第二章化学反应速率和化学平衡 1.区别下列概念。 (1)反应速率和反应速率常数 (2)反应速率常数与平衡常数 (3)反应级数与计量系数 (4)基元反应和复合反应 (5)活化分子和活化能 (6)平衡常数与反应商。 2.在24L溶液中发生了某化学反应,35s时间内生成了00013mo的A物质,求该反应的平均速 3.A+B→C是一个二级反应(是A的一级反应,又是B的一级反应)。在1.20L溶液中,当A为 40mol,B为30mol时,为00042mol·L·s。写出该反应的速率方程式,并计算反应速率 常数 4.在某一容器中,A与B反应,实验测得数据如下: [A]y(mol)[ B](molL)Dmol·L·s)Amo·L)[ B](mol.L')u/mol·L·s) 10 10 12×102 10 10 12×102 2.0 0 2.3× 48×102 4.0 4.9×10 0 1.9×10 8.0 9.6×102 76×101 1)确定该反应的反应级数,写出反应速率方程式 (2)计算该反应的速率常数k 5.某二级反应,其在不同温度下的反应速率常数如下 645 752 K(mol·L·min)6.17×10321.9×103776×103251×10 (1)画出lgk-1/r的图 (2)计算反应活化能Ea (3)计算700K时的反应速率常数k。 6.某可逆反应,其Ea(正)=2E(逆) (1)当温度从380K升到390K时,k正增大倍数是k逆增大倍数的多少倍? (2)k正从380K升高到390K增大的倍数是从880K升高到890K增大倍数的多少倍? (3)在400K时,加入催化剂,正、逆反应活化能都减少了20k/·mo-,那么k正增大了多少 倍?k又如何? opyright武汉理工大学应用化学系
1 Copyright 武汉理工大学应用化学系 第二章 化学反应速率和化学平衡 1. 区别下列概念。 （1）反应速率和反应速率常数； （2）反应速率常数与平衡常数； （3）反应级数与计量系数； （4）基元反应和复合反应； （5）活化分子和活化能； （6）平衡常数与反应商。 2. 在 2.4L 溶液中发生了某化学反应，35s 时间内生成了 0.0013mol 的 A 物质，求该反应的平均速 率。 3. A+B→C 是一个二级反应（是 A 的一级反应，又是 B 的一级反应）。在 1.20L 溶液中，当 A 为 4.0mol，B 为 3.0mol 时，υ为 0.0042mol·L-1·s -1。写出该反应的速率方程式，并计算反应速率 常数。 4. 在某一容器中，A 与 B 反应，实验测得数据如下： [A]/(mol·L-1) [B]/(mol·L-1) υ/( mol·L-1·s -1) [A]/(mol·L-1) [B]/(mol·L-1) υ/( mol·L-1·s -1) 1.0 1.0 1.2×10-2 1.0 1.0 1.2×10-2 2.0 1.0 2.3×10-2 1.0 2.0 4.8×10-2 4.0 1.0 4.9×10-2 1.0 4.0 1.9×10-1 8.0 1.0 9.6×10-2 1.0 8.0 7.6×10-1 （1） 确定该反应的反应级数，写出反应速率方程式。 （2） 计算该反应的速率常数 k。 5. 某二级反应，其在不同温度下的反应速率常数如下： T/K 645 676 714 752 K/( mol·L-1·min-1) 6.17×10-3 21.9×10-3 77.6×10-3 251×10-3 （1） 画出 lgk—1/T 的图； （2） 计算反应活化能 Ea； （3） 计算 700K 时的反应速率常数 k。 6. 某可逆反应，其 Ea（正）=2E（逆）； （1）当温度从 380K 升到 390K 时， k正 增大倍数是 k逆 增大倍数的多少倍？ （2） k正 从 380K 升高到 390K 增大的倍数是从 880K 升高到 890K 增大倍数的多少倍？ （3）在 400K 时，加入催化剂，正、逆反应活化能都减少了 20 −1 kJ ⋅ mol ，那么 k正 增大了多少 倍？ k逆 又如何？
