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)反應(yīng)速率【3-1】寫出下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式（1） （2） （3） （4） 解：（1）（2）（3）（4）【3-2】尿素的fG =-197.15kJ·mol-1，其他物質(zhì)fG的查附錄二。求下列反應(yīng)在298K時的K：解：DrGq = -197.15 + (-228.6) 2´(-16.5) (-394.4) = 1.65 (kJ/mol)1.65´103 = -8.314´298lnKq, Kq = 0.514【3-3】 673K時，將0.025molCOCl2(g)充入1.0L容器中，當(dāng)建立下列平衡時：COCl2(g) CO(g

2、)+Cl2(g)有16% COCl2解離。求此時的K。解：pq = 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，一部分N2O4分解為NO2,達(dá)平衡時總壓力為116kPa，計算如下反應(yīng)的K：N2O4(g) 2NO2(g)。解：， 【3-5】反應(yīng)：H2(g)+I2(g) 2HI(g)在628K時K=54.4?，F(xiàn)于某一容器內(nèi)充入H2和I2各0.200mol，并在該溫度下達(dá)到平衡，求I2的轉(zhuǎn)化率。解：設(shè)達(dá)到平衡時，消耗H2和I2各x mol。， 7.38(0.200 x) = 2x, 1.

3、48 7.38x = 2x, x = 0.157 (mol)0.157¸0.200 = 0.786 = 78.6%【3-6】乙烷脫氫反應(yīng)C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)，在1000K時K=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。達(dá)到平衡時，若乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為x，則此時乙烷為A(1-x) mol，乙烯為x mol，氫氣為x mol。因此，有：，, x = 0.61【3-7】已知反應(yīng)2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)在125時K=0.25?，F(xiàn)在1.00L燒瓶中盛放10.0g NaHCO3，加熱至1

4、25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NaHCO3全部分解，容器的體積至少多大？解：(1) pCO2=pH2O=50 kPa;(2) 7.5 g,1.6 g;(3) 3.9 L【3-8】已知反應(yīng)2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)在700K時K=1.5×10-5。某反應(yīng)系統(tǒng)起始分壓SO2為10kPa，O2為55kPa，求平衡時各氣體分壓。解：pSO2=0.055 kPa,pSO3=10 kPa,pO2=50 kPa(提示:因K1,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】

5、將乙醇和乙酸混合后，發(fā)生如下的酯化反應(yīng)：C2H5OH(l) + CH3COOH(l) = CH3COOC2H5(l) + H2O(l)此反應(yīng)可看作理想溶液反應(yīng)。在298 K時，若將2.0 mol C2H5OH與2.0 mol CH3COOH混合，平衡時各種物質(zhì)有變?yōu)樯晌铩＝駥?38克C2H5OH與120克CH3COOH在298 K時混合，試問平衡混合物中有多少CH3COOC2H5生成？解：， 設(shè)：平衡時生成x mol CH3COOC2H5。, 4(6 5x + x2) = x2, 3x2 20x +24 = 0(mol), 1.57´88 = 138 (g)【3-10】已知在298

6、K時，（1） 2N2(g)+O2(g) 2N2O(g) K1=4.8×10-37 （2） N2(g)+2O2(g) 2NO2(g) K2=8.8×10-19求 2N2O(g)+2O2(g) 4NO2(g)的K。解：2N2O(g) + 3O2(g) = 4NO2(g) 為（3），則(3) = 2´(2) (1)【3-11】反應(yīng)2Cl2(g)+2H2O(g)4HCl(g)+O2(g) 當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡后，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，是指溫度不變 ，體積不變）？（1）增大容器體積 n(H2O)（2）加O2 n(H2O)（3）加O2n(O

7、2)（4）加O2 n(HCl) （5）減小容器體積 n(Cl2)（6）減小容器體積 p(Cl2)（7）減小容器體積 K（8）升高溫度 K（9）升高溫度 p(HCl)（10）加N2 n(HCl)（11）加催化劑 n(HCl)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加入氧氣的相對量。（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（7）Kq不變（8）Kq減?。?）p(HCl)增高（10）n(HCl)不變（理想氣體）；（11）n(HCl)減少（真實氣體）（12）n(HCl)不變【3-12】已知反應(yīng)CaCO3(s)C

