng)該增大倍，即相當(dāng)于2.8Υa。 3．測得某反應(yīng)正反應(yīng)的活化能Ea.正=70 kJmol-1，逆反應(yīng)的活化能Ea.逆=20 kJmol-1，此反應(yīng)的反應(yīng)熱為( ) A. 50 kJmol-1　　　B. -50 kJmol-1　　　C. 90 kJmol-1　　　D. -45 kJmol-1 解：選A。依據(jù)過渡態(tài)理論，反應(yīng)熱可以這樣計算：Q = Ea,正－ Ea,逆 。 4．在298K時，反應(yīng)　2H2O2===2H2O+O2，未加催化劑前活化能Ea=71 kJmol-1，加入Fe3+作催化劑后，活化能降到42 kJmol-1，加入催化劑后反應(yīng)速率為原來的（ ）。 A. 29倍　　　　　　B. 1103倍　　　　　　C. 1.2105倍　　　D.5102倍 解：選C。依據(jù)阿侖尼烏斯指數(shù)式k = Ae，可得 5．某反應(yīng)的速率常數(shù)為2.15 L2mol-2min-1，該反應(yīng)為( )。 A. 零級反應(yīng)　　　　　B. 一級反應(yīng)　　　　C. 二級反應(yīng)　　　D. 三級反應(yīng) 解：選D。對于一個基元反應(yīng)，aA + bB = cC + dD，有反應(yīng)速率為則其速率常數(shù)k的單位的通式可寫成：(mol L-1)1-a-b s-1，反推可以得到為三級反應(yīng)。 6．已知反應(yīng)　2NO(g)+Cl2(g)===2NOCl(g) 　的速率方程為v＝kc2(NO)c(Cl2)。故該反應(yīng)( ) A. 一定是復(fù)雜反應(yīng)　　　　　　B. 一定是基元反應(yīng)　　　　　　C. 無法判斷 解：選C?；磻?yīng)符合質(zhì)量作用定律，但符合質(zhì)量作用定律的不一定都是基元反應(yīng)。反應(yīng)是基元反應(yīng)還是復(fù)雜反應(yīng)，要通過實驗來確定。 7．已知反應(yīng)　N2(g)+O2(g)===2NO(g) 　 ΔrHmθ>0，當(dāng)升高溫度時，Kθ將( )。 A. 減小　　　　　B. 增大　　　　　C. 不變　　　　　D. 無法判斷 解：選B。根據(jù)呂查德里原理，對吸熱反應(yīng)，當(dāng)升高溫度時，平衡就向能降低溫度（即能吸熱）的方向移動；即反應(yīng)正向進行，平衡常數(shù)將增大。 8．已知反應(yīng)　2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　平衡常數(shù)為K1θ，反應(yīng)　SO2(g)+O2(g) SO3(g)　 平衡常數(shù)為K2θ。則K1θ和K2θ的關(guān)系為( ) A. K1θ＝K2θ　　　　　B. K1θ＝　　　　　C. K2θ＝　　　　D. 2K1θ＝K2θ　 解：選C。根據(jù)平衡常數(shù)的表達式，平衡常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)是有關(guān)的。化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)的變化影響著平衡常數(shù)的指數(shù)項。 9．反應(yīng) 2MnO4-+5C2O42-+16H+===2Mn2++10CO2+8H2O ΔrHmθ< 0，欲使KMnO4褪色加快，可采取的措施最好不是( )。 A. 升高溫度　　　　　B. 降低溫度　　　　C. 加酸　　　　D. 增加C2O42-濃度 解：選B。欲使KMnO4褪色加快，即增大反應(yīng)的速率，只能通過升高溫度，增大反應(yīng)物的濃度，加入催化劑等來考慮。所以這里降低溫度不利于加快反應(yīng)速率。 10．設(shè)有可逆反應(yīng)　aA(g) + bB(g) dD(g) + eE(g)　 >0，且a+b>d+e，要提高A和B的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取的措施是( )。 A. 高溫低壓　　　　　B. 高溫高壓　　　　C. 低溫低壓　　　　D. 低溫高壓 解：選B。