第七章后习题答案
习题
1．解释并理解下例名词
(1)反应速率 (2)瞬时速率 (3)元反应 (4)质量作用定律 （5）速率常数 (6) 反应级数（7）半衰期（9）有效碰撞 (9)活化能
解（1）反应体系中各物质的数量随时间的变化率
（2）反应在每一时刻的真实速率
（3）反应物分子直接碰撞一步就能转化为生成物的化学反应
（4）当温度一定时，元反应的反应速率与各反应物浓度以化学反应计量方程式中相应的系数为指数的幂之积成正比
（5）反应速率方程式中的系数k，在数值上等于各反应物浓度均为1mol·L-1时的反应速率；与反应的本性及反应温度有关
（6）反应速率方程式中各反应物浓度方次之和 （7）反应物反应掉一半所需要的时间
（8）能发生反应的碰撞
（9）活化分子具有的最低能量E’ 与反应物分子的平均能量E平之差
2．反应的速率常数k的物理意义是什么？当时间单位为h，浓度单位为mol·L-1，对一 级、二级和零级反应，速率常数的单位各是什么？
解 在数值上等于各反应物浓度均为1mol·L-1时的反应速率，故k又称为反应的比速率。一级反应：h-1; 二级反应：L·mol-1·h-1; 零级反应：mol·L-1·h-1. 3．碰撞理论与过渡态理论各如何阐述反应速率的？
解 碰撞理论认为活化分子在恰当的取向上碰撞才能发生化学反应，活化能越小，反应越快。过渡状态理论认为反应物分子需克服一定的活化能，形成不稳定的高能态活化络合物，这一中间物质能转化为产物也可分解成反应物。反应速率取决于转化为生成物的快慢。过度状态理论借用碰撞理论中活化能的概念，进一步从反应的微观过程以及反应过程中的能量这两个方面与反应速率联系起来考虑，更直观地揭示反应的过程。
4．温度升高或降低，可逆反应的正、逆向化学反应速率都加快或减慢，为什么化学平衡会移动？ 解 温度对不同反应速率的影响相差很大，可逆反应的Ea和Ea′值不同但均大于零，温度升高时（其他条件不变），速率常数增大，因此正、逆反应速率都增加。但温度的改变对Ea值大的反应影响显著，所以温度升高正、逆反应速率增加程度不同，化学平衡将移动。
5. 化学反应的等压反应热?rHm?与反应的活化能之间有什么关系？
1
解 ?rHm? = Ea－Ea′
6．在相同温度下有如下两个反应：
(1)(2)A+ BL + Qk1k2DZEa1Ea2
当Ea2 > Ea1时，温度的改变对那一个反应的影响大？请根据Arrhenius方程说明原因。
解 Arrhenius方程为：lnk??Ea?lnA，对Ea越大的反应，其直线斜率越小（因Ea>0），即k的RT变化就越大，速率的变化也越大，即表明相同的温度变化对Ea值大的反应影响显著，因此，对反应（2）影响大。
7．在SO2氧化成SO3 反应的某一时刻，SO2的反应速率为13.60 mol·L-1·h-1，试求O2 和SO3的反应速率各是多少？
解 反应为
SO2+ 1/2 O2SO3
v (SO2) = 1/2 v (O2) = v (SO3)
则有 v (O2) = 2 ? 13.60 mol·L-1·h-1= 27.2mol·L-1·h-1 v (SO3) = 13.60 mol·L-1·h-1
8．多数农药的水解反应是一级反应，它们的水解速率是杀虫效果的重要参考指标。 溴氰菊酯在20?C时的半衰期是23天。试求在20?C时的水解常数。
解 据题意，溴氰菊酯的水解为一级反应,故
t1/2 = 0.693/ k = 23 d k = 3.01 ? 10-2 d-1
9．25?C时，N2O5的分解反应的半衰期是340min，并且与N2O5的最初压力无关。 求：（1）反应的速率常数是多少？（2）分解完成80%需多少时间？
解 (1) 据题意，此为一级反应，即
t1/2 = 0.693/ k = 340 min k = 2.04 ? 10-3 min-1 (2) ln (p0/p) = 2.04 ? 10-3 min-1 ? t t = 789 min
10．低浓度蔗糖溶液在酸性条件下水解是准一级反应：
C12H22Oll + H2O ?? C6H12O6（葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）
2
在45?C时速率常数为1.88?10-2min-1，若蔗糖浓度为0.100 mol·L-1，试计算：
(1)反应开始时的瞬时速率。
(2)反应进行到30min时的瞬时速率。
（3）反应进行到30min时蔗糖的水解率是多少？
解 （1） v= kc0 = 1.88 ? 10-2 ? 0.100 = 1.88 ? 10-3 mol·L-1· min-1 (2) 由 lnc0/c = kt
在30min时 lnc= ln0.100 -1.88 ? 10-2 min-1? 30min = -2.303-0.546 = -2.867
c = 0.057 mol·L-1
c0?c(0.100?0.057)mol?L?1(3) 30min 时，水解率为 ? 100% = ? 100% = 43%
0.100mol?L?1c011．气体A的分解反应为A(g) ?? 产物，当A的浓度为0.50mol ? L –1时，反应速率为0.014 mol·L-1·s-1。如果该反应分别属于 (1)零级反应 (2)一级反应 (3)二级反应，则当A的浓度等于1.0 mol ? L
–1