8、aO(s)+CO2(g)在1123K時K=0.489。試確定在密閉容器中，在下列情況下反應(yīng)進(jìn)行的方向：（1） 只有CaO和CaCO3；（2） 只有CaO和CO2，且p(CO2)=30kPa；（3） 只有CaCO3和CO2，且p(CO2)=100kPa；（4） 只有CaCO3，CaO和CO2，且p(CO2)=100kPa。解：(1) 向右;(2) 不變;(3) 不變;(4) 向左【3-13】25時下列反應(yīng)達(dá)平衡PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g) rG=-92.5kJ·mol-1如果升高溫度，p(PCl5)/p(PCl3)比值如何變化？為什么？解：變小(提示:應(yīng)先判斷此反應(yīng)是吸熱

9、還是放熱)【3-14】已知反應(yīng)N2(g)+3H2(g)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時反應(yīng)的方向。解： (kPa), (kPa) (kPa)> 0.16，平衡向左移動（即反應(yīng)逆向進(jìn)行）?！?-15】PCl5熱分解反應(yīng)式為PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)，在10L密閉容器內(nèi)充入2.0molPCl5,700K時有1.3mol分解，求該溫度下的K。若在該密閉容器中再充入1.0molCl2，PCl5分解百分率為多少？解：。設(shè)：分解分?jǐn)?shù)為x，則：2x·(1 + 2x) = 4.87(1 x), 4x

10、2 + 6.87x 4.87 = 0?！?-16】反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)在317K時K=1.00。分邊計算總壓力為400和1000時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。, 1 x 2 = 15.8x2, x = 0.244, 1 x2 = 39.5x2, x = 0.157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】已知反應(yīng)CO(g)+H2(g)CO2(g)+H2(g)在749K時K=6.5，若將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

11、摩爾比為1:x, 0.65(x 0.9) = 0.81, x = 2.1【3-18】計算反應(yīng)2HI(g)H2(g)+I2(g)在500達(dá)平衡時的分壓。已知起始時各物質(zhì)的分壓皆是20.0kPa。解：pH2=pI2=6.2 kPa, pHI=47.6 kPa(提示:利用熱力學(xué)函數(shù)先求反應(yīng)在500的K)【3-19】利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)，估算溴在30時的蒸氣壓。解：35.2 kPa(提示:先求30溴相變Br2(l) Br2(g)的rG303,然后求K,最后由K求pBr2)【3-20】NH4HS(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

12、離焓；（2）NH4HS的分解溫度。解：(1) 88.5 kJ·mol-1;(2) 305.6 K(提示:NH4HS的分解溫度即為其分解氣壓達(dá)101.3 kPa時的溫度)【3-21】在某溫度下，測得下列反應(yīng)。4HBr(g)+O2(g)2H2O(g)+2Br2(g)求：（1）此時的和；（2）此時的反應(yīng)速率v。解：（1） mol/(L·s) mol/(L·s)（2） mol/(L·s)【3-22】（CH3）2O分解反應(yīng)（CH3）2OC2H4+H2O的實驗數(shù)據(jù)如下：t/s0200400600800c(CH3)2O/mol·L-10.010000.009

13、160.008390.007680.00703（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) u = (0.00768 0.00916)¸400¸(-1) = 3.70´10-6 mol/(L×s)t/s（2） c (CH3)2O/(mol/L)u = 3.64´10-6 mol/(L×s)【3-23】在298K時用以下反應(yīng)S2O82-(aq)+2I-(aq)=2SO42-(aq)+I2(aq)進(jìn)行實驗，得到的數(shù)據(jù)列表如下：實驗序號c(S2O82-)/ mol·L-1c(

14、I-)/ mol·L-1v/ mol·L-1·min-111.0×10-41.0×10-20.65×10-622.0×10-41.0×10-21.30×10-632.0×10-40.5×10-20.65×10-6求：（1）反應(yīng)速率方程；（2）速率常數(shù)；（3）c(S2O82-)=5.0×10-4mol·L-1， c(I-)=5.0×10-2mol·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： 解得：（1）u = 0.65c(S2

