无机及分析化学课后习题答案

第 1 章 思考题与习题参考答案 一 选择题 1 等压下加热 5 的下列水溶液 最先沸腾的是 A 蔗糖 C 12H22O11 溶液 B 葡萄糖 C 6H12O6 溶液 C 丙三醇 C 3H8O3 溶液 D 尿素 NH2 2 CO 溶液 解 选 D 在等压下 最先沸腾就是指溶液的蒸气压最低 根据难挥发非电解 质稀溶液的依数性变化规律 溶液质量摩尔浓度增大 溶液的蒸气压下降 这里 相同质量分数下 溶质的摩尔质量越小 质量摩尔浓度越大 选项 D 中非电解质尿素的摩尔质量最小 尿素溶液的质量摩尔浓度最大 蒸气 压最低 在等压下最先沸腾 2 0 1mol kg 1 下列水溶液中凝固点最低的是 A NaCl 溶液 B C12H22O11 溶液 C HAc 溶液 D H2SO4 溶液 解 选 D 电解质溶液的依数性虽然不能用拉乌尔定律进行统一的 定量计算 但仍然可以参照难挥发非电解质稀溶液的依数性进行定性描述 即溶质的 粒子数目增大 会引起溶液的蒸气压降低 沸点升高 凝固点下降和溶液 的渗透压增大 此题中 在相同质量摩尔浓度下 溶液中的粒子数目估算 出来是 H2SO4 溶液最多 所以其凝固点最低 3 胶体溶液中 决定溶胶电性的物质是 A 胶团 B 电位离子 C 反离子 D 胶粒 解 选 D 根据胶团结构 胶核和吸附层的整体称为胶粒 胶粒中反离子数比 电位离子数少 故胶粒所带电荷与电位离子符号相同 即胶粒带电 溶胶电 性由胶粒决定 4 溶胶具有聚结不稳定性 但经纯化后的 Fe OH 3 溶胶可以存放数年而不聚沉 其原因是 A 胶体的布朗运动 B 胶体的丁铎尔效应 C 胶团有溶剂化膜 D 胶粒带电和胶团有溶剂化膜 解 选 D 溶胶具有动力学稳定性和聚结稳定性 而聚结稳定性是溶胶稳定的 根本原因 它包含两个方面 胶粒带有相同电性的电荷 当靠近时会产生 静电排斥 阻止胶粒聚结合并 而电位离子和反离子形成的溶剂化膜 也 会阻隔胶粒的聚结合并 由于纯化的 Fe OH 3 溶胶具有这种聚结稳定性 从而可以存放数年而不聚沉 5 有浓度同为 0 01 mol L 1 的电解质 NaNO 3 Na 2SO4 Na 3PO4 MgCl 2 它们对 Fe OH 3 溶胶的聚沉能力大小顺序为 A B C D 解 选 D 根据哈迪 叔尔采规则 起聚沉作用的主要是与胶粒带相反电荷的离 子 相反电荷离子的价态愈高 聚沉能力愈大 Fe OH 3 溶胶中胶粒带正电 荷 起聚沉作用的应是电解质中的阴离子 且价态愈高 聚沉能力愈大 所以聚沉能力由大到小的顺序为 其中由于 中氯离子数目大于 中硝酸根数目 参与聚沉溶胶的粒子数目多 所以 聚沉能力比 强 二 填空题 1 1 mol H 1 mol H 2SO4 1 mol H2SO4 所表示的基本单元分别是 H 1 H2SO4 H2SO4 2 丁铎尔效应能够证明溶胶具有 光学 性质 其动力学性质可以由 布朗运 动 实验证明 电泳和电渗实验证明溶胶具有 电学 性质 3 将等体积的 0 003mol L 1 AgNO3 溶液和 0 008mol L 1 KCl 溶液混合所得的 AgCl 溶胶的胶团结构式为 AgCl m n Cl n x K x x K 该 溶胶在电场中向 正 极移动 三 简答题 1 什么叫分散系 分散系是如何分类的 答 分散系 一种或几种物质分散到另一种物质中形成的混合物叫分散系 被 分散的物质叫分散质 分散其他物质的物质叫分散剂 1 按分散质或分 散剂的状态分 九种 包括气 气分散系 液 气分散系 固 气分散系和气 液分散系 液 液分散系 固 液分散系及气 固分散系 液 固分散系 固 固 分散系 2 按分散质粒子的大小分 三种 分子离子分散系 d 1 nm 胶体分散系 1 nm d 100 nm 粗分散系 d 100 nm 2 对稀溶液依数性进行计算的公式是否适用于电解质稀溶液和易挥发溶质的稀 溶液 为什么 答 不适用 当溶质是电解质的时候 拉乌尔定律发生偏离 主要原因电解 质溶液由于溶质发生解离 使溶液中溶质粒子数增加 计算时应考虑其解离 的因素 否则会使计算得到的 p Tb T f 值比实验测得值小 另一 方面 电解质溶液由于离子间的静电引力比非电解质之间的作用力大得多 因此用离子浓度来计算强电解质溶液的 p Tb T f 时 其计算结果 与实际值偏离较大 应该用活度代替浓度进行计算 对易挥发溶质的稀溶液 由于其溶质不断挥发 溶液浓度不断变化 所以也无法进行依数性计算 3 难挥发溶质的溶液 在不断的沸腾过程中 它的沸点是否恒定 其蒸气在冷 却过程中的凝聚温度是否恒定 为什么 答 由于溶剂的挥发 溶液浓度逐渐增大 其沸点是逐渐升高的 至溶液达到 饱和后 沸点恒定 在蒸气冷却过程中 由于溶剂是纯净的 其凝聚温度是 恒定的 等于溶剂的沸点 4 若渗透现象停止了 是否意味着半透膜两端溶液的浓度也相等了 答 据范特霍夫的渗透压定律 若渗透现象停止了 说明渗透压相等 但其浓 度不一定相等 5 溶胶稳定的因素有哪些 促使溶胶聚沉的办法有哪些 用电解质聚沉溶胶时 有何规律 答 溶胶稳定的因素有两个 一是溶胶具有动力学稳定性 另一个是聚结稳定 性 溶胶的动力学稳定性系指在重力的作用下 分散质粒子不会从分散剂 中沉淀出来 从而保持系统的相对稳定的性质 溶胶的聚结稳定性是指溶 胶在放置过程中不发生分散质粒子的相互聚结 从而保持系统一定的分散 度的性质 促使溶胶聚沉的办法有加入电解质 将两种带相反电荷的胶体 按一定的比例混合及加热等 电解质对溶胶的聚沉作用取决于与胶粒所带 电荷符号相反的离子 而且与其所带电荷的多少有关 一般来说 离子电 荷越高 对溶胶的聚沉能力就越强 这个规律称为哈迪 叔尔采规则 6 什么叫表面活性剂 其分子结构有何特点 答 溶于水后能显著降低水的表面自由能的物质称为表面活性物质或表面活性 剂 表面活性剂的特性取决于其分子结构 它的分子都是由极性基团和非 极性基团两部分组成 极性基团如 