无机及分析化学课后习题第三章答案.doc

一、选择题
1．对反应　2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 下列几种速率表达式之间关系正确的是( )。
A. 　　　　　　　　B. 　　
C. 　　　　　　 　 D.
解：选D。依据化学反应的瞬时速率的表达通式，对于一般化学反应，速率表达可写出通式如下：

2．由实验测定，反应　H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) 的速率方程为v＝kc(H2)c1/2(Cl2) ，在其他条件不变的情况下，将每一反应物浓度加倍，此时反应速率为( )。
A. 2v　　　　　　　　B. 4v　　　　　　　C. 2.8v　　　　　　D. 2.5v
解：选C。依据化学反应的速率方程υ＝kc(H2)c1/2(Cl2)，H2和Cl2浓度增大都增大一倍时，速率应该增大倍，即相当于2.8Υa。
3．测得某反应正反应的活化能Ea.正=70 kJ·mol-1，逆反应的活化能Ea.逆=20 kJ·mol-1，此反应的反应热为( )
A. 50 kJ·mol-1　　　B. -50 kJ·mol-1　　　C. 90 kJ·mol-1　　　D. -45 kJ·mol-1
解：选A。依据过渡态理论，反应热可以这样计算：Q = Ea,正－ Ea,逆 。
4．在298K时，反应　2H2O2===2H2O+O2，未加催化剂前活化能Ea=71 kJ·mol-1，加入Fe3+作催化剂后，活化能降到42 kJ·mol-1，加入催化剂后反应速率为原来的（ ）。
A. 29倍　　　　　　B. 1×103倍　　　　　　C. 1.2×105倍　　　D.5×102倍
解：选C。依据阿仑尼乌斯指数式k = A·e，可得
5．某反应的速率常数为2.15 L2·mol-2·min-1，该反应为( )。
A. 零级反应　　　　　B. 一级反应　　　　C. 二级反应　　　D. 三级反应
解：选D。对于一个基元反应，aA + bB = cC + dD，有反应速率为则其速率常数k的单位的通式可写成：(mol · L-1)1-a-b ·s-1，反推可以得到为三级反应。
6．已知反应　2NO(g)+Cl2(g)===2NOCl(g) 　的速率方程为v＝kc2(NO)c(Cl2)。故该反应( )
A. 一定是复杂反应　　　　　　B. 一定是基元反应　　　　　　C. 无法判断
解：选C。基元反应符合质量作用定律，但符合质量作用定律的不一定都是基元反应。反应是基元反应还是复杂反应，要通过实验来确定。
7．已知反应　N2(g)+O2(g)===2NO(g) 　 ΔrHmθ>0，当升高温度时，Kθ将( )。
A. 减小　　　　　B. 增大　　　　　C. 不变　　　　　D. 无法判断
解：选B。根据吕·查德里原理，对吸热反应，当升高温度时，平衡就向能降低温度（即能吸热）的方向移动；即反应正向进行，平衡常数将增大。
8．已知反应　2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　平衡常数为K1θ，反应　SO2(g)+O2(g) SO3(g)　 平衡常数为K2θ。则K1θ和K2θ的关系为( )
A. K1θ＝K2θ　　　　　B. K1θ＝　　　　　C. K2θ＝　　　　D. 2K1θ＝K2θ　
解：选C。根据平衡常数的表达式，平衡常数与化学反应的化学计量数是有关的。化学反应的化学计量数的变化影响着平衡常数的指数项。
9．反应 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. 升高温度　　　　　B. 降低温度　　　　C. 加酸　　　　D. 增加C2O42-浓度
解：选B。欲使KMnO4褪色加快，即增大反应的速率，只能通过升高温度，增大反应物的浓度，加入催化剂等来考虑。所以这里降低温度不利于加快反应速率。
10．设有可逆反应　aA(g) + bB(g) dD(g) + eE(g)　 >0，且a+b>d+e，要提高A和B的转化率，应采取的措施是( )。
A. 高温低压　　　　　B. 高温高压　　　　C. 低温低压　　　　D. 低温高压
解：选B。根据吕·查德里原理，对吸热反应，当升高温度时，平衡就向能降低温度（即能吸热）的方向移动；当增大压力时，平衡就向能减小压力（即分子化学计量数之和小）的方向移动；所以为提高反应物A和B的转化率，应采取的措施是高温高压。
