物化-第七章例題解析

1、乙烷裂解乙烯的反應(yīng)如下：C2

H6

C2

H4

H2已知1073K時的速率常數(shù)k=3.43s1,問當(dāng)乙烷的轉(zhuǎn)化率為50%和75%時分別需要多長時間？解：從速率常數(shù)k的單位知該反應(yīng)為一級反應(yīng)。則乙烷轉(zhuǎn)化50%所需的時間（即半衰期）為：t1/2

=ln2/k

=ln2/3.43=

0.202

s0.25AA,01lncA,0

1

ln

cA,0

0.404stk

c

3.43 (1

75%)c例2、氯化醇和碳酸氫鈉反應(yīng)

乙二醇：CH2OHCH2Cl

A

NaHCO3

B

CH2OHCH2OH

NaCl

CO2已知該反應(yīng)的微分速率方程為：dcA/dt

=kcAcB,且測得,355K時反應(yīng)的速率常數(shù)k=5.20

mol1Lh1。試計算在355

K時：如果溶液中氯乙醇、碳酸氫鈉的開始濃度相同,c

A,0

=c

B,

0=1.20

molL1,氯乙醇轉(zhuǎn)化95%需要多少時間？在同樣開始濃度的條件下,氯乙醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.75%需要多少時間？若溶液中氯乙醇和碳酸氫鈉的開始濃度分別為c

A,0=1.20molL1,cB,0

=1.50molL1。氯乙醇轉(zhuǎn)化99.75%需要多少時間？(2)同理1AA,011

11[5.20 (1

95%)

1.201.20 ]

3.04hk

c

ct

1

(

1

)

2AA,011

1

1)

[

]

63.9h5.20

(1

99.75%)

1.20

1.20k

c

ct

1

(

1

解：(1)

由速率方程知反應(yīng)為二級反應(yīng),且兩反應(yīng)物開始濃度相同,則cAcA,01(3)

因為兩反應(yīng)物開始濃度不同,則A,0B,0A,0

B,01cB,0

cA,0

x

t3

k(c

c

)

ln

c

c

x1ln

1.50

(1.20

1.20

99.75%)5.20

(1.20

1.50)1.20

(1.50

1.20

99.75%)

2.82hcA,0

cB,0cA,0

(cB,01ln3、在某化學(xué)反應(yīng)中A+B

G

隨時檢測物質(zhì)A的含量，1小時后，發(fā)現(xiàn)A已經(jīng)反應(yīng)了75%，試問2小時后A還有多少剩余沒有反應(yīng)？若該反應(yīng)對于A來說是：一級反應(yīng)二級反應(yīng)（設(shè)A與另一反應(yīng)物B的起始濃度相等）零級反應(yīng)（求A作用完所需時間）解：(1)

lncA,0/cA

=ktln

cA,0/(1-75%)

cA,0

=

k×1lncA,0/c1=

2

×ln4k

=

ln4h-1c1=1/16cA,0

即還剩1/16沒有作用(2)

1AA,0cc(3)1

75%

cA,0cA,0k

3/

cA,0cA1

1

3cA,0

cA,0

2Ac

1即還剩1/7沒有作用cA,0

cA

kAt

1

75%cA,0

kcA,0k

3

/

4cA,0cA,0

3

/

4cA,0tt

4

/

3h即A作用完的時間為4/3h。某1-1級對峙反應(yīng)已知k1=0.006min1,k2=0.002min1,反應(yīng)開始時只有反應(yīng)物A，濃度為1mol/L。求(1)

反應(yīng)平衡后A和G的濃度；

(2)A和G濃度相等所需的時間；

(3)經(jīng)過100min后A和G的濃度。k1

cG,eq

cA,0

cA,eq

0.006

3k2

cA,eq

cA,eq

0.002cA,eq=cA,0/4=0.25mol/LcG,eq=cA,0-cA,eq=0.75mol/L(1)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時：k1cA,eq

k2cG,eq解：(2)反應(yīng)至cA=cG=cA,0/2所需的時間t：cA,0cA,0

/2

cA,0

/4lnt=137mincln

A,0cA

cA,eq(3)在指定時間后A和G的濃度都與反應(yīng)物初濃度有關(guān)。將cA,eq=cA,0/4

和t=100min代入上式，得:1

2A

A,0ln

cA,0

cA,0

/4

(k

k

)