根據(jù)呂查德里原理，對吸熱反應(yīng)，當(dāng)升高溫度時，平衡就向能降低溫度（即能吸熱）的方向移動；當(dāng)增大壓力時，平衡就向能減小壓力（即分子化學(xué)計量數(shù)之和小）的方向移動；所以為提高反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取的措施是高溫高壓。 二、填空題 1．已知反應(yīng)　2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g) 的反應(yīng)歷程為 ①　　2NO(g)+H2(g)===N2(g)+H2O2(g)　　　　　　?。磻?yīng)） ②　　H2O2(g)+H2(g)===2H2O(g)　　　　　　　　　　（快反應(yīng)） 則該反應(yīng)稱為　復(fù)雜反應(yīng)　反應(yīng)。此兩步反應(yīng)均稱為　基元反應(yīng)　反應(yīng)，而反應(yīng)①稱為總反應(yīng)的　定速步驟　，總反應(yīng)的速率方程近似為　v=kc(H2)c2(NO)　，此反應(yīng)為　3 級反應(yīng)。 2．已知基元反應(yīng) CO(g)+NO2(g)===CO2(g)+NO(g) ，該反應(yīng)的速率方程為 v=kc(CO)c(NO2) ；此速率方程為 質(zhì)量作用 定律的數(shù)學(xué)表達式，此反應(yīng)對NO2是 1 級反應(yīng)，總反應(yīng)是　2　級反應(yīng)。 3．催化劑加快反應(yīng)速率主要是因為催化劑參與了反應(yīng)， 改變 反應(yīng)途徑，降低了活化能。 4．增加反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率加快的主要原因是 活化分子總數(shù)　增加，提高溫度，反應(yīng)速率加快的主要原因是　活化分子百分數(shù)　增加。 5．增加反應(yīng)物的量或降低生成物的量，Q < Kθ，所以平衡向正反應(yīng)方向移動；對放熱反應(yīng)，提高溫度，Q > Kθ，所以平衡向逆反應(yīng)方向移動。 6．對于氣相反應(yīng)，當(dāng)Δn = 0時，增加壓力時，平衡不移動；當(dāng)Δn < 0時，增加壓力時，平衡向正反應(yīng)方向移動；當(dāng)Δn > 0時，增加壓力時，平衡向逆反應(yīng)方向移動。 7．在氣相平衡　PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g) 系統(tǒng)中，如果保持溫度、體積不變，充入惰性氣體，平衡將 不 移動；如果保持溫度，壓力不變，充入惰性氣體，平衡將向　右　移動。 8．化學(xué)平衡狀態(tài)的主要特征是　v正=v逆?。粶囟纫欢〞r，改變濃度、壓力可使平衡發(fā)生移動，但Kθ值　不變　，如溫度改變使化學(xué)平衡發(fā)生移動，此時Kθ值　改變　。 9．某化學(xué)反應(yīng)在298 K時的速率常數(shù)為1.110 - 4s-1， 在323 K時的速率常數(shù)為5.510 -2s-1。則該反應(yīng)的活化能是　 　　，303 K時的速率常數(shù)為　 　　　。 三、簡答題： 1．根據(jù)阿侖尼烏斯指數(shù)式k = Ae，對一切化學(xué)反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率均加快嗎？反應(yīng)速率常數(shù)的大小與濃度、溫度、催化劑等因素有什么關(guān)系？ 解：根據(jù)阿侖尼烏斯指數(shù)式k = Ae，，溫度與速率常數(shù)成正比，而速率常數(shù)又與反應(yīng)速率成正比，所以對一切化學(xué)反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率均加快。反應(yīng)速率常數(shù)大小由反應(yīng)物性質(zhì)決定，與反應(yīng)物的濃度無關(guān)，與溫度成正比。加入催化劑，降低了反應(yīng)的活化能，增大了反應(yīng)速率常數(shù)，從而使化學(xué)反應(yīng)速率加快。 2．反應(yīng)速率方程和反應(yīng)級數(shù)能否根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式直接得出？