第十一章 化学动力学
11.1 反应SO2Cl2(g)→SO2Cl(g)+ Cl2(g)为一级气相反应,320 ℃时k=2.2×10-5s-1。 问在320℃加热90 min SO2Cl2(g)的分解分数为若干?
解:根据一级反应速率方程的积分式
1ln?kt 1-x即有:ln1?2.2?10?5?90?60 1-xx = 11.20%
11.2某一级反应A→B的半衰期为10 min。求1h后剩余A的分数。 解:根据一级反应的特点
t1/2?ln2ln2ln2,即有k?==6.93?10-2min-1 kt1/2101?kt 又因为:ln1-x即有:ln1?6.93?10-2?1?60 1-x1-x = 1.56%
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%需多少时间?
解:根据一级反应速率方程的积分式
1ln?kt 1-x当t=10min时:ln111?10k,即有: k = ln = 3.57?10-2min-1 1-301-30%1-2ln?3.57?10t,即有:t = 19.4min 当x=50%时:
1-50.4 25℃时,酸催化蔗糖转化反应
C12H22O11 ? H2O ? C6H12O6 + C6H12O6
?蔗糖? ?葡萄糖? ?果糖?的动力学数据如下(蔗糖的初始浓度c0为1.0023 mol·dm-3,时刻t的浓度为c)
t/min (c0-c)/ mol·dm-3 0 0 30 0.1001 60 0.1946 90 0.2770 120 0.3726 180 0.4676 (1)使用作图法证明此反应为一级反应。求算速率常数及半衰期; (2)问蔗糖转化95%需时若干? 解:(1)将上述表格数据转化如下: t/min c/ mol·dm-3 ln( c / c0) 0 1.0023 0 30 0.9022 -0.1052 60 0.8077 -0.2159 90 0.7253 -0.3235 120 0.6297 -0.4648 180 0.5347 -0.6283 ?c?对ln??~t作图如下
?c0?0.0ln(c/c0)=-0.00358t-0.0036ln(c/c0)-0.3-0.6080160t/min
?c?ln????3.58?10?3t-0.0036 ?c0?则:k = 3.58×10-3min-1
t1/2?ln2ln2=?193.6min k3.58?10?31111=ln= 836.8min (2)t=ln?3k1-x 1-95%3.58?1011.5 对于一级反应,使证明转化率达到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:对于一级反应而言有:
1ln?kt 1-xt2ln?1?x2?ln?1?87.5%???3 即有:?t1ln?1?x1?ln?1?50%?对于二级反应而言有:
x?kc0t 1-xt2x2?1?x1?87.5%??1?50%???7 即有:?t1x1?1?x2?50%??1?87.5%?11.6偶氮甲烷分解反应
CH3NNCH3(g)→ C2H6(g)+ N2(g)
为一级反应。在287 ℃时,一密闭容器中CH3NNCH(初始压力为21.332 kPa,3g)1000 s后总压为22.732 kPa,求k及t1/2。
解:设在t时刻CH3NNCH3(g)的分压为p,即有:
CH3NNCH(?C2H(? N(3g)6g)2g) p0 0 0 p p0?p p0?p
1000 s后2p0-p=22.732,即p = 19.932kPa。对于密闭容器中的气相反应的组成可用分压表示:
lnp1p119.932?-kt,即有k=-ln?-ln?6.79?10?5s-1
p0tp0100021.332t1/2?ln2ln24==1.02?10s ?5k6.79?1011.7 基乙酸在酸性溶液中的分解反应
(NO2)CH2COOH→CH3 NO2(g)+ CO2(g)
为一级反应。25℃,101.3 kPa下,于不同时间测定放出的CO2(g)的体积如下: t/min V/cm3
2.28 4.09
3.92 8.05
5.92 12.02
8.42 16.01
11.92 20.02
17.47 24.02
∞ 28.94