物理化学第五版课后习题答案

物理化学第五版课后习题答案

第十一章 化学动力学

11－1 反应 SO2Cl2(g)

SO2(g)＋Cl2(g) 为一级气相反应，320℃时k＝2.2×105 s1。

－

－

问在320℃加热90min SO2Cl2的分解分数为若干？ 解： ln

11 xA

＝2.2×10－5×90×60＝0.118

cAcA,0

11 xA

＝1.126

cAcA,0

e

2.2 10

5

90 60

＝0.8880 1 ＝xA＝0.112

11－2 某一级反应AB的半衰期为10min。求1h后剩余A的摩尔分数。 解： t1＝

2

ln2k

k＝

ln2t2

＝

ln210

＝0.06931 min1

－

ln

11 xA

＝0.06931×60＝4.1586

cAcA,0

＝1－xA＝0.01562

11－3 某一级反应，反应进行10 min后，反应物反应掉30％。问反应掉50％需要多少时间？ 解： k＝ln

t1k

111 xA

11 x A

＝

110

ln

1

11 0.3

＝0.03567 min－1＝5.945×10－4 s－1

1

ln25.945 10

4

t＝ln＝

0.03567

ln

1 0.5

＝19.43 min＝t＝

2

11－4 25℃时，酸催化蔗糖转化反应：

C12H23O11(蔗糖)＋H2O C6H12O6(葡萄糖)＋C6H12O6(果糖)

的动力学数据如下(蔗糖的初始浓度c为1.0023mol·dm－3，时刻t的浓度为c)

(1) 试证明此反应为一级反应，并求速率常数及半衰期； (2) 若蔗糖转化95%需多长时间？ 解：(1)

物理化学第五版课后习题答案

lnc～tk＝0.003491 min t＝

2

ln2k

＝

ln20.003491

＝198.55 min

(2) t＝ ln

k

111 x

＝858.13 min

11－5 对于一级反应，试证明转化率达到87.5%所需时间为转化率达到50%所需时间的3倍。对于二级反应又应为多少？ 解：对于一级反应有：ln

t87.5%t50%

11 xA

＝kt t＝ ln

k

111 xA

t2t1

ln(1 xA,2)ln(1 xA,1)

ln(1 0.875)ln(1 0.5)

＝3

1

xA

t2t1

xA,2(1 xA,1)xA,1(1 xA,2)

对于二级反应有：

t87.5%t50%

1

cA,01 xA

xA

kt t

kcA,01 xA

0.875 (1 0.5)0.5 (1 0.875)

＝7

11－6 偶氮甲烷分解反应：CH3NNCH3 (g) C2H6(g)＋N2(g) 为一级反应。287℃时，一密闭恒容容器中CH3NNCH3初始压力为21.332 kPa，1000s后总压力为22.732 kPa，求k及t1。

2

解：

C2H6(g)＋N2(g) CH3NNCH3 (g)

t＝t py p0－py p0－py p总＝2p0－py py＝19.932 kPa 或 t＝t p0－px px px p总＝p0＋px px＝p总－p0＝1.4 kPa

k＝ln

t1

p02p0 p总

＝ln

t

1

p0p0 px

＝

11000

ln

21.33221.332 1.4

＝

0.067881000

＝6.7 88×10

－5 －1

s

物理化学第五版课后习题答案

或 k＝ln

t

1

p0py

＝

11000

ln

21.33219.932

＝6.7 88×10－5 s－1

11 xA

11000

10.93437

或 ＝

pxp0

1.421.332

＝0.06563 k＝ln

ln2

＝

ln

＝6.7 88×10

－5 －1

s

t＝

2

ln2k

＝

6.788 10

5

＝10211.4 s＝170.2 min

11－7 硝基乙酸在酸性溶液中的分解反应 (NO2)CH2COOH(l)

CH3NO2(l)＋CO2(g) 为一级反应。25℃、101.3kPa下，测定不同反应时间产生的体积如下：

反应不是从t＝0开始的。求速率常数k。

解： (NO2)CH2COOH(l) CH3NO2(l)＋CO2(g)

t＝0 cA,0 V0 t＝t cA,t Vt t＝∞ 0 V∞ cA,0∝(V∞－V0) cA,t∝(V∞－Vt)

ln

cA,0cA

＝ln

V V0V Vt

＝kt 作ln(V Vt) t图如下：

k＝

11－8 某一级反应 A 产物，初始速率为1×10－3 mol·dm－3·min－1，1h后速率为0.25×103 mol·dm3·min1。求k、t1和初始浓度cA,0。

－

－

－

2

物理化学第五版课后习题答案

解： v0＝kcA,0＝1×103 mol·dm3·min1

－

－

－

v＝kcA＝0.25×10－3 mol·dm－3·min－1

cA,0cA

＝4 k＝ln

t

ln2k

ln20.02310

1

cA,0cA

＝

ln460

＝0.02310 min－1

r0k

t1＝

2

＝

＝30 min cA,0＝

＝

1 10

3

0.02310

＝0.04329 mol·dm－3

11－9 现在的天然铀矿中238U∕235U＝139.0∕1。已知238U的蜕变反应的速率常数为1.520×

235238

10－10 a－1，U的蜕变反应的速率常数为9.72×10－10 a－1。问在20亿年前(2×109 a)，U∕235U

等于多少？(a是时间单位年的符号) 解： ln

c238,0c238

c238,0c235,0

＝k238t ln

c235,0c235

＝k235t ln(

c238,0

c235,0c238

c235

)＝(k238－k235)t

ln＝ln139＋(1.52－9.72)×10

－10

×2×109＝4.9345－1.64＝3.2945

c238,0c235,0

＝26.96

或 x238 1 e 1.52 0.2＝0.2621 x235 1 e 9.72 0.2＝0.8569

c238,0c235,0

＝139×

1 x2351 x238

＝139×

0.14310.7379

＝26.96

11－10 某二级反应 A(g)＋B(g) 2D(g) 在T、V恒定的条件下进行。当反应物初始浓度为cA,0＝cB,0＝0.2mol·dm率常数kA及kD。 解： kA＝

r0cA,0

2

－3

时，反应的初始速率为－(

dcAdt

)t 0

＝5×102 mol·dm3·s1，求速

－

－ …… 此处隐藏：9715字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……