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1、学习必备欢迎下载第三章化学反应速率知识点与考核点1.化学反应速率的表示方法aA + fF gG + dD BBB0vdtVd(mol l1 s1) (单位体积中反应进度随时间的变化率)vdtVdnBB= dtdcBB。因为反应进度与化学方程式书写方式有关, 所以速率方程也必须对应指定的化学方程式。2元反应直接作用, 一步完成的反应。 (复杂反应: 由多步完成的反应,其中每一步均为元反应。)速率方程:化学反应速率与反应物浓度的关系式。3质量作用定律对元反应aA + fF = gG + dD,反应速率v dtdcBBfFaAcck(速率方程) 。k 为速率常数。a + f 为反应级数。说明:质量作
2、用定律仅适用于元反应; 速率方程中固体、纯液体、稀溶液中的溶剂浓度不表示; 反应机理不清或非元反应的速率方程由实验测定。2 活化分子能发生有效碰撞(能生成产物的碰撞)的分子,活化分子的能量较高。3 活化能aE活化分子所具有的最低能量与反应物分子的平均能量之差。4 Arrhenius 公式kARTEae)(ln121212TTTTREkka5 一级反应速率方程kdtBcBdcv)()(,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页学习必备欢迎下载特点 lnc(B)与t 呈线性关系 lnc(B)= kt + lnc0(B) 。kt
3、693.021(半衰期21t与c0无关)8化学热力学与化学动力学化学热力学研究的是反应能否进行,反应的限度如何;化学动力学研究的是反应的速度如何,反应经历怎样的步骤,机理如何。所以热力学的自发进行与实际发生化学反应还不能完全一致。例如mrG 0 时,只能说明从化学热力学角度讲,在等温等压条件下,反应有自发进行的可能,但是有时实际上并不发生。例如常温、标准态下由H2和 O2化合生成H2O 的反应mrG0,但是实际上几乎不发生此反应,若要实现此反应,往往要采用催化剂或其它手段以降低活化能。化学热力学的可能性与化学动力学的现实性之间的关系是:mrG 0,反应不一定实际发生,但反应实际发生了,mrG一
4、定 0,则反应一定不能发生。思考题与习题解答1下列说法是否正确?如不正确,请说明原因。(1)每种分子都具有各自特有的活化能。答:不正确,活化能是活化分子所具有的最低能量与反应物分子平均能量之差。 (前提 : 发生化学反应;特点:活化能是个差值,是对一个化学反应而言的,而不是对一个分子而言的)(2)影响反应速率的几个主要因素对反应速率常数也都有影响。答:不正确, 温度和催化剂同时影响反应速率和速率常数,而浓度和压强只影响反应速率,而不影响反应速率常数。(3)如果某反应速率方程中每一反应物的级数,都与相应化学计量方程式中的化学计量数相同,则该反应必是元反应。答:否,例如H2+I2=2HI 速率方程
5、为v=kc(H2)c(I2) ,曾经长期被认为是简单反应。但研究表明,此反应经历了两个步骤I2I2(快反应,可逆平衡) ;)(I(I)22ccK;)(I(I)22cKc;HI2I2H2(慢反应,元反应) ;根据质量作用定律(I)(H222cck; 将)(I(I)22Kcc带入 得到其速率方程:)(I)(H222Kcck = )(I)(H22ckc虽然其速率方程符合质量作用定律,但此反应是复杂反应。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页学习必备欢迎下载(4)加催化剂不仅可以加快反应速率,还可影响平衡,也可使热力学认为不能进
6、行的反应自发进行. 答:否,加催化剂只能改变反应速率,不能影响化学平衡,也不能改变反应方向。(5)反应级数只能是0 或正整数。答:错,反应级数不仅可以为0 或正整数,而且可以为小数或负数。(6)所有化学反应速率都和温度成正比。答:不对,多数化学反应符合Arrhenius 公式,但是一部分化学反应速率与温度的关系比较复杂,甚至有些反应(例如NO+O2=NO2)与温度成反比。(7)升高温度可以加快所有化学反应的速率。答:错见(6)。2选择题(将正确答案的标号填入空格内)(1)已知反应A + 2B = 2D 的速率方程为v=kc(A)c2(B) ,则该反应() 是元反应 是非元反应 应由实验确定 无
7、法确定答:正确答案是。(2)升高温度可以增加反应速率,主要原因是() 增加分子总数 增加活化分子总数 降低反应的活化能 使反应向吸热方向进行答:正确答案是。(3)链反应的基本步骤有() ,在链传递过程中,产生的自由基数目大于消耗掉的自由基数目的链反应是() 。 链的引发,链的传递 链的引发,链的传递,链的终止 直链反应 支链反应答:正确答案是和。3用锌和稀硫酸制取氢气,该反应的rH 为负值,在反应开始后的一段时间内反应速率加快,后来反应速率又变慢,试从浓度、温度等因素来解释此现象。答:开始时,因为反应放热,使体系温度升高,加快反应了速率;随反应物的消耗,其浓度下降,反应速率随之变慢。4反应A(
8、 g)+ B(g)= 2D(g) ,rH 为负值,当达到化学平衡时,如改变下表中各项条件,试将其他各项发生的变化的情况填入表中:改变条件增加 A 的分压增加压力降低温度使用催化剂正反应速率速率常数 k正答:改变条件增加 A 的分压增加压力降低温度使用催化剂精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页学习必备欢迎下载正反应速率加快不变变慢加快速率常数 k正不变不变减小加快5化学反应发生爆炸的原因是什么?H2和 O2的混合物( 2:1)的爆炸半岛图上为什么存在三个爆炸极限?答: 通常发生在自由基产生速率大于其销毁速率时,温度、压力
9、和混合气体的组成都是影响爆炸的重要因素。在爆炸半岛图上,当压力处于第一与第二爆炸极限时,支链反应速率加快, 自由基产生速率大于销毁速率而发生爆炸;当压力升至第二和第三爆炸区间时,自由基销毁速率大于产生速率,进入慢速反应区, 不发生爆炸; 当压力达到第三爆炸限以上时,发生的是热爆炸。6在 660K 时,反应2NO + O2 = 2NO2的有关实验数据如下表c(NO)/(molL1)c(O2)/(molL1)v(NO)/(mol L1s1)0.010 0.010 2.51030.010 0.020 5.01030.030 0.020 4.5102求: (1)反应的速率方程及反应级数;( 2)速率常