OH COOH NH SO 3 H 等对水的亲和力很强 称为亲水基 非极性基因如脂肪烃基 R 芳香基 Ar 等对油的亲和力较强 称为亲油 基或疏水基 在表面活性剂溶于水后 分子中的亲水基进入水相 疏水基 则进入油相 这样表面活性剂分子就浓集在两相界面上 形成了定向排列 的分子膜 使相界面上的分子受力不均匀情况得到改善 从而降低了水的 表面自由能 7 乳浊液的类型与所选用的乳化剂的类型有何关系 举例说明 答 乳化剂不仅能提高乳浊液的稳定性 还能决定乳浊液的类型 一般来说 亲水性乳化剂有利于形成 O W 型乳浊液 亲油性乳化剂有利于形成 W O 型乳浊液 8 解释如下现象 1 为何江河入海处常会形成三角洲 答 三角洲的形成过程体现了胶体的性质 当河水和海水混合时 由于它们 所含的胶体微粒所带电荷的性质不同 由于静电作用 异性电荷相互吸引 导致胶体的颗粒变大 最终沉淀了出来 日积月累的堆积 就形成了三角 洲 2 加明矾为什么能够净水 答 由于天然水中含有带负电荷的悬浮物 黏土等 使天然水比较浑浊 而 明矾的水解产物 Al OH 3 胶粒却带正电荷 当将明矾加入天然水中时 两 种电性相反的胶体相互吸引而聚沉 从而达到净水的效果 3 不慎发生重金属离子中毒 为什么服用大量牛奶可以减轻病状 答 由于可溶性重金属离子 强电解质 可使胶体聚沉 人体组织中的 蛋白质作为一种胶体 遇到可溶性重金属盐会凝结而变性 误服重金属盐 会使人中毒 如果立即服用大量鲜牛奶这类胶体溶液 可促使重金属与牛 奶中的蛋白质发生聚沉作用 从而减轻重金属离子对机体的危害 4 肉食品加工厂排出的含血浆蛋白的污水 为什么加入高分子絮凝剂可起净 化作用 答 因为含有血浆蛋白的污水具有胶体溶液的性质 加入高分子絮凝剂会对胶 体溶液起到敏化作用 促进胶体的凝聚 从而净化了污水 四 计算题 1 10 00 mL 饱和 NaCl 溶液质量为 12 003 g 将其蒸干后得到 NaCl 3 173 g 求 1 NaCl 的质量分数 2 NaCl 的质量摩尔浓度 3 NaCl 的物质 的量浓度 4 各组分的摩尔分数 解 1 264 0g3 17 NaCl l 总mw 2 1kgmol49 6kg10 73 0 12 ol458 aCl l aCl Nal Mnb总总 3 1Lol429 510 387 Nal l al l VmVnc 4 OH NaCl l OH Cl Nl 22 2Mmmnx 097 15 8 30 4 58 173 903 41 52 90 al OH 22 nx 2 今有两种溶液 其一为 1 50g 尿素 NH 2 2CO 溶于 200g 水中 另一为 42 8g 未知物溶于 1000g 水中 这两种溶液在同一温度开始沸腾 计算这种未知物的 摩尔质量 解 由于都是水溶液 所以溶剂的沸点升高常数 Kb 相同 又知 由稀溶液的依数性公式 可得两种溶液的质量未 知尿 素 tt Bt 摩尔浓度相等 B CO NH2bb 设未知物的摩尔质量为 代入上式得 B M kg 10 B 8 42kg 10 2 mol6 5 解之得 342 7 g mol 1B 3 将 1 00 g 硫溶于 20 0 g 萘中 使萘的凝固点降低 1 30 萘的 Kf 为 6 8 kg mol 1 求硫的摩尔质量和分子式 解 设未知物的摩尔质量为 根据溶液的凝固点降低公式 B M 将数据代入得 BffbKt kg 10 2 B molkgC8 630 11M 解之得 261 5 g mol 1 B M 由于单个硫元素的摩尔质量为 M S 32 065g mol 1 则 M B M S 261 5 32 065 8 155 即约 8 个 S 原子形成一个硫分子 所以该单质硫的分子 式为 S 8 4 从某种植物中分离出一种未知结构的有特殊功能的生物碱 为了测定其相对 分子质量 将 19g 该物质溶于 100g 水中 测得溶液的沸点升高了 0 060K 凝固点降低了 0 220K 计算该生物碱的相对分子质量 解 利用沸点升高和凝固点降低都能够测量未知物的摩尔质量 但一般选取 相对较大的数据来计算较准确 这里我们选取凝固点降低来计算 设未知物的 摩尔质量为 由公式 知 B MBffbKt kg 10 B 9molkg86 120 M 解之得 M B 1606 4g mol 1 5 101 mg 胰岛素溶于 10 0mL 水 该溶液在 25 0 时的渗透压是 4 34kPa 计算胰岛素的摩尔质量和该溶液的蒸气压下降 p 已知 25 0 水的饱和蒸气 压为 3 17kPa 解 1 设胰岛素的摩尔质量为 则由渗透压公式知 B M cRT Vmn 因而 g 7 568 m 10 Pa 34 K1 29olK8g10 B 363 TM mol 1 2 由拉乌尔定律知 AB AB B npnpxp Pa09 mol 015 8 7g6 1073 133 6 人体血浆的凝固点为 272 59K 计算在正常体温 36 5 下血浆的渗透压 解 由于人体血浆为水溶液 因而其溶质的质量摩尔浓度可由其凝固点降 低值求得 凝固点降低值 K56 09 27K15 3f t 由公式 知 血浆的质量摩尔浓度为Bffbt 1 1f kgmol30 olkg86 10 t 人体血浆的渗透压为 BL3 cb 74 9kPa 36 5 K 27 1lK 4PaLmol30 11 RTc B 7 硫化砷溶胶是由下列反应而制得的 2H3AsO3 3H2S As2S3 6H2O 试写出 硫化砷胶体的胶团结构式 电位离子为 HS 并比较 NaCl MgCl2 AlCl3 三种电解质对该溶胶的聚沉能力 并说明原因 解 硫化砷胶体的胶团结构式为 H HS As 32 xnm 由于硫化砷溶胶带负电荷 所以根据哈迪 叔尔采规则 电解质阳离子对其起聚 沉作用 且电荷越高 聚沉能力越强 所以 NaCl MgCl 2 AlCl 3 三种电解质中 NaCl 