15、O82-) c(I-)； （2）k = 0.65； （3）u = 0.65´5.0´10-4´5.0´10-2 = 1.6´10-5 mol/(L×min)。 1.6´10-5´1.0´1.0 = 1.6´10-5 (mol) = 4.1´10-3 (g)【3-24】反應(yīng)H2(g)+Br2(g)=2HBr(g)在反應(yīng)初期的反應(yīng)機(jī)理為（1）Br2=2Br （快）（2）Br+H2=HBr+H （慢）（3）H+Br2=HBr+Br （快）試寫出該反應(yīng)在反應(yīng)初期的速率方程式。解：反應(yīng)的速率由慢

16、反應(yīng)，即第(2)步反應(yīng)所控制，u = k´c (Br)´c(H2), 其中c(Br)由第(1)步反應(yīng)確定：u = 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應(yīng)。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：, k = 1.210´10-4ln0.685 = ln1.00 1.210´10-4t, t = 3.13´103 (年)【3-26】某水劑藥物的水

17、解反應(yīng)為一級反應(yīng)。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）該水解反應(yīng)的速率常數(shù)為多少？（2）若以藥物有效成分保持80%以上為有效期，則該藥物的有效期為多長？（3）藥物水解掉一半需要多少天？解：（1）（2）設(shè)有效期為t，則（3）【3-27】物質(zhì)A的分解反應(yīng)A3B+C，為一級反應(yīng)。A的起始濃度為0.015mol·L-1，反應(yīng)3.0min后B的濃度為0.020mol·L-1。問：（1） 反應(yīng)的速率常數(shù)為多少？（2）若要B濃度增加到0.040mol·L-1，反應(yīng)還需繼續(xù)多長時間？解：(1) 0.20 min-1；(2) 8.0 min。過程

18、略?！?-28】反應(yīng)SiH4(g)=Si(s)+2H2(g)在不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)為T/K7738739731073k/s-10.0482.349590試用作圖法求該反應(yīng)的活化能。lnk解： 1/T作圖得斜率為-2.64´10-4，據(jù)此算得反應(yīng)的活化能Ea為：(J/mol) = 219 (kJ/mol)【3-29】室溫（25）下對許多反應(yīng)來說，溫度升高10，反應(yīng)速率增大到原來的24倍。試問遵循次規(guī)律的反應(yīng)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應(yīng)還是活化能低的反應(yīng)速率影響更大些？解：52.9105.8 kJ·mol-1；Ea越高,溫度對反應(yīng)速率影響越大【3-3

19、0】H2O2分解成H2O和O2的反應(yīng)Ea=700kJmol·L-1。如果在20時加入催化劑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應(yīng)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】反應(yīng)C2H5Br(g)=C2H4(g)+HBr(g)在650K時k為2.0×10-5s-1, 在670K時k為7.0×10-5s-1.求690K時的k。解：， Ea = 2.27´105 (J/mol) = 227 (kJ/mol), A = 3

20、.36´1013(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。假定反應(yīng)速率與變酸時間成正比，求牛奶變酸反應(yīng)的活化能。解： Ea = 7.5´104 (J/mol) = 75 (kJ/mol)【3-33】大氣上層的O3被分解的一些反應(yīng)及活化能為（1）O3（g）+O（g）2O2（g）Ea=14.0kJ·mol-1（2）如果大氣上層存在NO，它可催化O3分解；（3）如果大氣上層存在CCl2F2，光照下它可分解產(chǎn)生Cl，Cl可催化O3分解。大氣上層富含O3的平流層溫度約230K。試求NO和Cl在此處對O3層破壞各增大多少倍？假設(shè)指前因子A不變。解：NO使O3層破壞增加3倍，Cl使O3層破壞增加500倍。計算過程略?！?-34】已知基元反應(yīng)2AB的反應(yīng)熱為Ea，活化能為，而B2A的活化能為Ea。問：（1）Ea和Ea有什么關(guān)系？（2）加催化劑，Ea和Ea各有何