工程化学基础(第二版)练习题参考答案讲课稿.doc

此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除浙江大学练习题参考答案第一章 绪 论练习题（p.9）1. （1）； （2）； （3）； （4）。2. （1）C、D；（2）C；（3）B。3. 反应进度； mol。4. 两相（不计空气）；食盐溶解，冰熔化，为一相；出现AgCl，二相；液相分层，共三相。5. 两种聚集状态，五个相：Fe（固态，固相1），FeO（固态，固相2），Fe2O3（固态，固相3），Fe3O4（固态，固相4），H2O（g）和H2（g）（同属气态，一个气相5）6. n =（216.5 180）g / (36.5g mol-1) = 1.0 mol7. 设最多能得到x千克的CaO和y千克的 CO2，根据化学反应方程式： CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) 摩尔质量/gmol-1 100.09 56.08 44.01 物质的量/mol 因为n(CaCO3)=n(CaO)=n(CO2) 即 = 得 x =m(CaO) =532.38kg y =m(CO2) =417.72kg 分解时最多能得到532.28kg的CaO和417.72kg的CO2。8. 化学反应方程式为3/2H2+1/2N2 = NH3时：化学反应方程式为3H2+ N2 = 2NH3时：当反应过程中消耗掉2mol N2时，化学反应方程式写成3/2H2+1/2N2 = NH3，该反应的反应进度为4 mol；化学方程式改成3H2+ N2 = 2NH3，该反应的反应进度为2 mol。 9. n（H2）=（H2）=0.5 mol(2)=1 mol n（H2O）=（H2O）=0.5 mol2=1 mol 消耗掉1 molH2，生成1 molH2O。思考题1 略。2 物质层次有哪些？各层次物质运用适用的理论是什么？答：（1）宏观物体牛顿力学; （2）微观物体量子力学； （3）宇官物体广义相对论； （4）渺观物体超弦（？）3.略。4.以人体或烧结炉为例说明系统和环境的划分和确定不是绝对的，而是相对的。 答：系统的选择根据研究需要而定，不同的方法和不同的角度对系统的划分也不同。以烧结炉为例，在烧结炉中放置两块金属如铁片和银片，其间放有低熔点合金如锡和鉍的合金，在可控还原气氛如氮和氢的混合气体保护下加热，则两块难熔金属将被烧结在一起。在这个例子中，如果要讨论烧结工艺的有关问题就可以把整个烧结炉作为系统，它包括金属片、低熔点合金和气体介质，而烧结炉外空间中的物质则均为环境。如果想研究烧结炉内可控保护气体间发生的反应，那么就可把氮气分解的化学反应当作一个系统加以讨论。而炉膛内的支架、难熔合金片、低熔点等物质及绝热均为环境。可见，“系统”的确定是根据研究对象的需要划分的。5.略。6.20 的实验室内，把一只盛有水和冰的但没有盖的瓶子作为一个系统来研究，那么该系统可称为什么系统？它可与环境交换些什么？若盖上盖子密封，则情况怎样？这个系统称为什么系统？若将这个瓶子用绝对隔热（实际上是不可能的）石棉布包裹，情况又如何？这个系统称为什么系统？如果把整个实验室作为一个孤立系统来讨论，此时需要什么条件？答：（1）敞开系统，物质和能量的交换； （2）封闭系统，能量的交换； （3）孤立系统，既无物质的交换也无能量的交换；7.略。8.摩尔（mol）是物质的量的单位，使用时应注意什么？答：在使用物质的量的单位时必须指明基本单元。9.略。10.反应进度的物理意义是什么？能不能随便改动化学反应方程式？生成一定量的时，反应与反应的反应进度是否相同？