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- 第七章 化学反应速率难题解析 例7-1 在酸的存在下蔗糖的反应中，偏光计的读数at如下：t/(min)03090150330630¥at46.5741.0030.7522.002.75-10.00-18.75这个反应是一级反应，求反应速率常数。解1 对一级反应，不仅反应物的浓度本身，如果有和浓度成比例的量，则可以用来代替浓度。at是蔗糖溶液的偏振面转过的角度，在t = 0时溶液中只存在蔗糖，在t = ¥时蔗糖应该完全消失，而在公式lncA=lncA0-kt中，和cA0成比例的量是a0-a¥，和cA成比例的量是at-a，因此可以用ln(at-a¥)=ln(a0-a¥)-kt计算各时刻的k。解2 采用作图法，以lg(at-a¥)对t作图，得一直线，其斜率b = -k/2.303。t/min03090150330630at-a¥65.3259.7547.5040.7521.508.75lg(at-a¥)1.8151.7761.6771.6101.3320.942则k = -2.303´b 又b = - 0.00139，所以 k = 2.303´0.00139 = 3.20´10-3min-1例7-2科学工作者已经研制出人造血红细胞。这种血红细胞从体内循环中被清除的反应是一级反应，其半衰期为6.0h。如果一个事故的受害者血红细胞已经被人造血红细胞所取代，1.0h后到达医院，这时其体内的人造血红细胞占输入的人造血红细胞的分数是多少？解 对于一级反应，根据一级反应积分速率方程式，即可计算所求人造血红细胞分数。例7-3 尿素的水解反应为CO(NH2)2 + H2O ¾®2NH3 + CO225°C无酶存在时，反应的活化能为120kJ× mol-1，当有尿素酶存在时，反应的活化能降为46 kJ× mol-1，反应速率为无酶存在时的9.4´1012倍，试计算无酶存在时，温度要升到何值才能达到酶催化时的速率？解 浓度一定时，反应速率之比也即速率常数之比相关知识介绍温度对反应速率的影响与活化能的大小有关。另外对同一反应而言温度较低时，速率常数受温度的影响比在温度较高时显著，这可从以下例子中说明。例 若反应1 Ea1 = 103.3 kJ× mol-1 A1 = 4.3´1013s-1 反应2 Ea2 = 246.9 kJ× mol-1 A2 = 1.6´1014s-1（1） 把反应温度从300K提高到310K，反应1和反应2的速率常数各增大多少倍？（2） 把反应2的反应温度从700K提高到710K，反应速率常数将增大多少倍？解 (1) 通过 k = Ae -Ea/RT 计算得：反应1在300K时的k1 = 4.5´10-5s-1 在310K时的k1 = 1.7´10-4s-1 反应2在300K时的k2 = 1.7´10-29s-1 在310K时的k2 = 4.1´10-28s-1可见在A相差不大的情况下，活化能不同的反应，其反应速率常数随温度的变化差别很大，活化能较小的反应1，温度升高10K，速率常数增大约3.8倍，而活化能较大的反应2，温度同样升高10K，速率常数却增大24倍(2) 当温度从700K升至710K时，反应2的速率常数分别为： k（700K）= 6.0´10-5s-1 k（710K）= 1.1´10-4s-1可见对同一反应2，从较低温度300K升至310K时，反应速率增加24倍，而从较高温度700K升至710K时，同样升高10K，反应速率仅增加1.8倍。学生自测题 一、判断题（对的打，错的打×，共10分）1. 对同一反应，用反应进度表示时不论用何种物质(反应物或产物)来表示反应速率，其数值大小是一样的。 ( y )2. 某反应A¾®B，当A浓度增加1倍时，反应速率也增加1倍，则该反应必为一级反应。 ( y )3. 浓度增加，活化分子分数增加，所以反应速率加快。 ( n )4. 温度升高，分子的碰撞频率增加，所以反应速率加快。 ( n )5. 质量作用定律适用于任何类型的化学反应。 ( n ) 1. 2. 3. × 4. × 5. × 6. × 7. 8. 9. 10. ×6. 已知反应2A+B¾®产物的速率方程式为，故此反应为元反应。 ( )7. 一般情况下，不论反应是放热还是吸热，温度升高，反应速率都增大。 ( )8. 从反应速率的量纲，可知该反应是简单级数反应中的那一类。 ( )9. 任一反应的反应级数，只能由实验来确定。 ( )10. 双分子反应一定是二级反应。 ( n )二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出，每题2分，共24分） 1. 反应3H2 + N2®2NH3(g)的反应速率可以表示为- dc(N2)/dt，下列表示中与其相当的是 ( )A.dc(NH3)/dt B. -dc(NH3)/dt C. 2dc(NH3)/dtD. dc(NH3)/2dt E. dc(H2)/3dt2. 反应2A + B®C的速率方程式为，则速率常数k的量纲为 ( c)A. (浓度)×(时间) B. (浓度)-1×(时间)-1 C. (浓度)-2×(时间)-1D. (浓度)2×(时间)-1 E. (浓度)-3×(时间)-13. 某反应2A +B ®C，实验测得其速率方程为n=kcA×cB，由此可见该反应为 ( b )A. 三分子反应也是三级反应 B.二级反应C. 一级反应 D.双分子反应，三级反应E. 三分子反应，二级反应4. 某反应A(g) ®2B(g)为一级反应，当A的初浓度为0.10 mol×L-1时反应掉25%，需时100s，当A的初始浓度为0.05 mol×L-1时，反应掉25%需时为 ( )A. 100s B. 50s C. 200s D. 75s E. 25s5. 某一级反应的半衰期为20.0min，则该反应的速率常数是 ( )A. 0.0346min-1 B. 0.346min-1 C. 13.9min D. 0.0346minE. 28.9min6. 已知反应2A+B®产物，则其速率方程式 ( )A. B. n = kcA×cB C. D. E. 无法确定7. 一级、二级、零级反应的半衰期应 ( )A. 都与k和c0有关 B. 都与c0有关 C. 都与k有关D. 不一定与k和c0有关 E. 视反应时间而定8. 某一级反应的半衰期为12min，则36min后反应物浓度应为原始浓度的( )A. 1/6 B. 1/9 C. 1/3 D. 1/4 E. 1/89. 某反应的活化能为80kJ×mol-1，当反应温度由293K增加到303K时，其反应速率增加为原来的 ( )A. 2倍 B. 3倍 C. 4倍 D. 2.5倍 E. 5倍10. 元反应一定是 ( )A. 一级反应 B. 一步能完成的反应 C. 单分子反应D. 二级反应 E. 化合反应11. 某反应的反应物消耗掉3/4的时间是其半衰期的2倍，则该反应的级数( )A. 零级 B. 一级 C. 二级 D. 三级 E. 无法确定12. 某同位素进行b放射，14天后，同位素的活性降低6.85%，若分解90%需 ( )A. 354天 B. 263天 C. 300天 D. 454天 E. 600天13. 已知某反应A¾®B+C是经历以下过程 ( )A. 二级反应 B. 复合反应 C. 双分子反应D.单分子反应 E. 元反应14. 已知某反应的活化能为114kJ×mol-1，使用某催化剂使其活化能降低一半，在25°C时，其反应速率将加快的倍数约为 ( )A. 1´102 B. 1´1010 C. 1´108 D. 1´106 E. 1´101215. 某一分解反应，当反应物浓度为0.20 mol×L-1时反应速率为0.30 mol×L-1×s-1。若该反应为二级反应，当反应物浓度为0.60 mol×L-1时，反应速率为( )A 0.30 mol×L-1×s-1 B. 0.60 mol×L-1×s-1 C. 0.90 mol×L-1×s-1D. 2.7 mol×L-1×s-1 E. 3.0mol×L-1×s-116. 