的聚沉能力最小 AlCl 3 的聚沉能力最大 MgCl 2 的聚沉能力居中 8 反渗透法是淡化海水制备饮用水的一种方法 若 25 时用密度为 1021 kg m 3 的海水提取淡水 应在海水一侧加多大的压力 假设海水中盐的总浓度以 NaCl 的质量分数计为 3 其中的 NaCl 完全离子化 解 依题意 每升海水的质量为 1021g 其中 NaCl 的物质的量 mol524 0ol58 43g 102 NaCl al NaCl 1 MwVn海 水海 水 每升海水 NaCl 的物质的量浓度 1 l al 0 2mlLncV 总 因为题意假定 NaCl 完全离子化 所以溶液中粒子数应扩大一倍 根据渗 透压定律 kPa8 5972K1 8olKL8 314kPaol524 0 NaCl 2 1 RTcT 第二章思考题与习题参考答案 一 选择题 1 一化学反应系统在等温定容条件下发生一变化 可通过两条不同的途径完成 1 放热 10 kJ 做电功 50 kJ 2 放热 Q 不做功 则 A Q 60kJ B Q 10 kJ C Q 40kJ D 反应的 QV 10kJ 解 选 A 2 在298 K 下列反应中 与 最接近的是 mrH rG A CCl4 g 2H2O g CO2 g 4HCl g B CaO s CO2 g CaCO3 s C Cu2 aq Zn s Cu s Zn2 aq D Na s H2O l Na aq H2 g OH aq 解 选 C rmrrmrrmr GHS 0 G HT 当 时 反应 C 中反应物和生成物中无气体物质 物态也无变化 rm S值 较 小 3 已知反应 2H2 g O2 g 2H2O g 的 rHm 483 63 kJ mol 1 下列叙述 正确的是 A fHm H2O g 483 63 kJ mol 1 B rHm 483 63 kJ mol 1 表示 1 mol 时系统的焓变 C rHm 483 63 kJ mol 1 表示生成 1 mol H2O g 时系统的焓变 D rHm 483 63 kJ mol 1 表示该反应为吸热反应 解 选 B A 错 根据 fHm 定义 H 2O g 的系数应为 1 C 错 该方程为表示 生成 2 mol H2O g 时系统的焓变 D 错 rH m 0 时表示该系统能量的 增加 该反应为吸热反应 rH m 0 时表示该系统能量的减少 该反应为 放热反应 4 下列反应可以表示 的是 1f2 C g 394 8 kJolG A C 石墨 s O 2 g CO2 g B C 金刚石 s O 2 g CO2 g C C 石墨 s O 2 l CO2 l D C 石墨 s O 2 g CO2 l 解 选 A B 错 C 金刚石 s 非参考状态单质 不符合标准状态下摩尔完 全生成反应定义 C 错 O 2 l 非参考状态单质 不符合标准状态下摩尔完 全生成反应定义 CO 2 l 不符 rGm CO2 g 的定义所指定的产物 D 错 CO2 l 不符 rGm CO2 g 的定义所指定的产物 5 反应 MgO s CO2 g 在高温下正向反应自发进行 其逆反应s Mg3 在 298K 时自发 近似判断逆反应的 与 是 mHr S A 0 0 B 0 0 mrH rS r r C 0 0 D 0 0 rr mrr 解 选 A 该反应有气体物质产生 故 0 且高温自发 低温非自发 mSr 根据 判断结果应选 A rmrrm GHST 二 填空题 1 解 用下列热力学函数判断反应自发性的条件是 1 mrrmr 0 SHH 的 化 学 反 应 系 统 且体 积 功 非 体 积 功 为等 温 定 压 且 系 统 只 做 2 mrrmr 0 SS 的 化 学 反 应 系 统 且体 积 功 非 体 积 功 为等 温 定 压 且 系 统 只 做 3 r G 等 温 定 压 且 系 统 只 作 体 积 功 非 体 积 功 为 的 化 学 反 应 系 统 4 rm 0 标 准 状 态 下 等 温 定 压 且 系 统 只 作 体 积 功 非 体 积 功 为 的 化 学 反 应 系 统 2 系统状态函数的特点是 状态函数仅决定于 系统的状态 状态函数的变 化只与 系统的变化的过程 有关 而与变化的 途径 无关 3 反应进度 的单位是 mol 反应计量式中反应物 B 的化学计量数 vB 的值 规定为 负值 4 正 逆反应的 rHm 其 绝对值 相等 符号 相反 反应的 rHm 与 反应式的 写法 有关 5 所谓标准状态是在指温度 T 和标准压力下该物质的状态 其中标准压力 P 100 kPa 标准状态虽然没有指定温度 但是为了便于比较 IUPAC 推荐 选择 298 K 作为参考温度 6 根据吉布斯 亥姆霍兹方程 rG m T rH m T T rS m T 若 忽略温度对 rH 和 rS 的影响 则可得到该式的近似式 m rmrrG T 三 简答题 1 区别下列符号的意义 H 系统的状态函数 焓 定义为 H U pV 无具体物理意义 H 系统焓的改变值 物理意义为在定压 只做体积功的情况下 系统与环 境交换的热 标准条件下 当产物与反应物温度相同时 化学反应过程中系统只做 mr 体积功 且反应在定压条件下按照所给定的方程式完全反应 此时的反应热 在温度 T 时 由参考状态的单质完全生成 1mol 物质 B 时的标准摩尔焓 mfH 变 S 系统的状态函数 熵 代表系统的混乱度 标准状态下 物质 B 的摩尔熵 m 反应的标准摩尔熵 标准状态下 化学反应按照给定方程式完全反应系r 统的熵变 G 系统的状态函数 吉布斯自由能 定义为 G H TS 无具体物理意义 化学反应的吉布斯自由能变 即该反应能对外所的最大非体积功 mr 标准状态下 化学反应的吉布斯自由能变 r 标准摩尔生成反应的吉布斯自由能变 mf 2 若将合成氨反应的化学计量方程式分别写成 N2 g 3H2 g 2NH3 g 和 N2 g 1 