时，反应速率常数各是多少？
解 （1）若为零级反应 v = k k = 0.014 mol·L-1·s-1
(2) 若为一级反应 v = kc k = v / c = 0.014 mol·L-1·s-1/ 0.50 mol·L-1 = 0.028 s-1 (3) 若为二级反应 v = kc2 k = v / c2 = 0.014 mol·L-1·s-1/ (0.50 mol·L-1)2
= 0.056 L·mol-1·s-1
12．乙醛的热分解反应是二级反应，733K和833K时，反应的速率常数分别为0.038和2.10 L·mol-1·s-1，
求（1）反应的活化能及773K时的速率常数。（2）773K时当乙醛的浓度为0.050 mol·L-1，反应到200s时的速率。
解 （1）由 lnk2EaT2?T1?() k1RT1T2则 Ea?RT2T1kln2
(T1?T2)k18.314J?mol?1?K?1?733K?833K2.10= = 203.4 kJ·mol-1 ln(833?733)K0.038同理， lnk7730.038?203.4?103J?mol?1?18.314J?mol?K?1?(773?733)K
= 1.73
733K?773K ln k773 = 1.73 -3.27 = - 1.54 k773 = 0.21 L·mol-1·s-1
3
(2) 对二级反应
11??kt cc0即
11-1-1-1??0.21 L·mol·s ?200s c = 0.016 mol·L ?1c0.05mol?Lv= kc2 = 0.21 L·mol-1·s-1 ? (0.016 mol·L-1 )2 = 5.38?10-5 mol·L-1·s-1
13．某药物分解35%既失效，在45?C和55?C测出每小时它分解掉0.068%和0.18%，药物的分解率不受药物浓度的影响。问：
（1）此药物在20?C的室温下可保存多长时间？ （2）在4?C冰箱中可保存多长时间？ 解 由题意此药物分解反应为一级反应 318K时, lnc0?k?1 318c0?0.068à k318 = 0.070 h-1 同理 328K时, k328 = 0.20 h-1
E0.20(328?318)Ka??由两个温度下的k值代入公式 ln
?1?1328K0.078.314?318K?mJol?K得 Ea = 91.04 kJ·mol-1
(1) 由上述公式可求得 k293 = 3.71 ?10-3 h-1
lnc0?k293?t 即 t = 116h
c0?35à(2) 同理可求得 k277 = 4.28 ?10-4 h-1
lnc0?k277?t 即 t = 1007 h
c0?35à14．经呼吸O2进入体内，在血液中发生反应：Hb(血红蛋白) +O2→HbO2(氧合血红蛋白)，此反应对Hb和O2均为一级反应。在肺部两者的正常浓度应不低于8.0 ?10-6和1.6?10-6 mol·L-1，正常体温37?C下，该反应的速率常数k=1.98?106 L·mol-1·s-1 ，计算：
（1）正常人肺部血液中O2的消耗速率和HbO2的生成速率各是多少？
（2）若某位患者的HbO2生成速率达到1.3?10-4 mol·L-1·s-1，通过输氧使Hb浓度维持正常值，肺部O2浓度应为多少？
解 由题可知此反应为二级反应，且根据反应方程式，O2的消耗速率与HbO2的生成速率相同，即
4
v (O2) = v (HBO2) = k c(O2) c(HB)
（1）v (O2) = v(HBO2)
= 1.98 ?106L·mol-1·s-1?8.0?10-6 mol·L-1?1.6?10-6mol·L-1 = 2.53?10-6 mol·L-1·s-1
1.3?10?4mol?L?1?s?1(2) c(O2) = ?6?1?1?6?1kc(HB)1.98?10L?mol?s?8.0?10mol?L= 6.42?10-6 mol·L-1
v(HBO2)15．青霉素G的分解为一级反应，实验测得有关数据如下：
T / K k / h-1
310 2.16?10-2
316 4.05?10-2
327 0.119
求反应的活化能和指数前因子A。
解 由公式 lnk2EaT2?T1?() k1RT1T2Ea?RT2T1kln2
(T1?T2)k18.314J?mol?1?K?1?310K?316K4.05?10?2ln= = 85.3 kJ·mol-1
(316?310)K2.16?10?2与之相同方法，用不同温度下的k求出三个Ea后，求得均值：Ea =84.7 kJ·mol-1 又 lnA?lnk?Ea RT?284.7?103J?mol?1 lnA?ln2.16?10??1?18.314J?mol?K?310KA = 4.04?1012
同理，将不同温度下的k值代入上述关系式，求出三个A 值后，得均值：A=4.05?1012 16．在28?C，鲜牛奶大约4h开始变酸，但在5?C的冰箱中可保持48h。假定变酸反应的速率与变酸时间成反比，求牛奶变酸反应的活化能。
解 v∝ k, 由题v∝1/ t , 即 k∝1/ t
Ea?RT?TtT2T1kln2?R(21)ln1
T1T2t2(T1?T2)k18.314J?mol?1?K?1?301K?278K48=mol-1 ln= 75.2 kJ·
(301?278)K4
5