二、填空题
1．已知反应　2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g) 的反应历程为
①　　2NO(g)+H2(g)===N2(g)+H2O2(g)　　　　　　　（慢反应）
②　　H2O2(g)+H2(g)===2H2O(g)　　　　　　　　　　（快反应）
则该反应称为　复杂反应　反应。此两步反应均称为　基元反应　反应，而反应①称为总反应的　定速步骤　，总反应的速率方程近似为　v=kc(H2)c2(NO)　，此反应为　3 级反应。
2．已知基元反应 CO(g)+NO2(g)===CO2(g)+NO(g) ，该反应的速率方程为 v=kc(CO)c(NO2) ；此速率方程为 质量作用 定律的数学表达式，此反应对NO2是 1 级反应，总反应是　2　级反应。
3．催化剂加快反应速率主要是因为催化剂参与了反应， 改变 反应途径，降低了活化能。
4．增加反应物浓度，反应速率加快的主要原因是 活化分子总数　增加，提高温度，反应速率加快的主要原因是　活化分子百分数　增加。
5．增加反应物的量或降低生成物的量，Q < Kθ，所以平衡向正反应方向移动；对放热反应，提高温度，Q > Kθ，所以平衡向逆反应方向移动。
6．对于气相反应，当Δn = 0时，增加压力时，平衡不移动；当Δn < 0时，增加压力时，平衡向正反应方向移动；当Δn > 0时，增加压力时，平衡向逆反应方向移动。
7．在气相平衡　PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g) 系统中，如果保持温度、体积不变，充入惰性气体，平衡将 不 移动；如果保持温度，压力不变，充入惰性气体，平衡将向　右　移动。
8．化学平衡状态的主要特征是　v正=v逆　；温度一定时，改变浓度、压力可使平衡发生移动，但Kθ值　不变　，如温度改变使化学平衡发生移动，此时Kθ值　改变　。
9．某化学反应在298 K时的速率常数为1.1×10 - 4s-1， 在323 K时的速率常数为5.5×10 -2s-1。则该反应的活化能是　 　　，303 K时的速率常数为　 　　　。
三、简答题：
1．根据阿仑尼乌斯指数式k = A·e，对一切化学反应，升高温度，反应速率均加快吗？反应速率常数的大小与浓度、温度、催化剂等因素有什么关系？
解：根据阿仑尼乌斯指数式k = A·e，，温度与速率常数成正比，而速率常数又与反应速率成正比，所以对一切化学反应，升高温度，反应速率均加快。反应速率常数大小由反应物性质决定，与反应物的浓度无关，与温度成正比。加入催化剂，降低了反应的活化能，增大了反应速率常数，从而使化学反应速率加快。
2．反应速率方程和反应级数能否根据化学反应方程式直接得出？次氯酸根和碘离子在碱性介质中发生下述反应：ClO- + I- IO- + Cl- 其反应历程为
（1）ClO- + H2O === HClO + OH- （快反应）
（2）I- + HClO === HIO + Cl- （慢反应）
（3）HIO + OH- === H2O + IO- （快反应）
试证明　　　　v＝kc(I-)c(ClO-)c-1(OH-)
解：反应速率方程式和反应级数不能根据化学反应方程式直接得出，因为质量作用定律只适用于基元反应，且用于定速步骤。对于复杂反应的速率方程，只能通过实验获得。
因为反应（2）为定速步骤，所以
由反应（1）可得平衡常数K= 所以
代入速率方程得： 整理得：
令k2K=k 所以
3．写出下列反应的平衡常数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、计算题：
1．A(g) → B(g) 为二级反应。当A的浓度为0.050mol·L-1时，其反应速率为1.2 mol·L-1·min-1。（1）写出该反应的速率方程。（2）计算速率常数。（3）在温度不变时欲使反应速率加倍，A的浓度应为多大？
解：（1）依题意有：
（2）依据 ，代入数据计算： 得到
=
（3）依据 代入数据计算： 得到 c(A)=0.0707mol.L-1
2．在1073K时，测得反应　2NO(g)+2H2(g)===N2(g)+2H2O(g)　的反应物的初始浓度和N2的生成速率如下表
实验序号
初始浓度 /（mol·L-1）

