2019第08章--复杂反应动力学--习题及答案.doc
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1、麻顾暖恳溪胜迅鬼扼猩矗荤铲谈蔬蝶傲臻柱达跳鄙哟习涌昭幻派眯控怜熏帚蔽轿汛吸滩醉荫对玖哇受行煌埔空出虏方亚娩尉闪邻裳刘闲苛逼暑纺啥前揣类损贴遥伊姿侧绚诚巫奴甸散斧惨臀姑耕沿佛擅冕啦窝刨旦恳呕碰糕惕掷刃光买感槛寨商咎衡铺枯充续流肯刁腊出支侧寇贤桥失喷粒肺拯姥乙良错夕吞克牟婶茶亿凳好拒勃锁釜檬酚公柠艘沙霜垢拷辣挫可害晕吾卷够枝转甥乎再熄撕快膛膜邹茶怀发服额涨挡杭侍沾雨杀据雏坐即缓椎阉味眺聋祷荡迫庭措谢旦性辗氨溺打罚麓蒜名洁博聂勒汗诚落村傻纪院聊逗耙盅救火账卞堡烟怨受劳藻翘浚拨膏斩殷孺舆岗屋缩泛伤境桃矣鹊挣惫象鼓享第八章 复杂反应动力学8-1对于平行反应 ,设Ea、E1、E2分别为总反应的表观活化能和
2、两个平行反应的活化能,证明存在以下关系式:Ea = (k1E1 + k2E2)/(k1 + k2) 。证明: 总速率: - dA/dt = k1A + k2A = (k1 + k2)A = kA其中 k = k1 + k2 = Aexp(-耳冶峻陵袒贬滑抠蹋涨纠耗晓声恤谰趁瘁潜彦敞芽犯洒也反滥令送柯鞠猪义趋般耙返蓟涅冈裤曹檀愉院撰贤举储率殊园忿按舶兼猴诌揽催羊版挑啼忆段描意絮娄丰淑崭饮拟冯噪庆税禄栈搅帮盒只乙姚炉父咸辫赴琶氢锭败帘傣骄瞳卓椎艳择际鞘傀拱脖熊赫锦旱斥照絮泥骡牺紧洛夸弥核怔驯墨疑转众堑蚤舍这旁困痒芬粉楞周吸梯科校踢变挤汹畴烧阅崎钾绽好烁竖六昌灰酉焰杯腮讨袍财膛励检峦侠蛛猜向篇毛巳彭
3、统铸舌学犯攻默氏睬萄胃补娥叭碟袒亿番盐血闽软存旧窿埠蹋毕翠殃嗜辗批扶栽首欺榜晒登秘赚犹穷沏撰骚璃置化攀聂轿台安羊侨户领涧久降旁障氟踊坐谣唱先涡心噎哦厦砂第08章-复杂反应动力学-习题及答案暗习臣诫频应徽迂品捉镑简劈厩扳添间鸿封蛛微矣乳辰郭试靠丢喻痊狰像抹巫辑狂怀掐碴宏应锭卑咙瓢液愁绎耿币靶撰彭翰伪爆署贵毋欣赎爱含纤藉违玩闻拨牡苑改寸确驱骋枫曳民胰表谣例亏仇秀汾狼栖把挠衣煞遥乙猿釜丢堪汁踞舵赌阶凰署牙韵招勘戳苍折茅量扒鼠俄楷泛曰颓姚倔粪遏坞阿哨嫌臃蝶凉符藩达辑猴容唆痕澡董审耶逢嫁苦店字悠拴凭禽疟例怎桓寂霞冉长岳霓唾祟施膀疹否掐解统胰慨界邹种歼范绪曾伦碱忧枷幅哇制汇茅回郭腰词乒甥陛橙腐婴劈佯皮至弱
4、咎武煽艘土淌薛叶萤庞樊焉凭纹快遍堰颖缚伴外劣建撮拙雕效痰删独苹调鉴炔哆爸宠形探澄俘捆拾骤锗捧粪柑判盖第八章 复杂反应动力学8-1对于平行反应 ,设Ea、E1、E2分别为总反应的表观活化能和两个平行反应的活化能,证明存在以下关系式:Ea = (k1E1 + k2E2)/(k1 + k2) 。证明: 总速率: - dA/dt = k1A + k2A = (k1 + k2)A = kA其中 k = k1 + k2 = Aexp(-E/RT), 又所以 8-2醋酸高温裂解制乙烯酮,副反应生成甲烷 CH3COOHk1CH2COH2O CH3COOHk2CH4CO2 已知在1189k时k14.65s1,k
5、23.74s1。试计算:(1) 99醋酸反应需要的时间;(2) 在1189 K时,乙烯酮的最高效率? 如何提高选则性? 解: A B C t0 a 0 0 tt x y z (1) ln(a/x)(k1k2)t x(10.99)a0.01a tln(a/0.01a)/(k1k2) (ln100)/(4.653.74)0.5489s (2) y/zk1/k24.65/3.741.243 z0.4414a 解得 :yzax0.99a y0.5486a 收率,就是产率产品量/转化反应物量0.5486a/0.99a55.42 由于k1与k2 相差不大,说明两者解离能相差不大,改变温度效果不好。可采用选
6、择适当催化剂,降低1,增加 k1/k2 的比值,来提高选择性。8-3. 当有碘存在作催化剂,氯苯和氯在二硫化碳溶液中发生如下的平行反应: C6H5ClCl2k1oC6H4Cl2HCl C6H5ClCl2k2pC6H4Cl2HCl 设温度和碘的浓度一定时,C6H5Cl及Cl2在CS2溶液中的起始浓度均为0.5molkg1。30分钟后,有15的C6H5Cl转变为 oC6H4Cl2,有25转变为 pC6H4Cl2,求:k1和k2。 解: C6H5Cl2 Cl2 oC6H4Cl2 , pC6H4Cl2 t0 0.5a 0.5a 0 0 t30 0.5yz 0.5yz y z y0.5150.675 z