7.写出下列反应的平衡常数K的表达式: (1)N2(g)+O2(g)=2NO(g) (2)NO(g)+O2(g)=NO2(g) (3)2SO2(g)+O2(g)=2O3(g) (4)CH4(g)+H,O(g)== CO(g)+3H,(g) (5)C(s)+H,O(g)sCO(g)+H2(g) (6)2MnO4+5H2O2(g)+6H(a)==2Mn2(aq)+502(g)+8H2O(l) 8.已知反应:H2(g)+I2(g)==2HI(g)700K的平衡浓度的三组实验数据如下 mmol·L)四l(mol·Lmol·L 2.90×10 171×103 165×10-3 183×10 3.13×103 177×10-3 0.495×103 0.495×10 366×103 从上述实验数据计算700K时该反应的平衡常数K。 9.实验测得SO2氧化为SO3的反应,在100K时,各物质的平衡分压为:p(SO2)=277kPa p(O2)=40.7kPa;p(SO3)=329kPa。计算该温度下反应:2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)的平 衡常数Ka 10.合成氨反应:N2(g)+3H2(g)→2NH3(g),在304Mpa,500℃时K0为078×10-,试计算下 列反应的K1 (1)N2(g)+3n2(g)→NHg (2)2NH3(g)→N2(g)+3H2(g) 11.已知下列反应在1123K时的平衡常数K: (1)C(s)+CO2g)→2CO(g);K=1.3×10 opyright武汉理工大学应用化学系
2 Copyright 武汉理工大学应用化学系 7. 写出下列反应的平衡常数 θ K 的表达式： （1） N (g) O (g) 2 + 2 2NO(g) （2） O (g) 2 1 NO(g) + 2 NO (g) 2 （3） 2SO (g) O (g) 2 + 2 2SO (g) 3 （4）CH (g) H O(g) 4 + 2 CO(g) 3H (g) + 2 （5）C(s) H O(g) + 2 CO(g) H (g) + 2 （6） 2MnO 5H O (g) 6H (aq) 4 2 2 − + + + 2Mn (aq) 5O (g) 8H O(l) 2 2 2 + + + 8. 已知反应： H (g) I (g) 2 + 2 2HI(g) 700K 的平衡浓度的三组实验数据如下： [H+ ]/(mol·L-1) [I2] /(mol·L-1) [HI] /(mol·L-1) 2.90×10-3 1.71×10-3 16.5×10-3 1.83×10-3 3.13×10-3 17.7×10-3 0.495×10-3 0.495×10-3 3.66×10-3 从上述实验数据计算 700K 时该反应的平衡常数 θ K 。 9. 实验测得SO2 氧化为SO3 的反应，在 1000K 时，各物质的平衡分压为： p(SO ) 27.7kPa 2 = ； p(O ) 40.7kPa 2 = ； p(SO ) 32.9kPa 3 = 。计算该温度下反应： 2SO (g) O (g) 2SO (g) 2 + 2 → 3 的平 衡常数 θ K 。 10. 合成氨反应： N (g) 3H (g) 2NH (g) 2 + 2 → 3 ，在 30.4Mpa，500℃时 θ K 为 4 0.78 10− × ，试计算下 列反应的 θ K773： （1） H (g) NH (g) 2 3 N (g) 2 1 2 + 2 → 3 （2） 2NH (g) N (g) 3H (g) 3 → 2 + 2 11. 已知下列反应在 1123K 时的平衡常数 θ K ： （1）C(s) CO (g) 2CO(g) + 2 → ； θ 14 K1 = 1.3×10
(2)CO(g)+Cl2(g)→COCl2(g);K2=60×103 计算反应:2COCl2(g)→C(s)+CO2(g)+2Cl2(g)在1123K时的平衡常数K° 12.已知下列反应在1362K时的平衡常数: (1)H2(g)+1/2S2(g)==HS(g);K1=0. (2)3H2(g)+SO2(g) sS(g)+2H0(g):K=1.8×104 计算反应:4H(g)+2SO(g)==S(g)+4HO(g)在1362K时的平衡常数K0 13.