H2 g NH3 g 二者的 rHm 和 rGm 是否相同 两者间有何关系 3 答 不相同 这些符号都与热力学方程式的写法有关 rm 1r 2 r 1r 2 四 计算题 1 由附录查出 298 K 时有关的 数值 计算下列反应的 已知 fmH rmH 1fm24 NH 1 50 63 kJmol 1 22l Og HO 2 22 g 3 H l 不查表 根据上述 3 个反应的 计算下列反应的 rmH rmH 24222N l O l N g 4O l 解 1 3 2 得 4 4 2 2 即得所求式 查表计算得 1 mr olkJ3 6 1 r79H1 mr lJ50 r ok814 2 甘氨酸二肽氧化反应为 2482322223O g CHN s CONH s 3 g O l 1 1fm fm 745 kJol CNH s3 7 kJmol 计算 1 298 K 时 甘氨酸二肽氧化反应的标准摩尔焓 2 298 K 及标准状态下 1g 固体甘氨酸二肽氧化时放热多少 解 1 已知 C4H8N2O3 s 745 25kJ mol 1 mf H2NCONH2 s 333 17kJ mol 1f CO2 g 393 51kJ mol 1 mf H2O l 285 85kJ mol 1fH 所以 3O2 g C4H8N2O3 s H2NCONH2 s 3 CO2 g 2 H2O l H2NCONH2 s 3 CO2 g 2 H2O l mf f mf mf C4H8N2O3 s f 1340 15 kJ mol 1 2 因为 M C4H8N2O3 132g mol 1 所以 1g C4H8N2O3 氧化时放热 1340 15 13 kJ 10 15 kJ 3 关于生命起源的各种理论中 总要涉及动植物体内的一些复杂的化合物 能否自发地由简单化合物转化得来 例如 298 K 及标准状态下 计算下列 反应的 判断尿素能否由二氧化碳和氨自发反应得来 反应 rmG 已知 2322CO g NH CO s Hl 1fm s197 5 kJol 解 2322 rmf fmfm2fm31111 g s l NHCO CO g NH g 197 5kJol7 4kJol394 8kJol6 2kJol 4 GGG r 26 0 反 应 自 发 进 行 说 明 氨 和 能 合 成 尿 素 4 定压下苯和氧反应 在 25 和标准622215CH l O g 6C 3HO l 状态下 0 25 mo 液态苯与氧反应放热 816 91 kJ 求 1 mol 液态苯和氧反应 时焓变和热力学能变 解 1 mr molkJ64 3270 5ol1kJ96 8 H 1 3 1 r r Jk0K2988 34Jl5 nRTU 3263 92kJ 5 已知下列反应的标准摩尔焓 1 C 石墨 s O 2 g CO2 g 1rm 139 5 kJolH 2 21H g O H l r 28 3 3327lg3CO l 1rm 3178 2 Jl 计算乙酸甲酯 CH 3COOCH3 l 的标准摩尔生成焓 解 乙酸甲酯的标准摩尔生成反应为 3C 石墨 s O 2 g 3H 2 g CH 3COOCH3 l 根据盖斯定律 题中所给的反应式 1 3 2 3 3 即为 CH3COOCH3 的生 成反应 所以 3 2 1 33 3 l COH mrrmrmf H 3 393 51kJ mol 1 3 285 85kJ mol 1 1788 2kJ mol 1 249 88kJ mol 1 6 葡萄糖在酵母菌等的作用下 经过下列发酵反应生成乙醇 C6H12O6 s 葡萄糖 6 磷酸 果糖 6 磷酸 甘油醛 3 磷酸 2CH 3CH2OH l 2CO2 g 查附录 计算标准状态和 298 K 时全发酵过程的标准摩尔焓 rmH 各物质的溶解热可忽略 已知葡萄糖的 1fm612 CHO s 74 kJol 解 因为葡萄糖的全发酵过程的方程式可写为 C6H12O6 s 2CH3CH2OH l 2CO2 g 所以 rmf fm2fm612CHO g s 2 276 98 kJ mol 1 2 393 51 kJ mol 1 1274 4kJ mol 1 2615 38 kJ mol 1 7 液态乙醇的燃烧反应 25222CHO l 3g CO 3H l 利用教材附录提供的数据 计算 298 K 和标准状态时 92g 液态乙醇完全燃 烧放出的热量 解 反应 C2H5OH l 3O 2 g 2CO 2 g 3H 2O l 是乙醇的完全燃烧反应 kJ mol 1 rmc5 OH l 136 75 则 M C2H5OH 46 g mol 1 则 2mol 1366 75kJ mol 1 2733 5kJollg4691 8 大力神火箭发动机采用液态 N2H4 和气体 N2O4 作燃料 反应产生的大量热量 和气体推动火箭升高 反应为 242422 l g 3 g 利用有关数据 计算反应在 298 K 时的标准摩尔焓 若该反应的热能完全 rmH 转变为使 100 kg 重物垂直升高的位能 试求此重物可达到的高度 已知 1fm24 NH l 50 63 kJmol 解 根据反应 2N2H4 l N2O4 g 3N2 g 4H2O g 计算其反应的标准摩尔 焓 r rmf2fm2fm24fm24 3 g H g NH l O g 0 4 241 84kJ mol 1 2 50 63 kJ mol 1 9 66 kJ mol 1 1078 28 kJ mol 1 设重物可达到的高度为 h 则它的位能为 mgh 100 kg 9 8 m s 2 h 980 Nh 根据能量守恒定律 980Nh 1078 3 103J h 1100m 9 植物体在光合作用中合成葡萄糖的反应可近似表示为 2261226CO g H l CO s g 计算该反应的标准摩尔吉布斯自由能 并判断反应在 298 K 及标准状态下 能否自发进行 