化学动力学典型例题

作者:翁志龙 来源:本站原创 发布时间:2017年05月24日 点击数:

      化学动力学典型例题(2014\11)

1、制备光气的反应按下式进行:CO + Cl2 = COCl2   实验测得下列数据:

实验顺序

初浓度/molL-1

初速率/molL-1s-1

CO

Cl2

1

0.100

0.100

1.210-2

2

0.100

0.050

4.2610-3

3

0.050

0.10

6.010-3

4

0.050

0.050

2.1310-3

求该反应的速率常数、反应级数和速率方程。

分析:设速率方程为= kc m (CO)c n (Cl2)mn的求算可分别保持Cl2CO的浓度不变,再根据Cl2CO的对应浓度和速率而求得。求得mn后代入具体数据即可得k,速率方程的具体表达式也就确定了。

解:(1)求反应级数

反应速率方程为= kc m (CO)c n (Cl2)。首先用实验12的数据,即保持CO浓度不变,而使Cl2的浓度由0.100 molL-1变为0.050 molL-1,相应的初速率由1.210-2 molL-1s-1变为4.2610-3 molL-1s-1。根据速率方程

1 = kc m (CO)c (Cl2)

2 = kc m (CO)c (Cl2)

=

两边取对数并移项:n =

代入实验数据:n =  =  = 1.5

同理可求出:m =  =  = 1

故该反应对CO为一级反应,对Cl23/2级反应,总反应级数为2.5级。

2)求速率常数

k =  =  = 3.8(Lmol-1)3/2s-1

求速率方程

该反应速率方程式为= kC(CO)C3/2(Cl2)

2338 KN2O5气相分解的速率常数为0.29 min-1,活化能为103.3 kJmol1,求353 K时的速率常数k及半衰期t1/2

分析:由阿累尼乌斯公式ln = )可求得353 K时的速率常数k。另外,由速率常数的单位为min-1,可知该反应为一级反应,代入一级反应的半衰期公式t1/2 = 可求得该温度下的半衰期。

解:(1)求353K时的速率常数

T1 = 383 Kk1 = 0.292 min-1Ea = 103.3 kJmol-1T2 = 353 K

根据公式ln = )代入实验数值:

ln =

k2 = 1.392 min-1

2)求353 K时的t1/2

根据公式t1/2 = 代入k2具体值得

t1/2 =  = 0.4978 min

3、在一定温度和压力下,某一定量的PCl5气体的体积为1 L,此时PCl5气体已有50%离解为PCl3Cl2,试判断在下列情况下,PCl5的离解度是增大还是减小?

1)减小压力使PCl5的体积变为2 L                          

2)保持压力不变,加入氮气使体积增至2 L                    

3)保持体积不变,加入氮气使压力增加1倍;                   

4)保持压力不变,加入氯气,使体积变为2 L                    

5)保持体积不变,加入氯气,使压力增加1倍。                   

分析:判断PCl5离解度的增减,实质上是判断平衡PCl5g =  = p

1)体积增大了1倍,各物质的分压均减小1倍,所以此时

QP =  =  = p KP

故平衡向右移动,PCl5的离解度增大。

2)加入氮气,氮气虽然不参加反应,但它使体系的体积增大1倍,因而使PCl5PCl3Cl2的分压均减小1倍,所以结果同(1)。

3)加入氮气,虽然使压力增加1倍,但由于体积未变,因此PCl5PCl3Cl2的分压不变,化学平衡不移动,所以PCl5的离解度不变。

4)加入氯气,使体积变为2 L,总的压力不变,仍为3p,但各物质的分压为:

p = p = p

p = 3p p p= 3p p = 2p

QP =  =  = 2p KP

所以平衡向左移动,使PCl5的离解度减小。

5)体积不变增加氯气使压力增加1倍,此时的总压力为23p = 6p,各物质的分压为:

p = p = p

p = 6p p p = 4p

QP =  =  = 4p KP

平衡向左移动,减小了PCl5的离解度。

4、已知反应N2(g) + 3H2(g) = 55 atm2,请把K换算成K

分析:根据K= K(RT)给出的KK的关系,但要注意取正确的单位。

解:K= K(RT)

K= K�(RT)= 55 atm2(0.8206 L atm / mol K 400 K)2 = 5.9 � 104 mol2 L2

5、已知在25下:

反应12HCl(g)     K2 =

K1 式的分子上、在K2 式的分母上,若K1 K2相乘就可以消去。剩下的各物质的浓度正好是K3的表达式。

解:K1 K2 =  = K3       因此   K3 = K1K2

6、在高温下,CO2在炽热的碳上还原成CO

C(s) + CO2(g)  = 2 atm;另一个方程则是平衡常数表达式。

解:设COCO2的平衡分压分别为pCO pCO

pCO + pCO = 2 atm

KP  =  = 1.90 atm

atm = 1.90 atm                                   

pCO = 1.22 atm(一元二次方程的另一解:-3.12弃去)

pCO = 0.78 atm

 

7773K时,将2.00 mol SO23.00 mol O2充入容积为10.00 dm3的密封容器中,平衡时有1.90 mol SO3生成。计算反应:2SO2(g) + O2(g) 以及SO2的转化率。

分析:解此类题的关键是求出平衡时各物质的平衡浓度(或平衡分压)。反应时各物质的量变化之比,即为方程式中各物质的计量数之比。据此,根据起始浓度(或分压)即可求得各物质的平衡浓度(或平衡分压)。

解:根据题意,此反应是在等温等容条件下进行的。

                       2SO2 (g)      +    O2 (g)   �1.90/10       +1.90/10

平衡浓度/ moldm–3                  

 = = 1.8 � 103 dm3mol

 = (RT)= 1.8 � 103 dm3mol–1(8.31k Padm3mol–1K–1773K)2–3

SO2的转化率 = = 95.0 %

8已知N2O4(g) = 0.14。判断总压为101.325 kPa时下列体系中反应的方向。

1N2O4NO2含量为13(物质的量之比)的气体混合物;

2N2O4NO2含量等于41的气体混合物。

分析:只有在达到平衡时,平衡浓度之间的关系才具有平衡常数的数值,因此,对比QPKP就可得知反应所处的热力学状态。

解:(1)该体系内N2O4NO2的分压分别为 时,

==2.25

,反应逆向进行。

   2)当体系内N2O4NO2的分压分别为=0.05

,反应正向进行。

9、碳酸钙在密闭容器中加热分解产生氧化钙和二氧化碳并达到平衡:

CaCO3s

 

1206.9           -635.6         -393.5

 

 

-1128.8           -604.2         -394.4

 

 

298K时分解反应的K和分解压。在石灰窑中欲使CaCO3s)以一定的速度分解,CO2的分压应不低于101325 Pa,试计算石灰窑温至少维持在多少度?(假设此反应的 ),

解:对 CaCO3s)的分解反应:CaCO3s   CaOs+CO2g),Kp=

即反应的平衡常数是平衡时CO2g)的分压与标准压力之比。

298K时,+-=-635.6-393.5+1206.9 =177.8

= – 604.2 -394.4+1128.8 =130.2

分解压 = 1.5 10–23101325 = 1.5210–18 Pa

CO2的分压应不低于101325Pa ,石灰窑温至少维持在T K

,即

T = 1113 K

 

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