中南大学物化课后习题答案 7 章 化学动力学(3)

2018-12-20 22:43

(3)

19.600 K浓度为1 mol·L-1的某分子HA间,每升每秒的碰撞数为3.1×1034,已知该分子按双分子碰撞分解,E=184.1kJ·mol-1,试用碰撞理论计算其分解的速率常数(设几率因子P=1)。(答案:1.031×105J·mol-1)

解:对于同一种分子,ZAA= L2·ZAA’= 2× 碰撞频率

∵ZAA是每升每秒的碰撞分子数

20.乙炔的热分解是二级反应,活化能为1.904×105 J·mol-1,分子直径为5×10-8cm,计算:?(1) 800 K和101325 Pa时,单位时间(s)和体积(ml)内起作用的分子数; (2) 速率常数k值(以L·mol-1·s-1表示)。(答案:9.611×10-6mol·dm-3·s-1)

解: (1)

= 9.174×1024个分子·m-3= 9.174×1018个分子·cm-3

(2)

21.某地出产的铷矿石中含有9.00×10-7kg的Sr,及4.50×10-4kg的Rb。其中Sr有80.00%是Sr87,Rb有27.0%是能蜕变( 放射出β粒子 )成Sr87的Rb87。求此矿石之矿龄。已知Rb87的蜕变常数为1.10×10-11 y-1。?

(答案:2.8×1018个分子·dm-3·s-1,0.2mol-1·dm3·s-1)

解: Rb87 → β+Sr87

22.反应A D在正、逆两个方向均是一级,当A、D的初始浓度分别为cA,0和cD,0 时,求A的浓度随时间t变化的函数关系;当t = ∞时,求cD/cA的值。?

解:,,∴

当t→ ∞时,,

23.反应A(g ) ====== C(g)+D(g) 在298 K时,k1和k-1分别为0.2s-1和5.0 ×10-4Pa-1·s-1,温度增加到310 K时,k1和k-1均增加到原来的两倍。计算:?

(1) 298 K时的平衡常数; (2)正、逆反应的活化能E1、E-1;(3) 如果在298 K反应开始时只有A,其压强p=101325Pa,计算当总压强增至151987.5Pa时反应时间为多少。?

解:(1)

(2)根据

(3) A ========= C + D t = 0 101325 0 0 t = t 101325 -pxpxpx 故:p总= 101325+px

可求得:E1 = E-1= 44.36 kJ.mol-1

当p总= 151987.5Pa时,px = 50662.5 Pa,即A减少了一半。

而k1>>k-1,故可以把A的分解当作单向一级反应处理,则所需时间就是A物的半衰期:

24.醋酸酐的分解反应是一级反应。该反应的活化能Ea=144.35 kJ·mol-1。已知557.15 K时这个反应的k=3.3×10-2s-1。现要控制该反应在10 min内转化率达90%,试确定反应温度应控制在多少度。(答案:521.2 K)

解:对一级反应有:

所以要使反应在10 min内转化率达90%,温度应为T2,则:

解得:T2 = 521.2 K

25.反应 2NO+O2== 2NO2的一个可能历程为:

NO+NO N2O2(快);

k3

N2O2 + O2 ——→2NO2(慢)。

已知Ea,1=82 kJ·mol-1,E a,2=20.5 kJ·mol-1,E a,3=82 kJ·mol-1,求总反应的表观活化能为多少。(答案:143.5 kJ·mol-1)

解:

采用平衡近似法,根据反应历程可得:

,因为k3为慢反应步骤的速率常数,即可取k3<<0

∴Ea = E1+E3-E2= 82+82-20.5=143.5 kJ·mol-1

26.。根据过渡状态反应速率理论求证n分子气相反应:

A+D+… [A—D…]≠ 产物

的活化能Ea=ΔrH≠+nRT。?

[提示:kn=(kBT/h)K≠,Ea=ΔrU≠+RT?,ΔrU≠=ΔrH≠-(Δn)RT,Δn=1-n]

K≠

证:设:A+D+ … ?[A—D…]≠

而,

,∴Ea= ΔrU≠ + RT

ΔrU≠ = ΔrH≠ – (Δn)RT= ΔrH≠ -(1-n)RT ∴Ea= ΔrH≠ - (1-n)RT + RT = ΔrH≠ +nRT

27.在无催化剂存在时,反应 2HI==== H2+T2的活化能为183920 J·mol-1,当用铂作催化剂时改变了其反应历程,活化能降低为104500 J·mol-1。若反应在575 K时进行,求铂催化剂使此反应速率增加的倍数。(答案:1.6×107) 解:根据阿仑尼乌斯方程得:


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