第3章习题答案思考题1.对于等容反应0=ZBVB，如何用物质B的浓度表示反应速率？答：对于等容反应r=二.dcB3dtVB2.区别以下概念：（1）反应速率与反应速率常数：答：反应速率是指一定条件下，反应物转变为产物的快慢，即参加反应的各物质的数量随时间的变化率。反应速率常数是针对反应物浓度与反应速率间定量关系式（速率方程）的一个参数，对于反应aA+bB→gG+hH，速率方程为r=kc^cB，其中k为反应速率常数。（2）基元反应与非基元反应：答：由反应物分子（或离子、原子以及自由基等）直接相互作用而生成产物的反应，称为基元反应。非基元反应是由两个或两个以上基元反应构成的总反应。（3）反应分子数与反应级数；答：对于速率方程r=kccB，将α称为物质A的反应级数，β称为反应对B的反应级数，α+β称为反应总级数。反应级数可以是正整数，也可以是零、负整数或分数。对于基元反应，反应级数与反应分子数一般是一致的，但反应分子数只能是非零正整数。（4）活化分子与活化能；答：在基元反应中，并不是反应物分子间任何一次直接相互作用都能发生反应，只有少数能量较高的分子直接相互作用才能发生反应。这些能量较高的分子称为活化分子。分子间发生反应时普通分子变为能够发生反应的活化分子所需的能量为活化能。3.符合质量作用定律的反应一定是基元反应吗？简单级数反应是简单反应吗？答：符合质量作用定律的反应不一定的基元反应，它有可能是包含多个基元反应的复合反应，只是在速率方程形式上符合质量作用定律。简单级数反应：凡是反应速率只与反应物浓度有关，且反应级数无论α、β都只是零或正整数的反应。简单反应：总反应由一种基元反应构成。所以，简单反应是简单级数反应，但反过来不成立。4.零级、一级、二级等浓度反应各自有何动力学特征？见课本P78，表3-15.确定反应级数有哪几种处理方法？有何优点、缺点？答：一）微分方法：根据速率方程微分式来确定反应级数。优点：既适于整数级反应，也适用于分数级反应
第 3 章 习题答案 思考题 1．对于等容反应 0=∑𝐵 𝜈𝐵B，如何用物质 B 的浓度表示反应速率？ 答：对于等容反应 r= 1 𝜈𝐵 ∙ 𝑑𝑐𝐵 𝑑𝑡 。 2．区别以下概念： （1）反应速率与反应速率常数； 答：反应速率是指一定条件下，反应物转变为产物的快慢，即参加反应的各物质的数量随时 间的变化率。 反应速率常数是针对反应物浓度与反应速率间定量关系式（速率方程）的一个参数，对 于反应 aA+bB→gG+hH，速率方程为 r=k𝑐𝐴 𝑎 𝑐𝐵 𝑏，其中ｋ为反应速率常数。 （２）基元反应与非基元反应； 答：由反应物分子（或离子、原子以及自由基等）直接相互作用而生成产物的反应，称为基 元反应。 非基元反应是由两个或两个以上基元反应构成的总反应。 （３）反应分子数与反应级数； 答：对于速率方程 r=k𝑐𝐴 𝛼 𝑐𝐵 𝛽，将α称为物质Ａ的反应级数，β称为反应对Ｂ的反应级数，α＋β称 为反应总级数。反应级数可以是正整数，也可以是零、负整数或分数。 对于基元反应，反应级数与反应分子数一般是一致的，但反应分子数只能是非零正整数。 （４）活化分子与活化能； 答：在基元反应中，并不是反应物分子间任何一次直接相互作用都能发生反应，只有少数能 量较高的分子直接相互作用才能发生反应。这些能量较高的分子称为活化分子。 分子间发生反应时普通分子变为能够发生反应的活化分子所需的能量为活化能。 3.符合质量作用定律的反应一定是基元反应吗？简单级数反应是简单反应吗？ 答：符合质量作用定律的反应不一定的基元反应，它有可能是包含多个基元反应的复合反应， 只是在速率方程形式上符合质量作用定律。 简单级数反应：凡是反应速率只与反应物浓度有关，且反应级数无论α 、β 都只是零或 正整数的反应。 简单反应：总反应由一种基元反应构成。 所以，简单反应是简单级数反应，但反过来不成立。 4.零级、一级、二级等浓度反应各自有何动力学特征？ 见课本 P78，表 3-1 5.确定反应级数有哪几种处理方法？有何优点、缺点？ 答：一）微分方法：根据速率方程微分式来确定反应级数。 优点：既适于整数级反应，也适用于分数级反应