答：（1）物理意义：反应系统中任何一种反应物或生成物在反应过程中物质的量的变化c与该物质的化学计量数的比值。 （2）因反应进度与化学计量数有关，故不能随便改动化学反应方程式。 （3）生成物的物质的量一定，化学计量数不同，则反应进度也不同。第二章 物质的化学组成和聚集状态2.1 物质的化学组成练习题(p.23)1 化学式或名称名称或化学式配位中心配位体配位原子配位数KPt(NH3)C13三氯一氨合铂()酸钾Pt()NH3,ClN,Cl4Na2Zn(OH)4四羟合锌()酸钠Zn()OHO4Ni(en)3SO4硫酸三乙二胺合镍()Ni()H2NCH2CH2NH2(en)N6Co(NH3)5ClC12二氯化一氯五氨合钴()Co()NH3,ClN,Cl6Na2CaY乙二胺四乙酸合钙()酸钠Ca()(-OOCCH2)2NCH2-CH2N(CH2COO-)2(EDTA或Y4-)N,O6Ni(CO)4四羰合镍(0)Ni(0)COO4氯化二氨合银(I)Ag(NH3)2C1Ag(I)NH3N2六氰合铁()酸钾K4Fe(CN)6Fe()CNN6其中，螯合物有：（3）Ni(en)3SO4和（5） Na2CaY2答：金刚石、石墨和碳团簇都是碳的同素异形体。金刚石的C原子之间通过共价键形成原子晶体，是天然产物中硬度最大、熔点最高(3550)、不导电的贵重材料；石墨晶体中同层粒子间以共价键结合，平面结构的层与层之间则以分子间力结合。由于层间的结合力较弱，容易滑动，所以有导电性和滑动性, 用于铅笔芯、润滑材料、电极材料。碳团簇, 如C60, 是由60个碳原子以20个六边形和12个五边形相间组成的32面体球形分子，形如足球，具有类似“烯烃”的某些反应性能，也称“足球烯”，球碳团簇及其衍生物在超导电性、半导体、非线性光学等方面具有奇异性能。碳纳米管是一种由单层或多层石墨卷成的纳米微管，多层碳管各层之间的间隔为石墨的层间距。碳管两头可以是空的，也可被半个C60或更大的球碳所封闭。碳纳米管可以是不同禁带宽度的半导体，可以用于未来电子工业制造电子器件和超薄导线，使电子芯片集成度更高，体积更小, 也是制备高强度轻质材料的理想组元。3 Sn1xCnxO2 ，存在于黑漆古铜镜中，是表层耐磨物质；Y2O2S:Eu3+ ，可用作彩色电视的发光材料；GaAs1-xPx，制备发光二极管的材料。（另外还可以举出许多例子）4聚苯乙烯 中的链节、重复单元都是，聚合度是n。聚酰胺610有两个链节：，两个链节组成一个重复单元, 聚酰胺的聚合度是2n。【注意】高分子化合物的重复单元可以包含不同的链节，聚合度以链节数来计量。特别注意，在聚酰胺化学式中，名称后的第一个数字指二元胺的碳原子数，第二个数字指二元酸的碳原子数，所以聚酰胺610是由己二胺和癸二酸为单体缩聚而得的。5 名称化学式类型聚丙烯碳链高分子聚丙烯腈碳链高分子尼龙66杂链高分子聚二甲基硅氧烷元素有机高分子6 高分子名称单体化学式命名聚乙烯CH2CH2乙烯聚丙烯CH3CHCH2丙烯聚氯乙烯ClCHCH2氯乙烯聚苯乙烯苯乙烯聚四氟乙烯CF2CF2四氟乙烯聚异戊二烯CH2CCHCH2CH32-甲基-1，3-丁二烯（异戊二烯）聚酰胺H2N(CH2)6NH2HOOC(CH2)4COOH己二胺己二酸NH(CH2)5C=O 己内酰胺聚甲基丙烯酸甲酯CH2CCOOCH3CH32-甲基-丙烯酸甲酯聚环氧乙烷CH2CH2O环氧乙烷聚丙烯腈CH2CHCN丙烯腈聚丙烯酰胺丙烯酰胺聚对苯二甲酸乙二(醇)酯HO CH2 CH2OH1，4-苯二甲酸（对苯二甲酸）乙二醇酚醛树脂 ，HCHO苯酚甲醛聚二甲基硅氧烷二甲基二羟基硅烷ABSCH2CHCN，CH2CHCHCH2，丙烯腈，1，3-丁二烯，苯乙烯7答：蛋白质分子是一条或多条多肽链构成的生物大分子，多肽链由氨基酸通过肽键（酰胺键，CONH）共价连接而成，相对分子质量可从一万到数百万。