已知葡萄糖的 1612 mf mol 90 5kJs G 解 6CO 2 g 6H 2O l C 6H12O6 g 6O g l O H6 g CO6 g s C 2 mf2 f2 mf1 f mr G 910 5 kJ mol 1 0 6 394 38kJ mol 1 6 237 14kJ mol 1 2878 62 kJ mol 1 10 查教材附录数据计算 25 时反应 的 指出该2426CH g g rmG 反应在 25 和 100KPa 下的反应方向 解 C 2H4 g H 2 g C 2H6 g rmf fm2fm24 C g CH g GG 32 86kJ mol 1 0 68 15kJ mol 1 101 01kJ mol 1 在 25 和 100kPa 下 乙烯的加氢反应可以正向进行 11 将空气中的单质氮变成各种含氮化合物的反应叫固氮反应 查教材附表根 据 数值计算下列三种固氮反应的 从热力学角度判断选择哪个反 fmG rmG 应最好 1 2N g O 2 g 2 N 3 223 3H 解 1 N2 g O 2 g 2NO g g O g N 2 mf2 mf mf m 1r GG 2 86 69 kJ mol 1 0 0 173 38 kJ mol 1 2 2N2 g O 2 g 2N 2O g g g 2 mf2 mf mf m r 2 103 66 kJ mol 1 207 32 kJ mol 1 3 N2 g 3H 2 g 2NH 3 g rm 3f H G 2 16 12 kJ mol 1 32 24 kJ mol 1 因为 0 0 只有 0 所以选择 3 rm 1 rm 2 rm G 12 查教材附录数据计算说明在标准状态时 下述反应自发进行的温度 1 2N g O g 2 4332NHCO s g COH g 3 2 2g N3 已知 1fm43 s 849 kJmol 1m43 NHCO s JolKS 解 1 N 2 g O 2 g 2NO g 11 2 mf2 mf mf m 1r ol74 80olkJ 90 37 g O g N H 2 210 77kJ mol 1 191 60 J mol 1 K 1 205 14 J mol 1 K 1 r S 24 8J mol 1 K 1 K728molJ8 24k7101 转 T 2 NH 4HCO3 s NH 3 g CO2 g H2O g 168 09kJ mol 1 474 34 J mol 1 K 1 r H rm S T 转 354 4K 3 2NH 3 g 3O 2 g NO 2 g NO g 3H 2O g 509 38kJ mol 1 16 76 J mol 1 K 1 rm rmS 因为 0 标准状态及任何温度下反应均自发 r H rmS 13 固体 AgNO3 的分解反应为 322AgNO s g g 查教材附表并计算标准状态下 AgNO3 s 分解的温度 若要防止 AgNO3 分解 保存时应采取什么措施 解 AgNO3 s 分解的温度即为反应 AgNO3 s Ag s NO2 g O2 g 的转化温1 度 根据公式 mrSHT 转 g ANO g O 21 sAg g NO 3 mf2 mf f2 f mr H 33 85kJ mol 1 123 14kJ mol 1 156 99 kJ mol 1 rm2m2m31 O g N Ag s NO s SSS 205 14J mol 1K 1 240 06J mol 1 K 1 42 72 J mol 1 K 1 140 92 J mol 1 K 1 244 43 J mol 1 K 1 642 273 369 1156 9kJmol642243 KT 转 分解温度 T 369 若要防止 AgNO3 分解 应低温避光保存 第三章思考题与习题参考答案 一 选择题 1 对反应 2SO 2 g O2 g 2SO3 g 下列几种速率表达式之间关系正NO g 确的是 A B dtct SO 22 tctd2 SO 3 C D 3 3 解 选 D 依据化学反应的瞬时速率的表达通式 对于一般化学反应 速率表 达可写出通式如下 ABYZ tvcttvctddZYA 2 由实验测定 反应 H 2 g Cl2 g 2HCl g 的速率方程为 v kc H2 c1 2 Cl2 在其他条件不变的情况下 将每一反应物浓度加倍 此时反应速率为 A 2v B 4v C 2 8v D 2 5v 解 选 C 依据化学反应的速率方程 kc H 2 c1 2 Cl2 H 2 和 Cl2 浓度增大都增 大一倍时 速率应该增大 倍 即相当于 2 8 a 2 3 测得某反应正反应的活化能 Ea 正 70 kJ mol 1 逆反应的活化能 Ea 逆 20 kJ mol 1 此反应的反应热为 A 50 kJ mol 1 B 50 kJ mol 1 C 90 kJ mol 1 D 45 kJ mol 1 解 选 A 依据过渡态理论 反应热可以这样计算 Q Ea 正 Ea 逆 4 在 298K 时 反应 2H 2O2 2H2O O2 未加催化剂前活化能 Ea 71 kJ mol 1 加入 Fe3 作催化剂后 活化能降到 42 kJ mol 1 加入催化剂后反应速率 为原来的 A 29 倍 B 1 10 3 倍 C 1 2 105 倍 D 5 10 2 倍 解 选 C 依据阿仑尼乌斯指数式 k A e 可得RTEa 5298314 012 10 ee21 RTEak 5 某反应的速率常数为 2 15 L2 mol 2 min 1 该反应为 A 零级反应 B 一级反应 C 二级反应 D 三级反 应 解 选 D 对于一个基元反应 aA bB cC dD 有反应速率为 则其速率常数 k 的单位的通式可写成 mol L 1 1 a b s 1 反 A Babvkc 推可以得到为三级反应 6 已知反应 2NO g Cl 2 