缺点：实验要求测试参数多，工作量大。二）积分法：根据速率方程积分式来确定反应级数，包含尝试法和作图法。（1）尝试法：将不同时间测出反应浓度代入各反应级数积分式中，如果算出不同时间速率常数近似相等，则该式的级数为反应级数。（2）作图法：按照各种积分式线性关系作图，若有一种图成直线，则图所代表的级数，就是该反应级数。优点：只要一次实验数据就能用尝试法或作图法确定反应级数。缺点：不够灵敏，只能运用于简单级数反应。三）初始速率法确定反应级数在一定条件下，反应开始的瞬时速率为初始速率。由于反应刚刚开始，逆反应和其它反应的干扰小，能较真实的反应出反应物浓度对反应速率的影响。初始速率法是由反应物初始浓度的变化确定反应速率、反应级数和速率方程式的方法。具体操作是：将反应物按不同组成配制成一系列混合物。先只改变一种反应物A的浓度，保持其他反应物浓度不改变。在某一温度下反应开始，获得Ca-t图,确定t=O时的瞬时速率。若能获得至少两个不同C条件下的瞬时速率，根据两个C比及两个r比值的关系，即可确定反应物A的反应级数α。同样的方法，可以确定其他反应物的反应级数。ri=kaf...I2=keacBc...6.试根据零级、一级、一级等浓度反应的半衰期与起始浓度的关系，推测n级等浓度反应半衰期与起始浓度关系。解：对于n级等浓度反应：-(dCa)/dt=knCA积分上式，得：knt=(1/(CAn-1)-1/(Co-1))X1/(n-1）（n≠1）计算半衰期，反应物转化率为1/2，即CA=1/2CoTi2=(2m-1-1)/((n-1)k,Con-1）（n≠1)7.温度是如何影响反应速率的？反应速率与活化能有何关系？答：改变温度可以改变反应速率常数k，进而改变反应速率。温度对反应速率常数的影响遵循阿伦尼乌斯公式，即：k=AeEa/RT活化能越高，活化分子数越少，反应速率越慢。活化能小于40kJ·mor反应，其反应速率非常大，反应可瞬间完成；活化能大于400kJ·mol1的反应，其反应速率非常小。8.简述简单碰撞理论和过渡状态理论要点。答：简单碰撞理论：（1）碰撞分子看作无结构的刚性球体，反应物分子必须发生有效碰撞才能发生反应。（2）反应速率r与单位体积，单位时间内分子的碰撞次数z成正比。过渡态理论：（1）反应物分子变成产物分子要经过一个过渡态，形成一个活化配合物，在活
缺点：实验要求测试参数多，工作量大。 二）积分法：根据速率方程积分式来确定反应级数，包含尝试法和作图法。 （1）尝试法：将不同时间测出反应浓度代入各反应级数积分式中，如果算出不同时间速率 常数近似相等，则该式的级数为反应级数。 （2）作图法：按照各种积分式线性关系作图，若有一种图成直线，则图所代表的级数，就 是该反应级数。 优点：只要一次实验数据就能用尝试法或作图法确定反应级数。 缺点：不够灵敏，只能运用于简单级数反应。 三）初始速率法确定反应级数 在一定条件下，反应开始的瞬时速率为初始速率。由于反应刚刚开始，逆反应和其它反 应的干扰小，能较真实的反应出反应物浓度对反应速率的影响。初始速率法是由反应物初始 浓度的变化确定反应速率、反应级数和速率方程式的方法。具体操作是：将反应物按不同组 成配制成一系列混合物。 先只改变一种反应物 A 的浓度，保持其他反应物浓度不改变。在 某一温度下反应开始，获得 CA-t 图,确定 t=0 时的瞬时速率。若能获得至少两个不同 CA条件 下的瞬时速率，根据两个 CA 比及两个 r 比值的关系，即可确定反应物 A 的反应级数 α。同 样的方法，可以确定其他反应物的反应级数。 1 1 2 2 . . A B C A B C r kc c c r kc c c 6.试根据零级、一级、二级等浓度反应的半衰期与起始浓度的关系，推测 n 级等浓度反应半 衰期与起始浓度关系。 