下列说法中，正确的是 ( )A. 反应级数必是正整数 B. 二级反应即是双分子反应 C. 化学反应式配平即可求得反应级数 D. 反应级数随温度升高而增大E. 反应级数只能由实验确定17. 对于反应A + 2B®产物，实验证明，如两反应物浓度都加倍，则反应速率增至8倍，如仅将A的浓度加倍，则反应速率也加倍。则该反应对B而言的级数为 ( )A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 E. 1/218. 对于零级反应，下列说法正确的是 ( )A. 活化能很低 B. 反应物浓度不随时间变化C. 速率常数k等于零 D. 反应速率与反应物浓度无关E. 反应物分子不需碰撞即能反应19. 下列说法中，正确的是 ( )A. DrH愈小，反应愈快 B. DrG愈小，反应愈快 C. k愈小，反应愈快 D. Ea愈小，反应愈快E. Ea愈大，反应愈快20. 质量作用定律适用于 ( )A. 实际上能进行到底的反应 B. 任何化学反应C. 一步完成的简单反应D. 反应物和生成物的计量系数均为1的反应E. 可逆反应21. 有两个平行反应A¾®B和A¾®C，如果要提高B的产率，降低C的产率，较好的方法是 ( )A. 增加A的浓度 B. 控制反应温度 C. 选择某种催化剂D. 降低A的浓度 E. 控制反应时间22. 元反应A¾®2B的活化能为Ea，而逆反应2B¾®A的活化能为Ea'，若要使Ea和Ea'同时降低应 ( )A. 加催化剂 B. 提高反应温度 C. 降低反应温度D. 改变起始时的反应物浓度 E. 增加体系中B的浓度23. 破坏臭氧的反应机理为：NO + O3 ¾®NO2 + 2O；NO2 + O ¾®NO + 2O2 其中NO是 ( )A. 催化剂 B.反应物 C. 中间产物 D. 产物E. 既非反应物又非产物24. 反应A®B为二级反应，当A的浓度为0.050 mol×L-1时，反应速率为1.2 mol×L-1×min-1。在相同温度下，欲使反应速率加倍，A的浓度应该是 ( )A. 0.10 mol×L-1 B. 0.025 mol×L-1 C. 0.20 mol×L-1D. 0.071 mol×L-1 E. 0.25 mol×L-1三、填空题（每空1分，共16分） 1. 实验表明：在一定温度范围内，反应2 NO + Cl2¾®2NOCl为元反应，则该反应的速率方程为_，该反应的级数为_，若其他条件不变，将NO的浓度增加到原来的3倍，则反应速率为原速率的_。2. 反应速率常数k是一个与_无关，而与_有关的数。3. 某反应速率常数k = 1.3´10-3s-1，则此反应为_级反应，以_对_作图得一直线，直线的斜率为_。4. 催化剂能加快反应速率的机制为_。5. 某药物从血浆中的清除速率为一级反应，测得其t1/2 = 4h，该反应的速率常数k = _。6. 当反应物A的浓度分别是0.10mol×L-1和0.05 mol×L-1时，测得反应2A¾®B前后两次反应速率之比为2:1，则该反应级数为_ _级。7. 反应A分解为B+C，在某条件下，最后有30%分解，现条件不变，使用催化剂，则A最后分解应_30%(大于、等于、小于)。8. 反应A B + C，若正向反应的活化能为Ea，逆向反应活化能为Ea，正向反应是吸热反应，则Ea_Ea (大于、等于、小于)。9. 某一级反应，A物质初始浓度为0.10 mol×L-1，分解90%需200min，若初始浓度为0.20 mol×L-1，分解90%需_min。四、问答题（30分） 1. 用碰撞理论解释浓度、温度、催化剂如何影响化学反应速率2. 比较反应级数和反应分子数这两个概念的区别3证明：对简单级数反应的值对零级反应是1/2，一级反应是1，二级反应是2。(t3/4表示反应物反应掉3/4所需的时间)。五、计算题（20分） 1. 