将1.5mol的NO、1.0mol和25mol的NOCl在容积为150L的容器中混合;230℃时,反应: 2NO(g)+Cl2(g)s=2NOC1(g)达到平衡,测得有306mol的NOCl存在。计算平衡时NO的物 质的量和该反应的平衡常数K° 14.反应:PCl4(g)→PCl2(g)+C12(g)在760K的平衡常数K为33。若将50g的PCl3注入容积 为300L的密闭容器中,求平衡时PCl的分解百分数。此时容器中的压力是多少? 15.反应:PC(g)s=PCl3(g)+Cl2(g) (1)523K时,将0.70mol的PCl注入到容积为20L的密闭容器中,平衡时有0.50 mol pcls被 分解了。试计算该温度下的平衡常数KE和PCls的分解百分数 (2)若在上述容器中已达到平衡后,再加入0.10moCl2,则PCls的分解百分数与未加Cl2时相 比有何不同? (3)如开始时在注入0.70 mol pcls的同时,注入了0.10moCl2,则平衡时PCls的分解百分数又 是多少?比较(2),(3)所得结果,可以得出什么结论? 16.在高温下HgO按下式分解: 2HgO(s)>2Hg(g)+O2(g) 在450℃时,所生成的两种气体的总压为810mmHg:在420℃时,分解总压力是387mmHg。(1) 计算在450℃和420℃时的平衡常数K°,以及在450℃和420℃时p(O2),p(Hg)各为多少千帕 由此推断,该反应是吸热反应还是放热反应。(2)如果将10.0g氧化汞放在1.0L的容器中,温 度升高至450℃,问有多少克HgO没有分解 17.将NO和O2注入一保持在1000K的固定容积的容器中,在反应发生以前,他们的分压分别为 opyright武汉理工大学应用化学系
3 Copyright 武汉理工大学应用化学系 （2）CO(g) Cl (g) COCl (g) + 2 → 2 ； 3 2 K 6.0 10 θ − = × 计算反应： 2COCl (g) C(s) CO (g) 2Cl (g) 2 → + 2 + 2 在 1123K 时的平衡常数 θ K 。 12. 已知下列反应在1362K 时的平衡常数： （1）H2(g)+1/2S2(g) H2S(g)； θ K1 ＝0.80 （2）3 H2(g)+SO2(g) H2S(g)+2H2O(g)； θ K2 ＝1.8×104 计算反应：4H2(g)+2SO2(g) S2(g)+ 4H2O(g)在1362K 时的平衡常数 θ K 。 13. 将1.5mol的NO、1.0mol 和2.5mol的NOCl在容积为15.0L的容器中混合；230℃时，反应： 2NO(g)+Cl2(g) 2NOCl (g)达到平衡，测得有3.06mol 的NOCl 存在。计算平衡时NO 的物 质的量和该反应的平衡常数 θ K 14. 反应： PCl (g) PCl (g) Cl (g) 5 → 3 + 2 在 760K 的平衡常数 θ K 为 33.3。若将 50g 的 PCl5 注入容积 为 3.00L 的密闭容器中，求平衡时 PCl5 的分解百分数。此时容器中的压力是多少？ 15. 反应：PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g) （1） 523K 时，将0.70mol 的PCl5 注入到容积为2.0L 的密闭容器中，平衡时有0.50mol PCl5 被 分解了。试计算该温度下的平衡常数KË 和PCl5 的分解百分数。 （2） 若在上述容器中已达到平衡后，再加入0.10mol Cl2，则PCl5 的分解百分数与未加Cl2 时相 比有何不同？ （3） 如开始时在注入0.70mol PCl5 的同时，注入了0.10mol Cl2，则平衡时PCl5 的分解百分数又 是多少？比较（2），（3）所得结果，可以得出什么结论？ 16. 在高温下 HgO 按下式分解： 2HgO(s) 2Hg(g) O (g) → + 2 在 450℃时，所生成的两种气体的总压为 810mmHg；在 420℃时，分解总压力是 387mmHg。（1） 计算在 450℃和 420℃时的平衡常数 θ K ，以及在 450℃和 420℃时 (O ) p 2 ，p(Hg)各为多少千帕； 由此推断，该反应是吸热反应还是放热反应。（2）如果将 10.0g 氧化汞放在 1.0L 的容器中，温 度升高至 450℃，问有多少克 HgO 没有分解？ 17. 将 NO 和 O2 注入一保持在 1000K 的固定容积的容器中，在反应发生以前，他们的分压分别为