解：对于 n 级等浓度反应：-(dCA)/dt=kn CA n 积分上式，得：knt=(1/(CA n-1 )-1/(C0 n-1 ))×1/(n-1) （n≠1） 计算半衰期，反应物转化率为 1/2，即 CA=1/2 C0 T1⁄2=(2n-1 -1)/(（n-1）kn C0 n-1 ) （n≠1） 7.温度是如何影响反应速率的？反应速率与活化能有何关系？ 答：改变温度可以改变反应速率常数 k，进而改变反应速率。 温度对反应速率常数的影响遵循阿伦尼乌斯公式，即：k=AeEa/RT 活化能越高，活化分子数越少，反应速率越慢。活化能小于 40 kJ·mol-1反应，其反应速率 非常大，反应可瞬间完成；活化能大于 400 kJ·mol-1的反应，其反应速率非常小。 8.简述简单碰撞理论和过渡状态理论要点。 答：简单碰撞理论：（1）碰撞分子看作无结构的刚性球体，反应物分子必须发生有效碰撞 才能发生反应。 （2）反应速率 r 与单位体积，单位时间内分子的碰撞次数 z 成正比。 过渡态理论：（1）反应物分子变成产物分子要经过一个过渡态，形成一个活化配合物，在活
化配合物中，旧键未完全断裂，新键也未完全形成（2）活化配合物是一个高能态的“过渡区物种”，很不稳定，它既能迅速与原来反应建立热力学平衡，又能进一步分解为产物，分解为产物一步是慢步骤。（3）化学反应的速率是由活化配合物分解为产物的速率决定的。9、催化剂为什么能改变反应速率？催化反应有什么特征？答：催化剂参与化学反应，改变了反应途径，从而改变了反应的活化能，进而改变了反应速率。催化剂特征：（1）催化剂参与了化学反应，与反应物形成中间体，从而改变反应路径，降低了活化能，使反应速率加快，反应前后催化剂的化学性质和数量不变，但其物理性质常有改变。（2）催化剂能缩短反应到达平衡的时间，但不影响化学平衡，也不能实现热力学上不能发生的反应。（3）催化剂具有特殊选择性。习题一：选择题1.下列叙述中正确的是(B)A溶液中的反应一定比气相中的反应速率大B反应活化能越小，反应速率越大C增大系统压力，反应速率一定增大D加入催化剂，使正反应活化能与逆反应活化能减少相同倍数2.升高同样温度，一般化学反应速率增大倍数较多的是(C）A吸热反应B放热反应CEa较大的反应DEa较小的反应3.已知2NO(g)+Br2=2NOBr反应为基元反应，在一定的温度下，当总体积扩大一倍时，正反应为原来的（D）音8倍D倍A4倍B2倍84.一级反应的半衰期与反应物初始浓度的关系是(A)A无关B成正比C成反比D平方根成正比5.已知2A+B=C的速率方程为r=k[C(A)}[C(B)],该反应一定是（A)A三级反应B复杂反应C基元反应D不能判断
化配合物中，旧键未完全断裂，新键也未完全形成。 （2）活化配合物是一个高能态的“过渡区物种”，很不稳定，它既能迅速与原 来反应建立热力学平衡，又能进一步分解为产物，分解为产物一步是慢步骤。 （3）化学反应的速率是由活化配合物分解为产物的速率决定的。 9、催化剂为什么能改变反应速率？催化反应有什么特征？ 答：催化剂参与化学反应，改变了反应途径，从而改变了反应的活化能，进而改变了反 应速率。 催化剂特征： （1）催化剂参与了化学反应，与反应物形成中间体，从而改变反应路径，降低了活化能， 使反应速率加快，反应前后催化剂的化学性质和数量不变，但其物理性质常有改变。 （2）催化剂能缩短反应到达平衡的时间，但不影响化学平衡，也不能实现热力学上不能发 生的反应。 （3）催化剂具有特殊选择性。 习 题 一: 选择题 1.下列叙述中正确的是(B) A 溶液中的反应一定比气相中的反应速率大 B 反应活化能越小，反应速率越大 C 增大系统压力，反应速率一定增大 D 加入催化剂，使正反应活化能与逆反应活化能减少相同倍数 2.升高同样温度, 一般化学反应速率增大倍数较多的是(C） A 吸热反应 B 放热反应 C Ea 较大的反应 D Ea 较小的反应 3.已知 2NO(g)+Br2=2NOBr 反应为基元反应，在一定的温度下，当总体积扩大一倍时，正反 应为原来的（D） A 4 倍 B 2 倍 C 8 倍 D 8 1 倍 4.一级反应的半衰期与反应物初始浓度的关系是(A) A 无关 B 成正比 C 成反比 D 平方根成正比 5.已知 2A+B=C 的速率方程为 r=k[C(A)]2 [C(B)], 该反应一定是（A） A 三级反应 B 复杂反应 C 基元反应 D 不能判断