次氯酸根和碘離子在堿性介質(zhì)中發(fā)生下述反應(yīng)：ClO- + I- IO- + Cl- 其反應(yīng)歷程為 （1）ClO- + H2O === HClO + OH- （快反應(yīng)） （2）I- + HClO === HIO + Cl- （慢反應(yīng)） （3）HIO + OH- === H2O + IO- （快反應(yīng)） 試證明　　　　v＝kc(I-)c(ClO-)c-1(OH-) 解：反應(yīng)速率方程式和反應(yīng)級數(shù)不能根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式直接得出，因為質(zhì)量作用定律只適用于基元反應(yīng)，且用于定速步驟。對于復(fù)雜反應(yīng)的速率方程，只能通過實驗獲得。 因為反應(yīng)（2）為定速步驟，所以 由反應(yīng)（1）可得平衡常數(shù)K= 所以 代入速率方程得： 整理得： 令k2K=k 所以 3．寫出下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kθ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、計算題： 1．A(g) → B(g) 為二級反應(yīng)。當(dāng)A的濃度為0.050molL-1時，其反應(yīng)速率為1.2 molL-1min-1。（1）寫出該反應(yīng)的速率方程。（2）計算速率常數(shù)。（3）在溫度不變時欲使反應(yīng)速率加倍，A的濃度應(yīng)為多大？ 解：（1）依題意有： （2）依據(jù) ，代入數(shù)據(jù)計算： 得到 = （3）依據(jù) 代入數(shù)據(jù)計算： 得到 c(A)=0.0707mol.L-1 2．在1073K時，測得反應(yīng)　2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g)　的反應(yīng)物的初始濃度和N2的生成速率如下表 實驗序號 初始濃度 /（molL-1） c(NO) c(H2) 1 2.0010-3 6.0010-3 1.9210-3 2 1.0010-3 6.0010-3 0.4810-3 3 2.0010-3 3.0010-3 0.9610-3 （1）寫出該反應(yīng)的速率方程并指出反應(yīng)級數(shù)； （2）計算該反應(yīng)在1073K時的速率常數(shù)； （3）當(dāng)c(NO)=4.0010-3 molL-1，c(H2)=4.0010-3 molL-1時，計算該反應(yīng)在1073K時的反應(yīng)速率。 解：（1）設(shè)速率方程為： v=kcx(NO)cy(H2) 代入實驗數(shù)據(jù)得： ① 1.9210-3=k(2.0010-3)x(6.0010-3)y ② 0.4810-3=k(1.0010-3)x(6.0010-3)y ③ 0.9610-3=k(2.0010-3)x(3.0010-3)y ①②得 4 = 2x x=2 ； ①③得 2 = 2y ，y = 1 所以 v=kc2(NO)c(H2) （2）k=8104 L2mol-2s-1 （3）v=5.1210-3 molL-1 3． 已知反應(yīng)　N2O5(g)=== N2O4(g)+O2(g) 在298K時的速率常數(shù)為3.46105s-1，在338K時的速率常數(shù)為4.87107s-1，求該反應(yīng)的活化能和反應(yīng)在318K時的速率常數(shù)。 解： 則：Ea=103.56 kJ.mol-1 代入公式 得k3= 4.79106 s-1 4．在301K時，鮮牛奶大約4h變酸，但在278K的冰箱中可保持48h，假定反應(yīng)速率與牛奶變酸的時間成反比，求牛奶變酸的活化能。 解： 所以 ， 則：Ea=75.16 kJ.mol-1 5．已知反應(yīng)　2H2O2===2H2O+O2　的活化能Ea=71kJmol-1，在過氧化氫酶的催化下，活化能降為8.4 kJmol-1。試計算298K時在酶的催化下，H2O2的分解速率為原來的多少倍？ 解： ①; ② = =25.27 所以9.41010 即v2/v1=9.41010 6．在791K時，反應(yīng) CH3CHO===CH4+CO 的活化能為190 kJmol-1，加入I2作催化劑約使反應(yīng)速率增大4103倍，計算反應(yīng)在有I2存在時的活化能。 