g 2NOCl g 的速率方程为 v kc 2 NO c Cl2 故该反应 A 一定是复杂反应 B 一定是基元反应 C 无法 判断 解 选 C 基 元 反 应 符 合 质 量 作 用 定 律 但 符 合 质 量 作 用 定 律 的 不 一 定 都 是 基 元 反 应 反 应 是 基 元 反 应 还 是 复 杂 反 应 要 通 过 实 验 来 确 定 7 已知反应 N 2 g O2 g 2NO g rHm 0 当升高温度时 K 将 A 减小 B 增大 C 不变 D 无法判断 解 选 B 根 据 吕 查 德 里 原 理 对 吸 热 反 应 当 升 高 温 度 时 平 衡 就 向 能 降 低 温 度 即 能 吸 热 的 方 向 移 动 即 反 应 正 向 进 行 平 衡 常 数 将 增 大 8 已知反应 2SO 2 g O2 g 2SO3 g 平衡常数为 K1 反应 SO 2 g O2 g SO3 g 平衡常数为 K2 则 K1 和 K2 的关系为 1 A K1 K 2 B K 1 C K2 D 1 2K1 K2 解 选 C 根 据 平 衡 常 数 的 表 达 式 平 衡 常 数 与 化 学 反 应 的 化 学 计 量 数 是 有 关 的 化 学 反 应 的 化 学 计 量 数 的 变 化 影 响 着 平 衡 常 数 的 指 数 项 9 反应 2MnO4 5C2O42 16H 2Mn2 10CO2 8H2O rHm 0 且 mrH a b d e 要提高 A 和 B 的转化率 应采取的措施是 A 高温低压 B 高温高压 C 低温低压 D 低 温高压 解 选 B 根 据 吕 查 德 里 原 理 对 吸 热 反 应 当 升 高 温 度 时 平 衡 就 向 能 降 低 温 度 即 能 吸 热 的 方 向 移 动 当 增 大 压 力 时 平 衡 就 向 能 减 小 压 力 即 分 子 化 学 计 量 数 之 和 小 的 方 向 移 动 所 以 为 提 高 反 应 物 A 和 B 的 转化率 应采 取的措施是高温高压 二 填空题 1 已知反应 2NO g 2H 2 g N2 g 2H2O g 的反应历程为 2NO g H 2 g N2 g H2O2 g 慢反应 H 2O2 g H2 g 2H2O g 快反应 则该反应称为 复杂反应 反应 此两步反应均称为 基元反应 反应 而反应 称为总反应的 定速步骤 总反应的速率方程近似为 v kc H 2 c2 NO 此反应为 3 级反应 2 已 知 基 元 反 应 CO g NO2 g CO2 g NO g 该 反 应 的 速 率 方 程 为 v kc CO c NO2 此 速 率 方 程 为 质量作用 定 律 的 数 学 表 达 式 此 反 应 对 NO2 是 1 级 反 应 总 反 应 是 2 级 反 应 3 催 化 剂 加 快 反 应 速 率 主 要 是 因 为 催 化 剂 参 与 了 反 应 改变 反 应 途 径 降低了活化能 4 增 加 反 应 物 浓 度 反 应 速 率 加 快 的 主 要 原 因 是 活化分子总数 增 加 提 高 温 度 反 应 速 率 加 快 的 主 要 原 因 是 活 化 分 子 百 分 数 增 加 5 增 加 反 应 物 的 量 或 降 低 生 成 物 的 量 Q K 所 以 平 衡 向 逆 反 应 方 向 移 动 6 对 于 气 相 反 应 当 n 0 时 增 加 压 力 时 平 衡 不 移 动 当 n 0 时 增 加 压 力 时 平 衡 向 逆 反 应 方 向 移 动 7 在 气 相 平 衡 PCl5 g PCl3 g Cl2 g 系 统 中 如 果 保 持 温 度 体 积 不 变 充 入 惰 性 气 体 平 衡 将 不 移 动 如 果 保 持 温 度 压 力 不 变 充 入 惰 性 气 体 平 衡 将 向 右 移 动 8 化学平衡状态的主要特征是 v 正 v 逆 温度一定时 改变浓度 压力可 使平衡发生移动 但 K 值 不变 如温度改变使化学平衡发生移动 此 时 K 值 改变 9 某 化 学 反 应 在 298 K 时 的 速 率 常 数 为 1 1 10 4s 1 在 323 K 时 的 速 率 常 数 为 5 5 10 2s 1 则 该 反 应 的 活 化 能 是 303 K 时 的 速 率 常 数 为 三 简答题 1 根据阿仑尼乌斯指数式 k A e 对一切化学反应 升高温度 反应速RTEa 率均加快吗 反应速率常数的大小与浓度 温度 催化剂等因素有什么关系 解 根据阿仑尼乌斯指数式 k A e 温度与速率常数成正比 而速率常数RTEa 又与反应速率成正比 所以对一切化学反应 升高温度 反应速率均加快 反应速率常数大小由反应物性质决定 与反应物的浓度无关 与温度成正比 加入催化剂 降低了反应的活化能 增大了反应速率常数 从而使化学反应 速率加快 2 反应速率方程和反应级数能否根据化学反应方程式直接得出 次氯酸根和碘 离子在碱性介质中发生下述反应 ClO I IO Cl 其反应历程为 OH 1 ClO H2O HClO OH 快反应 2 I HClO HIO Cl 慢反应 3 HIO OH H2O IO 快反应 试证明 v kc I c ClO c 1 OH 解 反应速率方程式和反应级数不能根据化学反应方程式直接得出 因为质量 作用定律只适用于基元反应 且用于定速步骤 对于复杂反应的速率方程 只能通过实验获得 因为反应 2 为定速步骤 所以 2 I HClO vkc 由反应 1 可得平衡常数 K 所以 l ClO Hl Kcc 代入速率方程得 整理得 2 ClO I Hcvk 2 ClO IHcvKk 令 k2K k 所以 1 I ClO vkcc 3 写出下列反应的平衡常数 K 的表示式 1 CH 4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l 2 MgCO 3 s MgO s CO2 