10、数k ;(3)c(NO)= 0.035mol L1,c(O2)= 0.025mol L1时的反应速率。解: (1)速率方程通式可写作)(O(NO)2yxckcv将各级浓度及相应反应速率数据代入上式,可得2.5103 = k (0.01)x (0.01)y5.0103 = k (0.01)x (0.02)y4.5102 = k (0.03)x (0.02)y由( 1) 、 (2)可得 y = 1 ,由( 1) 、 (3)可得 x = 2 。将 x =2, y = 1 代入速率方程,可得vk c(NO)2 c (O2);反应级数为3 级( 2)将 y =1,x =2 代入中任意式,可得 k = 2
11、.5 10 3 mol l1 s1 ( 3)将 k 值及浓度数据代入速率方程,v = 2.5 103 (0.035)2 0.025 = 7.6 102 mol l1 s17放射性Co6027所产生的强 辐射,广泛用于癌症治疗。放射性物质的强度以“居里”表示。某医院一个20 居里的钴源,经一定时间后钴源的剩余量只有5.3 居里。问这一钴源已有多少时间了。已知Co6027的半衰期为5.26a。解:此反应为一级反应,121132.026. 5693.0693.0aakkt可得,由将 k = 0.132a1、c0 = 20 居里、 ct = 5.3 居里,代入 lnktcct0,精选学习资料 - -
12、- - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页学习必备欢迎下载则 ln203 .5= 0.132 t;t = 10.06a6 某药物分解反应为一级反应,在37时,反应速率常数k 为 0.46h1,若服用该药0.16g,问该药在胃中停留多长时间方可分解90%。解:将 ct = ( 1 90%) 0.16 = 0.016g 代入一级速率方程为lnktcct0, ,得ln16.0016.0= 0.46t ;t = 5h 7 在 500K 时,硝基甲烷(CH3NO2)的半衰期是650s。试求该一级反应的 (1)速率常数。(2)硝基甲烷的浓度由0.05molL
13、1减至 0.0125molL1所需时间。(3)继( 2)之后 1h 硝基甲烷的浓度。解: (1)一级反应;3211007.1650693.0693.0tk(s 1)(2)ct = 0.0125molL1, co = 0.05molL1代入一级反应速率方程,可得ln0cctln05.00125.0= 1.07103 t ;t = 1300s (或推论,反应由0.05mol L1 减至 0.0125mol L1经历两个半衰期,因此t = 221t=1300s)(3)继( 2)以后,反应时间为t = 1300 +3600 = 4900 (s) , 代入速率方程表达式,得 ln05.0tc= 1.07
14、 103 4900 ;ct = 2.6410 4 mol L 1 10在稀的蔗糖溶液中(即水大量存在)发生下列反应:C12H22O11(aq)+ H2O(l)2C6H12O6(aq)该反应为一级反应,若该反应的速率常数k 为 0.034h1,且蔗糖溶液的起始浓度为0.010 molL1,试求: (1)蔗糖水解反应的起始速率;(2)5h 后蔗糖的浓度。解:(1)该一级反应的速率方程可写作v = k c(C12H22O11)起始速率v = 0.034 0.010 = 3.410 4mol L1 h1(2)ln0cct= k t5034. 001.0lntcct = 0.0084 molL111某病
15、人发烧至40,使体内某一酶催化反应的速率常数增大为正常体精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页学习必备欢迎下载温( 37)时的1.23 倍。试求该催化反应的活化能。解:由阿氏公式k = A eEa/RT,可得)(ln211212TTTTREakk将 T1 = 273 + 37 = 310K, T2 = 273 + 40 = 313K, k2 = 1.23k1 代入公式,有)(ln211212TTTTREakk;ln)313310310313(10314.823.1311EakkEa = 55.70 kJ?mol 112反
16、应 2NOCl (g) = 2NO (g)+ Cl2(g)的活化能为101kJmol1,300K 时,速率常数k1为 2.80105 Lmol1s1,试求 400K 时的速率常数k2。解:由)(ln211212TTTTREkka;有)400300300400(10314.81011080. 2ln352k;k2 = 0.698 Lmol1 s113已知青霉素G 的分解反应是一级反应,37时其活化能为84.8 kJmol1,指前因子A 为 4.21012h1,试求 37时该反应的速率常数k。解:代入阿氏公式k = A e Ea/RT得)37273(10314. 8/4.84123104.2ek3
17、412104.2e7.21 10 3 h114300K 时,下列反应H2O2(aq)= H2O(l)+ (1/2)O2(g)的活化能为75.3kJ mol1。若用 I 催化,活化能降为56.5kJmol1;若用酶催化,活化能降为25.1kJmol1。试计算在相同温度下,该反应用I催化及酶催化时,其反应速率分别是无催化剂时的多少倍?解: 由 Arrhenius 公式,有k = A e Ea/RT用 I催化时,RTEaRTEaeekk/)()1()()1(无无30010314.85 .563.753e=1.9 103倍用酶催化时,RTEaRTEaeekk/)()()()(无酶无酶30010341. 81 .253.753e=5.5 108倍精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页