6.某基元反应A+B=C的Ea(正)=600kj/mol，Ea(逆)=150k/mol，则该反应的热效应△rHm为(A)A450kJ/molB-450kj/molC750kj/molD375k/mol7.对于所有的零级反应，下列叙述中正确的是（B)A活化能很低B反应速率与反应物浓度无关C反应速率常数为零D反应速率与时间无关8.一定条件下某一反应的转化率为38%，当有催化剂时，反应条件与前相同，达到平衡时反应的转化率为（C）A大于38%B小于38%C等于38%D无法判断二计算题1.某反应A+2B→>2P，试分别用各种物质的浓度随时间的变化率表示反应速率dcA1dcB1 dp解：r=-dt2dt2 dt2.根据质量作用定律，写出下列基元反应的速率方程k→>2Pk→2P(3)A+2Bk>2P+2S(1) A+B -(2) 2A+B -dcsdcB_I de =k· Ca · Cera.解：（1）dtdt2 dt1 dcadcB_1 dcp=k.C.CB(2) r=2dt2 dtdtdcA1 dcB1 dcp1 dcs=k·CA·CB(3)2 dtdt2dt2 dt3.根据实验，在一定温度范围内NO和C2反应是基元反应，反应式如下：2NO+Cl2→2NOCI(1)写出质量作用定律的数学表达式，反应级数是多少？(2)其他条件不变，将容积增加一倍，反应速率变化多少？(3)容积体积不变，将NO浓度增加2倍，反应速率变化多少？1 dc(NO)dc(ch) _ 1 dc(Nocl) =k · C(No)° . c(Cl2)解(1) r=2dtdt2dt反应对NO是二级，对Cl是一级，反应总级数是3.1C(No)jzrC(ci2);_ 1 k C(No)°C(ci2)=(2)将容积增加一倍：r'=k[2288
6.某基元反应 A+B=C 的 Ea(正)=600kJ/mol, Ea(逆)=150kJ/mol, 则该反应的热效应ΔrHm θ 为(A) A 450kJ/mol B-450kJ/mol C750kJ/mol D375kJ/mol 7.对于所有的零级反应，下列叙述中正确的是（B) A 活化能很低 B 反应速率与反应物浓度无关 C 反应速率常数为零 D 反应速率与时间 无关 8.一定条件下某一反应的转化率为 38%，当有催化剂时，反应条件与前相同，达到平衡时反 应的转化率为（C）A 大于 38% B 小于 38% C 等于 38% D 无法判断 二计算题 1.某反应 A+2B 2P, 试分别用各种物质的浓度随时间的变化率表示反应速率 解: r= dt c dt c dt cA B d P 2 d 1 2 d 1 2.根据质量作用定律, 写出下列基元反应的速率方程 (1) A+B k 2P (2) 2A+B k 2P (3)A+2B k 2P+2S 解:（1） r= dt c dt c dt cA B d P 2 d d 1 =k·CA·CB (2) r= dt c dt c dt cA B d P 2 d d 1 2 1 =k·CA 2·CB (3) r= dt c dt c dt c dt cA B d s 2 d 1 2 d 1 2 d 1 P =k·CA·CB 2 3.根据实验, 在一定温度范围内 NO 和 Cl2 反应是基元反应, 反应式如下: 2NO+Cl2 2NOCl (1)写出质量作用定律的数学表达式，反应级数是多少？ (2)其他条件不变，将容积增加一倍, 反应速率变化多少? (3)容积体积不变, 将 NO 浓度增加 2 倍, 反应速率变化多少? 解(1) r= dt c dt c dt c(NO) (Cl ) d (NOCl) 2 d d 1 2 1 2 =k·C(NO)2·C(Cl2) 反应对 NO 是二级，对 Cl2是一级, 反应总级数是 3. (2)将容积增加一倍: r’=k ] 2 C ) [ (NO 2 ] 2 C ) [ (Cl2 = 8 1 k C(NO) 2 C(Cl2)= 8 1 r