g 3 NO g O2 g NO2 g 1 4 2MnO 4 aq 5H2O2 aq 6H aq 2Mn2 aq 5O2 g 8H2O l 解 1 2 2 4 CO HpK 2 CO pK 3 4 2 1 N Op 25 6 42 Mn HpcKc 四 计算题 1 A g B g 为二级反应 当 A 的浓度为 0 050mol L 1 时 其反应速率为 1 2 mol L 1 min 1 1 写出该反应的速率方程 2 计算速率常数 3 在 温度不变时欲使反应速率加倍 A 的浓度应为多大 解 1 依题意有 2kcv 2 依据 代入数据计算 得到 A2 2 05 1k minolL480 1 k solL8 3 依据 代入数据计算 得到 c A 2cv 48 22Ac 0 0707mol L 1 2 在 1073K 时 测得反应 2NO g 2H 2 g N2 g 2H2O g 的反应物的初 始浓度和 N2 的生成速率如下表 初始浓度 mol L 1 实验 序号 c NO c H2 1 2sLmolN 的 初 始 速 率生 成 1 2 00 10 3 6 00 10 3 1 92 10 3 2 1 00 10 3 6 00 10 3 0 48 10 3 3 2 00 10 3 3 00 10 3 0 96 10 3 1 写出该反应的速率方程并指出反应级数 2 计算该反应在 1073K 时的速率常数 3 当 c NO 4 00 10 3 mol L 1 c H2 4 00 10 3 mol L 1 时 计算该反应在 1073K 时的反应速率 解 1 设速率方程为 v kcx NO cy H2 代入实验数据得 1 92 10 3 k 2 00 10 3 x 6 00 10 3 y 0 48 10 3 k 1 00 10 3 x 6 00 10 3 y 0 96 10 3 k 2 00 10 3 x 3 00 10 3 y 得 4 2x x 2 得 2 2y y 1 所以 v kc2 NO c H2 2 k 8 10 4 L2 mol 2 s 1 3 v 5 12 10 3 mol L 1 3 已知反应 N 2O5 g N2O4 g O2 g 在 298K 时的速率常数为1 3 46 105s 1 在 338K 时的速率常数为 4 87 107s 1 求该反应的活化能和反 应在 318K 时的速率常数 解 12a12lnTREk 151s046 3K298k 1721s08 4K3kT 则 E a 103 56 kJ mol 1 代入公式 151s046 3K98k 83k 13a1lnTR 得 k3 4 79 106 s 1 4 在 301K 时 鲜牛奶大约 4h 变酸 但在 278K 的冰箱中可保持 48h 假定反 应速率与牛奶变酸的时间成反比 求牛奶变酸的活化能 解 所以 tv1 tk11248122 tk 12a12lnTREk 则 E a 75 16 kJ mol 1 7K30 molJ314 82ln1 aE 5 已知反应 2H 2O2 2H2O O2 的活化能 Ea 71kJ mol 1 在过氧化氢酶的 催化下 活化能降为 8 4 kJ mol 1 试计算 298K 时在酶的催化下 H 2O2 的分 解速率为原来的多少倍 解 ARTEklnln2a2 ARTklnln1a1 25 27 所以 9 4 1010 2a12l 98314 07 12k 即 v2 v1 9 4 1010 6 在 791K 时 反应 CH3CHO CH4 CO 的活化能为 190 kJ mol 1 加入 I2 作催化剂约使反应速率增大 4 103 倍 计算反应在有 I2 存在时的活化能 解 ARTEklnln2a2 ARTEklnln1a1 因为 21a2l 31204 k 所以 K791molJ3 8 9 04lg 1 a3 2 E 则 135 4 kJ mol 12aE 7 已知下列反应在 1362K 时的平衡常数 1 H 2 g S2 g H2S g K1 0 801 2 3H 2 g SO2 g H2S g 2H2O g K2 1 8 104 计算反应 3 4H 2 g 2SO2 g S2 g 4H2O g 在 1362K 时的平衡常 数 K 解 目标方程式 3 可以这样重合得到 3 2 2 1 2 K 5 06 108 2241 810 8 在 800K 下 某体积为 1L 的密闭容器中进行如下反应 2S O2 g O2 g 2SO3 g SO2 g 的 起 始 量 为 0 4 mol L 1 O2 g 的 起 始 量 为 1 0 mol L 1 当 80 的 SO2 转化为 SO3 时反应达平衡 求平衡时三种气体的浓 度及平衡常数 解 2SO2 g O2 g 2SO3 g 起始浓度 mol L 1 0 4 1 0 平衡浓度 mol L 1 0 4 1 80 1 0 4 80 2 804 0 08 0 84 0 32 所以 12 SO 0 8molLc 12 O molLc 13 lc Kc 19 05 L mol 1 12223 olL84 0 3 Sc 因为压力平衡常数 K p Kc RT 1 19 05 8 314 800 kPa 1 0 00286 kPa 1 所以标准平衡常数 K Kp p Kc RT 1 p 0 00286 kPa 1 100 kPa 0 286 9 在 523K 下 PCl5 按下式分解 P Cl5 g PCl3 g C12 g 将 0 7mol 的 PCl5 置 于 2L 密 闭 容 器 中 当 有 0 5mol PCl5 分解时 体系达到平衡 计算 523K 时反应的 K 及 PCl5 分解率 解 PCl5 g PCl3 g Cl2 g 起始浓度 mol L 1 0 35 0 027 0 平衡浓度 mol L 1 0 1 0 25 0 25 5 因为 pV nRT 所以 p cRTRTVn 18 