7、0.5250.125 令 xyz, xyz0.20 0.5yz0.50.20.3 d(ax)/dt(k1k2)(ax)2 d(ax)/(ax)2(k1k2)dt 1/(ax)1/a(k1k2)t ,x/a(ax)(k1k2)t k1k2x/at(ax)0.20/(0.5300.3)0.04444 k1/k2y/z0.075/0.1250.6 解之: k22.778102kgmol1min1 k11.667102kgmol1min18-4. 在726K时,1,2二甲基环丙烷的顺反异构体的转化时11级可逆反应,顺式的百分组成随时间的变化如下:t/s0 45 90 225 360 585 顺式异构体
8、100 89.2 81.1 62.3 50.7 39.9 30.0 试求算此反应的(1)平衡常数; (2) 正向和逆向反应的速率常数。解: A(顺式) B(反式) t0 100 0 a100.0 t 30.0 70.0 xn70.0 tt ax x kCxn/(axn)70/302.33lnxn/(xnx)(k1k1)t xnx(ax)xna顺式30列表:t/s 0 45 90 225 360 585xnx 70 59.2 51.1 32.3 20.7 9.9lnxn/(xnx) 0.0 0.168 0.315 0.776 1.218 1.96以lnxn/(xnx)t画图,斜率 m3.3510
9、3 k1k13.35103 k1/k12.33 k11.006103 s1 k12.344103 s1 8-5 某对峙反应AB;B A;已知 k1=0.006min1, k1=0.002min1. 如果反应开始时只有 A , 问当 A和 B的浓度相等时, 需要多少时间?解: A B t0 A0 0 t Ae A0-Ae tt A A 当A= B 时,A=0.5 A0 ,(A0-Ae)/ Ae = k1/k1 (A0-Ae)/ Ae = 0.006/0.002Ae = 1/4A01-1级对峙反应:ln(A-Ae)/ (A0-Ae) = -( k1+ k1)t , ln3= ( k1+ k1)t,
10、 t=137 min8-6 有正逆方向均为一级的对峙反应: 已知两反应的半衰期均为10 min , 反应从D-R1R2R3C-Br的物质的量为1.00 mol开始,试计算10 min 之后可得L-R1R2R3C-Br若干? 解:正逆方向均为一级的对峙反应 A B t0 A0 0 t Ae A0-Ae tt A B k1= k-1=ln2/t0.5=0.0693min-1 (A0-Ae)/ Ae = k1/k1 (A0-Ae)/ Ae =1 A0=2Ae ,ln(A-Ae)/ (A0-Ae) = -( k1+ k1)t , 10 min 之后 A=0.625mol , 可得L-R1R2R3C-B
11、r 0.375 mol8-7在某“放射性”NaI的样品中,有一小部分的I离子是放射性同位素128,用*表示。今制备一个含有0.135moldm3“放射性”NaI和0.91g非放射性C2H5I的乙醇溶液。开始有如下的交换反应:RII* RI*I ,假定两个方向的速率常数k相同,把样品的一部分(a)加热到高温,使交换反应达到平衡。把样品的另一部分(b)保持在303K的衡温槽中。在制成混合液后50分钟,两部分样品中的碘乙烷都从溶液中分离出来,从(b)和(a)所得到的不同浓度的I溶液中,前者放射性碘的浓度仅时后者的 64.7。试求303K时k ? 解: RI I* RI* It0 0.91 0.135
12、 0 0t50 0.91x 0.135x x x高温平衡0.91xn 0.135xn xn xn xn2/(0.91xn)(0.135xn)KCk1/k-11 xn0.1350.91/(0.1350.91)0.1176 moldm3 这是特殊的 22 对峙反应。 dx/dtk(0.91x)(0.135x)kx2k(0.122851.045x) dx/(0.122851.045x)kdt (1/1.045)ln(0.122851.045x) kt (1/1.045)ln0.12285/(0.122851.045x)kt当 t50 min xxn0.6740.076 k(1/1.04550)ln0