(3)将 NO浓度增加2 倍：r"=k[3C(No)°C(ciz)=9kC(No)~C(ci2)=9r4.某人工放射性元素放出α粒子，半衰期为15min，试计算该试样蜕变（转化率）为80%时需要多少时间。4A-4Y +解：a衰变方程式：4x“>He为一级反应2Z-22In2_ In2= 0.0462(min )故k=tH151In111-0.8=34.8(min)=kt得转化率为80%时t=由一级反应积分式ln=ln1- xK1-x0.04625.某一级反应,若反应物浓度从1.0mol·dm3降到0.20mol·dm3需30min,问反应物浓度从0.2mol·dm3降到0.04mol·dm3需要多少分钟？求该反应速率常数k.lnC=ln10= 0.054(min")解：一级反应常数k=-ln0.20CA30t则反应物从0.2mol·dm2降到0.04mol·dm2需时：Iln Co'10.20= 30(min)t'=InInC0.0540.040k6.在一级反应中，消耗99.9%反应物所需时间是消耗50%反应物所需时间的多少倍？Vin11解：消耗50%反应物所需时间t！ In 2ki"1-0.5kl1.11消耗99.9%反应物所需时间to.999In1000nki1-0.999kito.999ln1000= 9.97tyIn 27.在1dm溶液中含等物质的量的A和B,60min时A反应了75%，问反应到120min时，A还剩余多少没有作用？设反应：（1）对A为一级反应，对B为零级；（2）对A为一级反应，对B为一级；（3）对A,B均为零级。1=kt解：（1）对A为一级反应，对B为零级，则ln1-X
(3)将 NO 浓度增加 2 倍：r’’=k [3C(NO)] 2 C(Cl2)=9kC(NO) 2 C(Cl2)=9r 4.某人工放射性元素放出α粒子，半衰期为 15min，试计算该试样蜕变（转化率）为 80%时 需要多少时间。 解：α衰变方程式： 2 A 4 α z Z A X Y + He 2 4 为一级反应 故 k= 0.0462(min 15 ln 2 l 2 2 1 n t -1 ) 由一级反应积分式 kt 1 x 1 ln 得转化率为 80%时 34.8(min) 0.0462 1 0.8 1 ln 1- x 1 ln k 1 t 5.某一级反应,若反应物浓度从 1.0mol·dm-3降到 0.20mol·dm- 3 需 30min,问反应物浓度从 0.2mol·dm-3降到 0.04mol·dm-3需要多少分钟？求该反应速率常数 k. 解：一级反应常数 k= 0.054(min 0.20 1.0 ln 30 C 1 ln t 1 0 CA -1 ) 则反应物从 0.2mol·dm-3降到 0.04mol·dm-3需时： t’= 30(min) 0.040 0.20 ln 0.054 C 1 ln k 1 ' 0 ' CA 6.在一级反应中,消耗 99.9%反应物所需时间是消耗 50%反应物所需时间的多少倍? 解: 消耗 50%反应物所需时间 ln 2 1 1 0.5 1 ln 1 1 1 2 1 t k k 消耗 99.9%反应物所需时间 ln1000 1 1 0.999 1 ln 1 1 1 t0.999 k k 9.97 ln 2 ln1000 2 1 0.999 t t 7.在 1dm3溶液中含等物质的量的 A 和 B, 60min 时 A 反应了 75%，问反应到 120min 时，A 还 剩余多少没有作用？设反应：（1）对 A 为一级反应，对 B 为零级； （2）对 A 为一级反应，对 B 为一级； （3）对 A,B 均为零级。 解：（1）对 A 为一级反应，对 B 为零级，则 kt 1 x 1 ln