各种多肽链都有自己特定的氨基酸顺序，人体蛋白质由20种氨基酸组成，除脯氨酸外，其它19种均是-氨基酸，结构通式为RCH(NH2)COOH，R是每种氨基酸的特征基团。蛋白质有不同层次的结构，分为一级、二级、三级和四级结构。多肽链中氨基酸的数目、种类和连接顺序称为蛋白质的一级结构；多肽链中若干肽段在空间的伸张方式，如-螺旋、-折叠等称二级结构；多肽链在二级结构基础上，依靠基团相互作用进一步卷曲、折叠而成的更复杂的三维空间结构称三级结构；两条或两条以上具有三级结构的多肽链按特定方式结合而成的聚合体称四级结构。一级结构又称为基本结构，二级结构以上属高级结构。通常只有那些具有高级结构的蛋白质才有生物活性。脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)由磷酸、脱氧核糖或核糖、有机碱组成，有机碱分别为腺嘌呤（Adenine），鸟嘌呤（Guanine），胞嘧啶（Cytosine），胸腺嘧啶（Thymine）和尿嘧啶（Uracil），简称A，G，C，T，U。它们的基本结构单元是单核苷酸，单核苷酸通过3，5-磷酸二酯键互相连接形成多核苷酸链。DNA和RNA结构之间的主要区别在戊醛糖和嘧啶碱上。核酸与蛋白质一样，也有特殊的空间结构，DNA通过碱基互补配对原则形成双螺旋结构。DNA和RNA的基本化学组成组成DNARNA酸H3PO4H3PO4戊醛糖 脱氧核糖 核糖有机碱嘌呤碱腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G）腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G）嘧啶碱胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）单核苷酸3腺嘌呤脱氧核苷酸 5胸腺嘧啶脱氧核苷酸3 鸟嘌呤核苷酸 5 尿嘧啶核苷酸8（1）金属有机，CO，CO，化学气相沉积。（2）DNA，RNA，蛋白质。思 考 题1. 分析配位中心和配体的特征，为什么螯合物特别稳定？答：配位中心：处于配合物中心的位置的正离子或中性原子；配体：按一定空间位置排列在配位中心周围的负离子或中性分子。由于螯合效应，所以螯合物的稳定性很强。2. 联系实际，简述团簇、非整比化合物在工程应用中的重要性。答：碳纳米管可用于未来电子工业制造电子器材和超细导线，使电子芯片集成度更高，体积更小。碳纳米管有优异的力学性能，有很好的韧性，弹性比碳纤维高5个数量级，是制备高强度轻质材料的理想组元。非整比化合物等在材料中十分重要，可以控制或改善无机固体材料的光、电、声、磁、热和力学性质。例如，碳化物、氮化物在钢材中可以有效的提高钢材的硬度。3. 略。4. 联系实际，体会一般高分子化合物和生物大分子的异同。略5. 比较蛋白质和核酸在生物体内的重要作用，现代生物工程主要包括哪些方面？答：略。2.2 固 体练 习 题 （p.32）1（1）B，F。 （2）D。（3）C、D、E、F，D、F。（4）A。2熔点高低为：MgOCaOCaF2CaCl2。因为电荷之间作用力为f = k(Q+Q)/(r+r)2，典型离子晶体的熔点与其作用力有相同的变化规律，其中以Q+、Q为主，r+、r为参考。3熔点高低为：SiCSiBr4SiF4。因为粒子间作用力大小与晶体的熔点高低规律一致，SiC是原子晶体，SiF4和SiBr4为分子晶体，原子晶体以共价键结合，分子晶体以分子间力结合，共价键作用强于分子间力。