大学实验化学  化学反应速率
难题解析   [TOP]
例7-1 HNO2分解反应机理如下，求总反应的速率方程表示式。
分析  复合反应的每一步都是元反应，反应的速率方程由速率控制步骤决定。
解              ， 
=
                      v =
例 7-2 证明一级反应完成99.9%所需要的时间近似为半衰期的10倍。
解                  t1/2 = 0.693/ k
例 7-3 根据如下的气相反应相关数据 
T(K)                  600              645
  k(L2·mol-2m·in-1)            6.62⨯ 105            6.81⨯ 105
k’ (L·mol-1·min-1)              8.40            40.8
求：（1）两个温度下的平衡常数。
  （2）正向反应和逆向反应的活化能。
解 （1）600K时，
          640K时，
（2）正反应的活化
= =2.02 kJ·mol-1
          逆反应的活化能
==113.0 kJ·mol-1           
学生自测题   [TOP]    判断题    选择题    填空题    问答题    计算题
一、判断题（对的打√，错的打×）
1．化学反应速率常数kA与反应物的浓度有关。                              reaction order（   ）
2．对于元反应，反应速率常数总是随着温度的升高而增大。                    （   ）
3．凡速率方程式中各物质浓度的指数等于反应方程式中其化学式前的系数时，此反应为元反应。（   ）
4．质量作用定律仅适用于元反应。                                        （   ）
5．反应N2（g）+3H2（g）→2NH3（g），因N2、H2、NH3都处于同一相中，所以此反应
中催化剂的催化作用为均相催化。（   ）
二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出）    [TOP]
1．实验测得2ICl（g）+H2（g）→I2（g）+2HCl（g）的反应速率正比于ICl浓度的一次方和H2浓度的一次方。由此可知此反应是        （  ）
A．三分子反应，三级反应      B．双分子反应，二级反应      C．一级反应
D．二级反应                  E．三分子反应、二级反应
2．某化学反应：A﹢2B →Y，若其速率方程为或，则kA与kB的关系是      （  ）
A．kA= kB    B．kA=2 kB    C．2kA= kB    D．kA=3 kB      E．3kA= kB
3．某化学反应，反应物反应掉其所需时间恰是它反应掉所需时间的1.5倍，则该化学反应的级数是                        （   ）
A．三级反应  B．无法确定    C．二级反应    D．一级反应  E．零级反应
4．某一级反应的半衰期t1/2 是30 min，则其反应速率常数k 为                （  ）
A．20.8 min－1  B．0.23 min－1  C．0.023 min－1  D．43.3 min－1  E．30 min－1
5．在某温度下，反应NH3的平衡常数K = a。上述反应如果改写为2NH3（g）N2（g）+3H2（g），则在相同温度下反应的平衡常数为      （  ）
A．a        B．1/a        C．a2        D．1/a2        E．a/2
三、填空题      [TOP]
1．若反应A＋2B → C是基元反应，则其反应的速率方程可以写成 （1） ，则其反应分子数是 （2） 。
2．某反应，反应物反应掉了所需的时间是它反应掉所需时间的2倍，这个反应是（3） 级反应。
3．反应A＋B → C的动力学方程式为，则该反应的总级数是 （4） 级，若浓度以mol·L—1为单位，时间以s为单位，则速率常数的单位是 （5） 。
四、问答题      [TOP]
1．为什么反应物间所有的碰撞并不是全部都是有效的？
2．A(g) ＋ B(g) → 产物，总反应一定是二级反应么？
3．零级反应是否是基元反应？具有简单级数的反应是否一定是基元反应？
五、计算题      [TOP]
1．某药物溶液的初始含量为5.0 g·L－1，室温下放置20个月后含量降为4.2 g·L－1。如药物含量降低10%即失效，且其含量降低的反应为一级反应，问：（1）药物的有效期为几个月？（2）半衰期是多少？
2．已知在660K时，测得反应2NO + O22NO2 实验数据如下：
起始浓度(mol·L–1)
起始速率(mol·L–1·s–1)
降低速率
0.010
0.010
2.5×10–3
0.010
0.020
5.0×10–3
0.030
0.020
4.5×10–2
试求：（1）反应速率方程式和反应级数；（2）此温度下的反应速率常数；（3）当= 0.015 mol·L–1；= 0.025 mol·L–1时的反应速率。
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一、判断题
1．× 2．√  3．×  4．√  5．×
二、选择题
1．D  2．C  3．D  4．C  5．C
三、填空题
1．（1）  （2）3
2．（3）一级
3．（4）一级 （5）s—1
四、问答题  （略）
五、计算题
1．解：因为该药物的降解为一级反应     
设该药物的有效期为x个月，则：
2．解：（1）  设速率方程式为
                                ①
            ②
            ③
      由①和②式得：    n =1        由②和③式得：    m=2
∴  速率方程式为          反应级数为三级
（2）将表中数据代入速率方程式中得： L2·mol–2·s–1
（3） = 0.015 mol·L–1，= 0.025 mol·L–1 时，代入速率方程：
            mol·L–1·s–1
章后习题答案   [TOP]
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∆rHmθ与反应的活化能之间有什么关系？
解 ∆rHmθ = Ea－Ea′
6．在相同温度下有如下两个反应：
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：，对Ea越大的反应，其直线斜率越小（因Ea>0），即k的变化就越大，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 
                      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。
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，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？

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