c(NO)
c(H2)
1
2.00×10-3
6.00×10-3
1.92×10-3
2
1.00×10-3
6.00×10-3
0.48×10-3
3
2.00×10-3
3.00×10-3
0.96×10-3
（1）写出该反应的速率方程并指出反应级数；
（2）计算该反应在1073K时的速率常数；
（3）当c(NO)=4.00×10-3 mol·L-1，c(H2)=4.00×10-3 mol·L-1时，计算该反应在1073K时的反应速率。

解：（1）设速率方程为： v=kcx(NO)cy(H2)
代入实验数据得： ① 1.92×10-3=k(2.00×10-3)x(6.00×10-3)y
② 0.48×10-3=k(1.00×10-3)x(6.00×10-3)y
③ 0.96×10-3=k(2.00×10-3)x(3.00×10-3)y
①÷②得 4 = 2x x=2 ； ①÷③得 2 = 2y ，y = 1 所以 v=kc2(NO)c(H2)
（2）k=8×104 L2·mol-2·s-1
（3）v=5.12×10-3 mol·L-1

3． 已知反应　N2O5(g)=== N2O4(g)+O2(g) 在298K时的速率常数为3.46×105s-1，在338K时的速率常数为4.87×107s-1，求该反应的活化能和反应在318K时的速率常数。
解：

则：Ea=103.56 kJ.mol-1
代入公式
得k3= 4.79×106 s-1

4．在301K时，鲜牛奶大约4h变酸，但在278K的冰箱中可保持48h，假定反应速率与牛奶变酸的时间成反比，求牛奶变酸的活化能。
解： 所以 ，
则：Ea=75.16 kJ.mol-1
5．已知反应　2H2O2===2H2O+O2　的活化能Ea=71kJ·mol-1，在过氧化氢酶的催化下，活化能降为8.4 kJ·mol-1。试计算298K时在酶的催化下，H2O2的分解速率为原来的多少倍？
解： ①; ②
= =25.27 所以9.4×1010 即v2/v1=9.4×1010
6．在791K时，反应 CH3CHO===CH4+CO 的活化能为190 kJ·mol-1，加入I2作催化剂约使反应速率增大4×103倍，计算反应在有I2存在时的活化能。
解： ①; ②
因为 ，
所以
则 =135.4 kJ.mol-1
7．已知下列反应在1362K时的平衡常数：
（1）　H2(g) + S2(g) H2S(g) K1θ=0.80
（2）　3H2(g) + SO2(g) H2S(g) + 2H2O(g) K2θ=1.8×104
计算反应（3）4H2(g) + 2SO2(g) S2(g) + 4H2O(g) 在1362K时的平衡常数Kθ。
解：目标方程式（3）可以这样重合得到：(3) = (2)×2-(1)×2
∴Kθ==5.06×108
8．在800K下，某体积为1L的密闭容器中进行如下反应　2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) SO2(g)的起始量为0.4 mol·L-1， O2(g)的起始量为1.0 mol·L-1，当80%的SO2转化为SO3时反应达平衡，求平衡时三种气体的浓度及平衡常数。
解：
2SO2(g) + O2(g) ====== 2SO3(g)
起始浓度/(mol∙L-1) 0.4 1 0
平衡浓度/ (mol∙L-1) 0.4(1-80%) 1- 0.4×80%
=0.08 =0.84 =0.32
所以 ， ，
Kc= 19.05 L.mol-1
因为压力平衡常数：Kp= Kc(RT)-1=[19.05/（8.314×800）] （kPa）-1= 0.00286（kPa）-1
所以标准平衡常数 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)　将0.7mol的PCl5置于2L密闭容器中，当有0.5mol PCl5 分解时，体系达到平衡，计算523K时反应的Kθ及PCl5分解率。
解：
PCl5(g) ===== PCl3(g) + Cl2(g)
起始浓度/(mol∙L-1) =0.35 0 0
平衡浓度/ (mol∙L-1) =0.1 0.25 0.25
因为pV=nRT 所以p==cRT

= 71.43%
10．反应　C(s) + CO2(g) 　2CO(g)　在1773K时Kθ＝2.1×103，1273K时Kθ＝1.6×102，计算:
（1）反应的ΔrHmθ，并说明是吸热反应还是放热反应；　
（2）计算1773K时反应的ΔrGmθ
（3）计算反应的ΔrSmθ。
解：
（1） 由 ln == 96.62 kJ·mol-1
（2） = -2.303RT lgKθ = -2.303×8.314 ×1773K×lg2100 = -112.78 kJ·mol-1
（3）
11．在763K时反应　H2(g) + I2(g) 2HI(g) Kθ=45.9，H2、I2、HI按下列起始浓度混合，反应将向何方向进行？
实验序号
c(H2) / (mol·L-1)
c(I2) /( mol·L-1)
c(HI) / (mol·L-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 反应逆向自发
Q2 = =8.68 < Kθ = 45.9， 正向自发
Q3 = ≈45.9 = Kθ = 45.9， 平衡状态
12．Ag2O遇热分解　2Ag2O(s)4Ag(s) + O2(g)， 已知298K时Ag2O的ΔfHmθ = -30.59kJ·mol-1，ΔfGmθ= -10.82 kJ·mol-1。求:
（1）298K时Ag2O(s)-Ag体系的p(O2)；
（2）Ag2O的热分解温度（在分解温度时p(O2)＝100kPa）。
解：由题意可得Ag2O分解的化学反应吉布斯自由能变、焓变分别为
=21.64 kJ·mol-1 ；=61.18 kJ·mol-1
（1）
p(O2)=0.0161 kPa
（2）因为当恰好分解，处于平衡状态时，p(O2)=100 kPa 所以Kθ=1 ， T1=298 K 则
， T2 = 470 K