解： ①; ② 因為 ， 所以 則 =135.4 kJ.mol-1 7．已知下列反應(yīng)在1362K時的平衡常數(shù)： （1）　H2(g) + S2(g) H2S(g) K1θ=0.80 （2）　3H2(g) + SO2(g) H2S(g) + 2H2O(g) K2θ=1.8104 計算反應(yīng)（3）4H2(g) + 2SO2(g) S2(g) + 4H2O(g) 在1362K時的平衡常數(shù)Kθ。 解：目標方程式（3）可以這樣重合得到：(3) = (2)2-(1)2 ∴Kθ==5.06108 8．在800K下，某體積為1L的密閉容器中進行如下反應(yīng)　2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) SO2(g)的起始量為0.4 molL-1， O2(g)的起始量為1.0 molL-1，當(dāng)80%的SO2轉(zhuǎn)化為SO3時反應(yīng)達平衡，求平衡時三種氣體的濃度及平衡常數(shù)。 解： 2SO2(g) + O2(g) ====== 2SO3(g) 起始濃度/(mol?L-1) 0.4 1 0 平衡濃度/ (mol?L-1) 0.4(1-80%) 1- 0.480% =0.08 =0.84 =0.32 所以 ， ， Kc= 19.05 L.mol-1 因為壓力平衡常數(shù)：Kp= Kc(RT)-1=[19.05/（8.314800）] （kPa）-1= 0.00286（kPa）-1 所以標準平衡常數(shù) Kθ=Kp(pθ)=Kc(RT)-1(pθ)= 0.00286（kPa）-1 100 kPa = 0.286 9．在523K下PCl5按下式分解　PCl5(g) PCl3(g)+C12(g)　將0.7mol的PCl5置于2L密閉容器中，當(dāng)有0.5mol PCl5 分解時，體系達到平衡，計算523K時反應(yīng)的Kθ及PCl5分解率。 解： PCl5(g) ===== PCl3(g) + Cl2(g) 起始濃度/(mol?L-1) =0.35 0 0 平衡濃度/ (mol?L-1) =0.1 0.25 0.25 因為pV=nRT 所以p==cRT = 71.43% 10．反應(yīng)　C(s) + CO2(g) 　2CO(g)　在1773K時Kθ＝2.1103，1273K時Kθ＝1.6102，計算: （1）反應(yīng)的ΔrHmθ，并說明是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)；　 （2）計算1773K時反應(yīng)的ΔrGmθ （3）計算反應(yīng)的ΔrSmθ。 解： （1） 由 ln == 96.62 kJmol-1 （2） = -2.303RT lgKθ = -2.3038.314 1773Klg2100 = -112.78 kJmol-1 （3） 11．在763K時反應(yīng)　H2(g) + I2(g) 2HI(g) Kθ=45.9，H2、I2、HI按下列起始濃度混合，反應(yīng)將向何方向進行？ 實驗序號 c(H2) / (molL-1) c(I2) /( molL-1) c(HI) / (molL-1) 1 0.060 0.400 2.00 2 0.096 0.300 0.5000 3 0.086 0.263 1.02 解：Kθ = 45.9 Q1 = =166.7 > Kθ = 45.9 反應(yīng)逆向自發(fā) Q2 = =8.68 < Kθ = 45.9， 正向自發(fā) Q3 = ≈45.9 = Kθ = 45.9， 平衡狀態(tài) 12．Ag2O遇熱分解　2Ag2O(s)4Ag(s) + O2(g)， 已知298K時Ag2O的ΔfHmθ = -30.59kJmol-1，ΔfGmθ= -10.82 kJmol-1。求: （1）298K時Ag2O(s)-Ag體系的p(O2)； （2）Ag2O的熱分解溫度（在分解溫度時p(O2)＝100kPa）。 解：由題意可得Ag2O分解的化學(xué)反應(yīng)吉布斯自由能變、焓變分別為 =21.64 kJmol-1 ；=61.18 kJmol-1 （1） p(O2)=0.0161 kPa （2）因為當(dāng)恰好分解，處于平衡狀態(tài)時，p(O2)=100 kPa 所以Kθ=1 ， T1=298 K 則 ， T2 = 470 K