2710 534825 0 PCl PCl 523 523 pRTcppK 71 43 1035 10 反应 C s CO 2 g 2CO g 在 1773K 时 K 2 1 10 3 1273K 时 K 1 6 10 2 计算 1 反应的 rHm 并说明是吸热反应还是放热反应 2 计算 1773K 时反应的 rGm 3 计算反应的 rSm 解 1 由 ln 2r211 KHTR rmH 96 62 kJ mol 12 306 ln 73 olJ34 8 2 2 303RT lgK 2 303 8 314 1773K lg2100 rmH 1KolJ 112 78 kJ mol 1 3 rrrmGTS 1 1rr mr KmolJ 8173KolJ 2609 S 11 在 763K 时反应 H 2 g I2 g 2HI g K 45 9 H 2 I 2 HI 按下列 起始浓度混合 反应将向何方向进行 实验序 号 c H2 mol L 1 c I2 mol L 1 c HI mol L 1 1 0 060 0 400 2 00 2 0 096 0 300 0 5000 3 0 086 0 263 1 02 解 K 45 9 Q1 166 7 K 45 9 反应逆向 140 106 2 自发 Q2 8 68 K 45 9 正向自发 130 96 0 25 Q3 45 9 K 45 9 平衡状态 1263 08 12 Ag 2O 遇热分解 2Ag 2O s 4Ag s O2 g 已知 298K 时 Ag2O 的 fHm 30 59kJ mol 1 fGm 10 82 kJ mol 1 求 1 298K 时 Ag2O s Ag 体系的 p O2 2 Ag 2O 的热分解温度 在分解温度时 p O2 100kPa 解 由题意可得 Ag2O 分解的化学反应吉布斯自由能变 焓变分别为 21 64 kJ mol 1 61 18 kJ mol rmfm G rmfm H 1 1 rlnRTK 2 p 2 O ln64 1pRT p O2 0 0161 kPa061 O 2 pK 2 因为当恰好分解 处于平衡状态时 p O 2 100 kPa 所以 K 1 T1 298 K 则 2rm112lnHR T2 470 K016 lnokJ8 6l34K912 T 第四章思考题与习题参考答案 一 选择题 1 下列说法不正确的是 A 氢原子中 电子的能量只取决于主量子数 n B 多电子原子中 电子的能量不仅与 n 有关 还与 l 有关 C 波函数由四个量子数确定 D 是薛定格方程的合理解 称为波函数 解 选 C 波函数是由三个量子数 n l m 确定的 与自旋量子数 ms 无关 2 下列波函数符号错误的是 A 1 0 0 B 2 1 0 C 1 1 0 D 3 0 0 解 选 C n l m 三个量子数的取值必须符合波函数的取值原则 即 n l m 所以 1 1 0 是错误的 应改为 1 0 0 3 2p 轨道的磁量子数取值正确的是 A 1 2 B 0 1 2 C 1 2 3 D 0 1 1 解 选 D 只有 D 符合磁量子数的取值原则 因为 m 取值受角量子数 l 取值 的限制 对于给定的 l 值 m 0 1 2 l 共 2l 1 个值 2p 轨道的 角量子数 l 1 所以磁量子数 m 0 1 4 基态某原子中能量最高的电子是 A 3 2 1 1 2 B 3 0 0 1 2 C 3 1 0 1 2 D 2 1 0 1 2 解 选 A 对于多电子的原子 其能量高低由 n l 共同决定 二者数值较大且均 符合四个量子数取值原则的就是能量最高的电子 5 某元素原子激发态的电子结构式为 Ar 3d34s24p2 则该元素在周期表中位于 A d 区 B 族 B p 区 A 族 C s 区 A 族 D p 区 B 族 解 选 A 某元素原子激发态的电子结构式为 Ar 3d 34s24p2 由此可知其基态 原子的电子结构为 Ar 3d 54s2 由分区及族的划分原则可知 A 是正确的 6 下列分子中 中心原子采用 sp3 不等性杂化的是 A BeCl2 B H2S C CCl4 D BF3 解 选 B 可用排除法进行选择 BeCl 2 的中心原子采用 sp 等性杂化 CCl 4 的 中心原子采用 sp3 等性杂化 BF 3 的中心原子采用 sp2 等性杂化 7 下列说法不正确的是 A 所有不同类原子间的键至少具有弱极性 B 色散力不仅存在于非极性分子中 C 原子形成共价键数目等于游离的气态原子的未成对电子数 D 共价键的极性是由成键元素的电负性差造成的 解 选 C 原子形成共价键数目等于游离的气态原子的未成对电子数的这种说 法是价键理论的观点 有缺陷 后来发展的杂化轨道理论认为 在形成化学 键的过程中 中心原子的成对电子可以激发到能量相近的原子轨道而杂化成 键 8 下列各物质化学键中只存在 键的是 A CH2O B PH3 C C2H4 D N2 解 选 B 判断某物质化学键中只存在 键就是说该物质不含有双键或三键 PH3 分子中 中心原子采用 sp3 不等性杂化 只存在 单键 而 CH2O C 2H4 含有双键 N 2 含有三键 9 下列各物质化学键中同时存在 键和 键的是 A SiO2 B H2S C H2 D C2H2 解 选 D 判断某物质化学键中同时存在 键和 键的 简单的讲就是该物质 既含有单键 又含有双键或三键 C 2H2 中 C C 原子间含有一个 键和两个 键 A B C 则只存在 单键 10 下列元素电离能 电子亲和能及电负性大小的比较中不正确的是 A 第一电离能 O S Se Te B 第一电子亲和能 O S Se Te C 电负性 Zn Cd Hg D 电负性 Si Al Mg Na 解 选 B 元素的电子亲和能越大 表示元素由气态原子得到电子生成负离子 的倾向越大 该元素非金属性越强 但是因为第二周期原子半径较小 电子 间斥力较大造