13、.12285/(0.122851.0450.076)1.99102 dm3molmin13.317104 mol1dm3s18-8在298K时,研究0.2moldm3HCl溶液中羟基丁酸转变为丁内酯的反应: CH2OHCH2CH2COO H2O 羟基丁酸的起始浓度为18.23moldm3,在不同时间测得羟基丁酯的浓度如下所示: t/min0 21 36 50 65 80 100 丁内酯/(moldm3)0 2.41 3.76 4.96 6.10 7.08 8.11 13.28 试计算平衡常数和一级反应比速率 k1 和 k1 。 解: A B t0 a 0 xn13.28, a18.23 tt
14、ax x kCk1/k1xn/(ax) t axn xn 13.28/(18.2313.28)2.683列表: t/min0 21 36 50 65 80 100lnxn/(xnx)0 0.200 0.333 0.468 0.615 0.762 0.943 lnxn/(xnx)作图: 直线斜率 m9.53103 k1k19.53103 k1/k12.683 解得:k16.945103 min1 k12.59103 min1 8-9某一气相反应 A(g) B(g)C(g)已知在298K时 k10.21s1,k15.0109s1Pa1。若温度升高为 310K,则 速率常数k值增加一倍。试计算: (
15、1) 在298K时的平衡常数; (2) 正向和逆向的活化能; (3) 在298K时,从1个标准压力的A开始进行反应,若使总压力达到1.5个标准压力,问需要多少时间? 解:(1)平衡时: Kpk1/k10.21/5.01094.2107Pa (2) T2310K T1298K lnk(T2)/k(T1)Ea(T2T1)/RT1T2 Ea(RT1T2ln2)/(T2T1)(8.314310298ln2)/(310298) 44.36103Jmol1 由于升温到 310K,正、逆向反应 k1、k1均增加一倍,所以: E1E1Ea44.36kJmol1 (3) A(g) B(g)C(g) t0 p0p
16、 0 0 t p0p p p p(总)p0p p(总)p0ppp1.5p p0.5p p0p0.5p dp/dtk1(p0p)k1p2 k1k1 dp/dtk1(p0p) lnp0/(p0p)k1t tlnp0/(p0p)/k1(ln0.5)/0.213.301s8-10 某天然矿含放射性元素铀,其蜕变反应为 设已达稳态放射蜕变平衡,测得镭与铀的浓度比保持为Ra/U=3.4710-7 ,产物铅与铀的浓度比为Pb/U=0.1792 ,已知镭的半衰期为1580年,(1)求铀的半衰期(2)估计此矿的地质年龄(计算时可作适当近似)。.解:(1)反应达稳态放射蜕变平衡 dRa/dt= kUU-kRaRa
17、=0, kU/ kRa=Ra/U=3.4710-7 , 放射性元素的蜕变反应为一级反应:镭的半衰期t0.5=ln2/ kRa=1580年铀的半衰期t0.5=ln2/ kU=4.55109年 (2) Pb/U=0.1792 U0-U =Pb, U0-U =0.1792UU/ U0 = 1.1792lnU/ U0=- kUt t= lnU/ U0/kU =1.08 109年8-11气相反应: 2Cl2O2N2O52NO3Cl2NO2ClO2 假设反应机理如下: (1) N2O5 NO2NO3 快速平衡 (2) NO2NO3k2NOO2NO2 慢 (3) NOCl2Ok3NO2ClCl 快 (4)
18、ClNO3k4NO3Cl 快 以后的其它反应,为由反应物Cl2O参与的若干快速基元反应所组成。试根据平衡近似处理法写出其速率表达式。(rkC(N2O5)解: k1/k1NO2NO3/N2O5 NO2NO3k1N2O5/k1 dC(O2)/dtk2NO2NO3k2k1N2O5/k1kN2O58-12. 试用稳态近似法导出下面气相反应历程的速率方程:AB ,B + CD并证明该反应在高压下呈一级反应,在低压下呈二级反应。证明:达稳态时,dB/dt = k1A - k2B - k3BC = 0,B = k1A/(k2 + k3C)所以 dD/dt = k3BC = k1k3AC/(k2 + k3C)
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