100c

c

/4cA=0.587mol/LcG=cA,0cA=0.413mol/L1、環(huán)氧乙烷的熱分解是一級反應(yīng)：C2H4O=CH4+CO，377℃時，半衰期為363min。求：在377℃，C2H4O

分解掉99%需要多少時間？若原來C2H4O

為1mol，377℃經(jīng)10h，應(yīng)生成CH4多少摩爾？若此反應(yīng)在417℃時半衰期為26.3min，求反應(yīng)的活化能？t1/

2解：(1)

對于一級反應(yīng)：k

ln

2

363ln

cA,0cA

kt

1.91103

t1ln1

0.99t

2411min(2)

lncA,0cA,0

x

ktln

1

1.91103

6001

xx

0.682mol(3)

當(dāng)T=417+273=690K時，6901/

2

ln263kta21

1Eln

k1

k R

T2T1

E

1

1ln

a

1.9110326.36103

8.314

690

377

273

aE

244681J

mol12、CH3CHO(g)=CH4(g)+CO(g)為二級反應(yīng)。設(shè)反應(yīng)物的起始濃度c0=0.005mol·dm-3。在500℃下反應(yīng)進(jìn)行300s

后，有27.6%的反應(yīng)物分解，在510℃時經(jīng)

300s

后，有35.8%分解。求：（1）反應(yīng)活化能；（2）此反應(yīng)若用碘蒸氣作催化劑，可使反應(yīng)活化能降低到135.980kJ/mol。問：同在500℃，催化與不催化相比反應(yīng)速率增加幾倍(忽略指前因子對反應(yīng)速率的影響)？cAcA,017731

1

k

3000.0051

27.6%

0.0051

3

1k773

0.2541mol

dm

s當(dāng)T2=510+273=783K時，7831

1

k

3000.0051

35.8%

0.0051

3

1k783

0.3718mol

dm

sa2E

1

1ln

k1

T

k R

T21

ln

0.2541

Ea

1

10.3718 8.314

783 773

解：(1)當(dāng)T1=500+273=773K時，1Ea

191537J

mol773令加入催化劑后的反應(yīng)速率常數(shù)為k

'773

Eak

Ae

RT'773

a

RT

E

'k

Ae

Ea'e

RT

aEe

RT'(

Ea

Ea

)(

135980191537

)

7738.314773773k

'

5679.89RT

RT

e

ek增加的倍數(shù)為：5679.89=1=5678.89倍動力學(xué)數(shù)據(jù)如下：溫度t/℃694757起始壓力p

/Pa294360半衰期/s1520212求該反應(yīng)的表觀活化能Ea及Arrhenius

公式中的指前因子A。A

g

G

g

H

g

3、實驗測得某二級反應(yīng)解：二級反應(yīng)本題用壓力代替濃度,當(dāng)T1=694+273=967K時1/

2A

A,01t

k

c96711520

k

294k

2.238106

Pa1

s196710301212k

2941030k

1.31105

Pa1

s1當(dāng)T2=757+273=1030K時2lnk

R

TTk

E

11

1

a

2 1

2.238106

E

1

1ln

a

1.31105

8.314

1030 967

aE

2.323105

J

mol1ln

k

RT2.3231056ln

2.23810

ln

A8.314967A

=7.63×106

Pa-1·s-14、在673K時，設(shè)反應(yīng)NO2(g)=NO(g)+1/2O2(g)可以進(jìn)行完全，產(chǎn)物對反應(yīng)速率沒有影響，反應(yīng)速率常數(shù)k與反應(yīng)溫度之間的關(guān)系為T

/

Kln

k

12886.7

20.27(k的單位為mol

1

dm3

s1

)

kc表示的速率常數(shù)的關(guān)系為kpRT求此反應(yīng)的指前因子A和活化能；若在673K時，將NO2(g)通入反應(yīng)器，使其壓力為26.66kPa，然后發(fā)生上述反應(yīng)，試計算反應(yīng)器中壓力為32.0kPa時所需要的時間。(以壓力表示的速率常數(shù)