poNO=0.10MPa,pO2)=0.304MPa;当反应:2NO(g)+O2(g)s=2NO2(g)达到平衡时, p(NO2)=12MPa。计算(1)NO在平衡时的分压pNO;(2)O2的平衡分压p(O2):(3)该反应 的平衡常数K°。 18.在容积为100L的容器中放有100mol的水,当加热到1750K时,发生如下反应: 2H2O(g)s=2H2(g)+O(g),其平衡常数K=1.89×10。计算平衡时氧的物质的量为多少? 19.在218℃时反应: NHgHS(S)NH4g+H2S(g)的平衡常数K0=070。求(1)平衡时该气体 混合物的总压;(2)在同样的实验中,NH3的最初分压为253kPa时,H2S的平衡分压为多少? 20.在218℃时,反应:NHHS(s)s=NH(g)+H2S(g)的平衡常数K°=0070;现将020 g NoahS(s 放入容积为100L的密闭容器中。问在218℃时,上述平衡是否存在?通过计算说明之 21.根据 Le ch telier原理,讨论下列反应: 2C12(g)+2H20(g)==4HCl (g)+O2(g): AH>O 将Cl,HO(g),HCl,O2四种气体混合后,反应过到平衡时,下列左面的操作条件改变对右面 的平衡常数值有何影响(操作条件中没有注明的,是指温度不变,体积不变)? (1)增大容器体积n(HO,g) (4)加O n(HCD) (5)减小容器体积n(Cl) (6)减小容器体积P(Cl2) (7)减小容器体积K (8)升高温度 (9)升高温度 P(HCI) (10)加氮气 n(HCD) (11)加催化剂 n(HCD) 22.乙烷裂解生成乙烯:CH6(g)s=Cl1(g)+H2(g),已知在1273K,101.325KPa下:反应达到平衡 时,求K°。在生产上常在恒温恒压下采用加入过量水蒸气的方法以提高乙烯率的产率(水蒸气 在此条件下不参加化学反应),试以平衡移动的原理加以说明。 23.反应:N2O4g)s=2NO2(g),25℃时的平衡常数K=0.143。将10.0gN2O4注入容积为5.0L的 容器中,保持温度25℃,(1)计算平衡时,NO2的物质的量:(2)N2O4的分解百分数。 opyright武汉理工大学应用化学系
4 Copyright 武汉理工大学应用化学系 p0(NO)=0.101MPa，p0(O2)=0.304MPa；当反应：2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)达到平衡时， p(NO2)=12.2MPa。计算（1）NO 在平衡时的分压 p(NO)；（2）O2 的平衡分压 p(O2)；（3）该反应 的平衡常数 θ K 。 18. 在容积为 10.0L 的容器中放有 1.00mol 的水，当加热到 1750K 时，发生如下反应： 2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)，其平衡常数 θ K ＝1.89×10－9 。计算平衡时氧的物质的量为多少？ 19. 在 21.8℃时反应：NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)的平衡常数 θ K ＝0.070。求（1）平衡时该气体 混合物的总压；（2）在同样的实验中，NH3 的最初分压为 25.3kPa 时，H2S 的平衡分压为多少？ 20. 在 21.8℃时，反应：NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)的平衡常数 θ K ＝0.070；现将 0.20g NH4HS(s) 放入容积为 10.0L 的密闭容器中。问在 21.8℃时，上述平衡是否存在？通过计算说明之。 21. 根据Le Ch.telier 原理，讨论下列反应： 2Cl2(g)+2H2O(g) 4HCl(g)+O2(g)； ΔH>0 将Cl2，H2O(g)，HCl，O2 四种气体混合后，反应过到平衡时，下列左面的操作条件改变对右面 的平衡常数值有何影响（操作条件中没有注明的，是指温度不变，体积不变）？ （1） 增大容器体积 n(H2O,g) （2） 加O2 n(H2O,g) （3） 加O2 n(O2) （4） 加O2 n(HCl) （5） 减小容器体积 n(Cl2) （6） 减小容器体积 P(Cl2) （7） 减小容器体积 θ K （8） 升高温度 θ K （9） 升高温度 P(HCl) （10） 加氮气 n(HCl) （11） 加催化剂 n(HCl) 22. 乙烷裂解生成乙烯：C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)，已知在1273K，101.325KPa 下：反应达到平衡 时，求 θ K 。在生产上常在恒温恒压下采用加入过量水蒸气的方法以提高乙烯率的产率（水蒸气 在此条件下不参加化学反应），试以平衡移动的原理加以说明。 23. 反应：N2O4(g) 2NO2(g)，25℃时的平衡常数 θ K ＝0.143。将 10.0g N2O4 注入容积为 5.0L 的 容器中，保持温度 25℃，（1）计算平衡时，NO2 的物质的量；（2）N2O4 的分解百分数
24.已知2SO2(g)+O(g)=2O(g)在1062K时的平衡常数K=0955如在该温度下,于某一容 器中含有SO2、O2、SO3三种气体,其分压分别为po(SO2)=304kPa;po(O2)=60.8kPa po(SO3)=253kXPa,试判断反应进行的方向。如果反应是恒温恒容下进行,平衡时各物质的分压 又是多少?(试编制计算程序求解。) 25.已知在Br2与NO混合物中可能达到下列平衡(假定各种气体不溶解于液休溴中): (a)NO(g)+12Br2() NOBr(g) (b)No(g)+1/2Br2(1)s=NOBr(g) (c)NO(g)+1/2Br2(g)s=NOBr(g) (1)如果在密闭容器中有液体溴存在,当温度一定时,压缩容器使其体积缩小,则(ab)c)平 衡是否移动?为什么? (2)如果容器中没有液体溴存在,当体积缩小时仍无液溴出现,则(c)向何方移动?(a)b)是否 能处于平衡状态? 26.判断下列反应中,哪些是熵增加的过程,并说明理由 (1)I2(s)→2g) (2)H2Os)→>H2O(g) (3)H2O()-电→,H2(g)+O2(g) (4) 2CO(g)+O2(g)>2C02(g) 27.指出下列各组物质中,标准熵由小到大的顺序 (1)O2(1),O(g),O2(g) (2)Na(s), NaCl(s), Na2O(s), Na2CO3(s), NaNO3(s) (3)H2(g),F2(g),Br2(g),Cl(g),I2(g) 28.下列各热力学函数中,哪些的数值为零? (1)△H°(O3g,298K) (2)△H°(12,g298K) (3)△H°(Br2,s298K) (4)Sm(H2g298K) (5)△G°(N2,g,298K) 29.有20g水,在100℃、101325kPa下,如有18g水气化成100℃、101.325kPa下的水蒸气,问此 opyright武汉理工大学应用化学系
5 Copyright 武汉理工大学应用化学系 24. 已知 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)在 1062K 时的平衡常数 θ K ＝0.955。如在该温度下，于某一容 器中含有 SO2、O2、SO3三种气体，其分压分别为 p0(SO2)=30.4kPa；p0(O2)=60.8kPa； p0(SO3)=25.33kPa，试判断反应进行的方向。如果反应是恒温恒容下进行，平衡时各物质的分压 又是多少?（试编制计算程序求解。） 25. 已知在Br2 与NO 混合物中可能达到下列平衡（假定各种气体不溶解于液休溴中）： (a)NO(g)+1/2Br 2(l) NOBr(g) (b)NO(g)+1/2Br2(l) NOBr(g) (c)NO(g)+1/2Br2(g) NOBr(g) （1） 如果在密闭容器中有液体溴存在，当温度一定时，压缩容器使其体积缩小，则(a)(b)(c)平 衡是否移动？为什么？ （2） 如果容器中没有液体溴存在，当体积缩小时仍无液溴 出现，则(c)向何方移动？(a)(b)是否 能处于平衡状态？ 26. 判断下列反应中，哪些是熵增加的过程，并说明理由。 （1）I2(s)→I2(g) （2）H2O(s) →H2O(g) （3）H2O(l) 电解 → H2(g)+ 2 1 O2(g) （4）2CO(g)+O2(g) →2CO2(g) 27. 指出下列各组物质中，标准熵由小到大的顺序。 （1）O2(l)，O3(g)，O2(g) （2）Na(s)，NaCl(s)，Na2O(s)，Na2CO3(s)，NaNO3(s) （3）H2(g)，F2(g)，Br2(g)，Cl2(g)，I2(g) 28. 下列各热力学函数中，哪些的数值为零？ （1） f H m ( ) O3 ,g,298K θ ∆ （2） f H m ( ) I 2 , g,298K θ ∆ （3） f H m ( ) Br2 ,s,298K θ ∆ （4） θ Sm (H2,g,298K) （5） f G m ( ) N2 ,g,298K θ ∆ 29. 有 20g 水，在 100℃、101.325kPa 下，如有 18g 水气化成 100℃、101.325kPa 下的水蒸气，问此
时水气化的Gbs函数变△,G是多少?简单说明之。100℃、101325kPa下△Gm(H2O,1373K) 是否等于△G(H2O,g373K)? 30.假设HO()=HO(g)过程中△H°、ΔS"随温度变化很小,可以略而不计。试估计100℃时 水的饱和蒸气压,和实验值相比,误差为多少(所用数据由附表四查出)? 31.反应2H(g)=H2(g)+1(s),在25℃时,该反应的标准Gbbs函数变是多少?计算该反应在25 ℃时的平衡常数K° 32.(1)计算下列反应在25℃时的标准Gibs函数变△G 此反应的是多少?反应向何方向进行?(已知) (2)计算下列反应的,并判断反应方向 33.计算反应:COg+H(g)=CO2g)+H(g)在500℃的标准Gbs函数变△G和平衡常数K° (假定25~500℃范围内△H、△S"保持不变)。 34.在一定温度下Ag2O能分解,发生反应: Ag2O(S)==2Ag(s)+-O2g 假定反应的△,H、△S不随温度的变化而改变,估算Ag2O的最低分解温度和在该温度下的 O2的分压是多少? 习题答案 2.1.5×103 mol-L .S 3.5.1×10-4 mol-L .S1 4.(2)12×102mol2L2s 5. (2)Ea=140KJ mol (3)K700=0.476X 10 mol-rL min. 8.54.7 opyright武汉理工大学应用化学系
6 Copyright 武汉理工大学应用化学系 时水气化的 Gibbs 函数变 θ ∆rG m 是多少？简单说明之。100℃、101.325kPa 下 f G m ( ) H2O,l,373K θ ∆ 是否等于 f G m ( ) H2O, g,373K θ ∆ ？ 30. 假设 H2O(l) H2O(g)过程中 θ ∆rH m 、 θ ∆rSm 随温度变化很小，可以略而不计。试估计 100℃时 水的饱和蒸气压，和实验值相比，误差为多少（所用数据由附表四查出）？ 31. 反应 2HI(g) H2(g)+I2(s)，在 25℃时，该反应的标准 Gibbs 函数变是多少?计算该反应在 25 ℃时的平衡常数 θ K 。 32. （1）计算下列反应在25℃时的标准Gibbs 函数变ΔG。 此反应的是多少？反应向何方向进行？（已知） （2）计算下列反应的，并判断反应方向。 33. 计算反应：CO(g)+H2(g) CO2(g)+H2(g)在 500℃的标准 Gibbs 函数变 θ ∆rG m 和平衡常数 θ K （假定 25～500℃范围内 θ ∆rH m 、 θ ∆rSm 保持不变）。 34. 在一定温度下 Ag2O 能分解，发生反应： Ag2O(s) 2Ag(s)+ 2 1 O2(g) 假定反应的 θ ∆rH m 、 θ ∆rSm 不随温度的变化而改变，估算 Ag2O 的最低分解温度和在该温度下的 O2 的分压是多少? 习题答案 2. 1.5×10-5mol·L-1·S-1 3. 5.1×10-4mol·L-1·S-1 4. (2) 1.2×10-2mol-2·L-2·S-1 5. (2) Ea=140KJ·mol-1 (3)K700=0.476×10-1mol-1·L·min-1 8. 54.7 9