肺进行呼吸时，吸入的O2与肺脏血液中的血红蛋白Hb反应生成氧合血红蛋白HbO2，反应式为Hb + O2¾®HbO2，该反应对Hb 和O2均为一级，为保持肺脏血液中血红蛋白的正常浓度(8.0´10-6mol×L-1)，则肺脏血液中O2的浓度必须保持为1.6´10-6mol×L-1。已知上述反应在体温下的速率常数k = 2.1´106mol-1×L×s-1。（1）计算正常情况下，氧合血红蛋白在肺脏血液中的生成速率。（2）患某种疾病时，HbO2的生成速率已达1.1´10-4mol×L-1×s-1，为保持Hb的正常浓度，需给患者进行输氧，问肺脏血液中O2的浓度为多少才能保持Hb的正常浓度。2. 已知某药物分解反应为一级反应，在100°C时测得该药物的半衰期为170d，该药物分解20%为失效，已知10°C时其有效期为2a(按700d计)。若改为室温下(25°C)保存，该药物的有效期为多少天？学生自测答案 一、判断题1. 2. 3. × 4. × 5. × 6. × 7. 8. 9. 10. ×二、选择题1.D 2.C 3.B 4.A 5.A 6.E 7.C 8.E 9.B 10.B 11.B 12.D 13.E 14.B 15.B 16.E 17.C 18.D 19.D 20.C 21.C 22.A 23.A 24.D 三、填空题1. n = kc2(NO)c；3级；92. 反应物浓度无关；反应物本性、温度、催化剂有关3. “一”；lnkt；-k 4.改变反应途径，降低活化能5. k = 0.17h-16. 一级7. 等于8. 大于9. 200min四、简答题 （略）五、证明 一级反应：二级反应：零级反应：六、1. (1)速率方程式 n = kc(Hb)C(O2)氧合血红蛋白在肺脏血液中的生成速率为n = 2.1´106mol-1×L×s-1´8.0´10-6mol×L-1´1.6´10-6mol×L-1 = 2.7´10-5mol×L-1×s-1(2) 所需O2的浓度为2.章后习题答案 1. （略）2. （略）3. （略）4. （略）5. (1) (2) 以lnc（N2O5）对t作图得直线，故该反应为一级：v = k×c（N2O5）= 0.18min-1´0.50mol×L-1=0.090 mol×L-1 ×min-1(3) v = k×c（N2O5）= 0.18min-1´1.00mol×L-1=0.18 mol×L-1 ×min-16(1) (2) 7. (1) k = v = 0.014 mol×L-1 ×s-1(2) (3) 8. (1) v = k×c（O3）×c（NO）=1.2´107 mol×L-1 ×s-1 ´（5.0´10-8 mol×L-1）2= 3.0´10-8 mol×L-1 ×s-1(2) (3) 9. 10. (1) (2) 11. 137时的反应速率与127时的反应速率的比值为：故反应速率将为原来的2.2倍。12. 利用公式，同上，用327K和310K数据代入得 Ea2 = 84.6 kJ×mol-1，用327K和316K数据代入得 Ea3 = 84.2 kJ×mol-1利用公式：13. 若反应物消耗99.9%需时t1，消耗50%需时t2。由：14. 15. 金催化时：故25时金催化时反应速率为无催化剂时的7.0´1013倍铂催化时：故25时铂催化时反应速率为无催化剂时的7.8´1024倍。16. 该酶催化反应在发烧至40的病人体内的反应速率是在37正常人体内的1.2倍，反应速率加快了0.2倍。17. 第二步为速率决定步骤，故反应速率方程为：由第一步反应得：故速率方程为：18. 14C蜕变的反应速率常数为：该化石的年龄为：Exercises1. 2. 3.（a）2Cl2O7（g）¾®2Cl2（g）+7O2（g）（b） c = 3.3kPa4. 5. (a) As , ; for and T = 300KA=9.26´1014 L×mol-1 ×s-1(b) -第 15 页-