在同为分子晶体的SiF4和SiBr4中，SiBr4的相对分子质量大于SiF4，前者分子间力大于后者。4因为钠卤化物是离子晶体，而所列硅卤化物均为分子晶体。离子晶体以离子键结合，离子间作用力大，而分子晶体以分子间力结合，分子间力较离子键弱，所以硅卤化物的熔点总比钠卤化物的低。离子键强弱随电荷数增大而增强，而分子间力随相对分子量的增大而增强，所以两者间变化规律不一致。5(1) 熔点由高到低为：BaCl2FeCl2AlCl3CCl4。因为BaCl2为典型的离子晶体，熔点较高；FeCl2和AlCl3同为过渡型晶体，高价态的倾向于形成共价键为主的分子晶体，熔点、沸点较低；低价态的倾向于形成以离子键为主的离子晶体，熔点、沸点较高。正离子价态越高，吸引负离子的电子云的能力越强；负离子的半径越大，其电子云越易被正离子吸引过去。结果减弱了正、负离子间作用力。故AlCl3比FeCl3更偏向于分子晶体，熔点更低；CCl4则为典型的分子晶体，熔点更低。 (2) 硬度从大到小为：SiO2BaOCO2。因为SiO2是原子晶体，硬度最大；BaO是典型的离子晶体，硬度较大；CO2为典型的分子晶体，硬度最小。6耐高温金属：W(钨，熔点3410)，Re(铼，熔点3180) 。W和Re用于测高温的热电偶材料。易熔金属：Hg(汞，熔点38.87)，用于测体温的温度计。Sn(锡，熔点231.9)，用于制作自动灭火设备、锅炉安全装置、信号仪器(表)、电路中的保险丝等的合金材料。7非晶态线型高分子聚合物在不同温度下可以呈现出玻璃态、高弹态和粘流态等三种不同的物理状态。低温时处于玻璃态，此时不仅高分子的整个分子链不能运动，连个别的链节也不能运动，变得如同玻璃体一般坚硬。当温度升高到一定程度时，高分子的整个链还不能运动，但其中的链节已可以自由运动了，此时在外力作用下所产生的形变可能达到一个很大的数值，表现出很高的弹性，称为高弹态。当温度继续升高，使整条分子链可以自由运动，成为流动的粘液，此时称为粘流态。由玻璃态向高弹态转变的温度叫做玻璃化温度（Tg）。由高弹态向粘流态转变的温度叫做粘流化温度（Tf）。塑料的Tg高于室温，橡胶的Tg低于室温。作为塑料，要求在室温下能保持固定的形状，因此Tg越高越好。作为橡胶，要求能够保持高度的弹性，因此Tg越低越好。Tf是高分子化合物成型加工的下限温度。温度高，流动性大，便于注塑、浇塑和吹塑等加工。但Tf过高可能引起分解，高分子化合物的分解温度是成型加工的上限温度。对高分子材料的加工来说，Tf越低越好；对耐热性来说，Tf越高越好。Tg与Tf差值越大，橡胶的耐寒、耐热性也越好，其应用温度范围越宽。8（1）基于橡皮室温下处于高弹态这一力学特征。室温下橡皮塞处于高弹态，在外力作用下能产生形变，表现出很高的弹性，故可以密封容器口使其不漏气。（2）基于BaCl2的高温稳定性。BaCl2是典型的离子晶体，熔点高，稳定性较好，不易受热分解，其熔融态可用作高温时某些金属的加热或恒温介质，即盐浴剂，使该经高温处理的金属慢慢冷却保持晶形。（3）基于金属有机化合物中化学键的不同稳定性。过渡金属有机化合物中，MC键不是典型的离子键，键能一般小于CC键，容易在MC处断裂，用于化学气相沉积（CVD），能沉积成高附着性的金属膜，致密的金属膜附着在玻璃上制得镜子。2.3 液体和液晶练 习 题(p.44)1（1）饱和，方向，降低，氢，氧（2）1千克溶剂（3），-SO3-，C17H35，O(CH2CH2O)，R ，油包水型乳状液（4）8，润湿剂；16-18，洗涤剂、增溶剂。（5）热致液晶，溶致液晶2 (1) pH大小：10时20时50时，因为pH=1gc(H+)c，Kw=c(H+)cc (OH)c，Kw随温度升高而升高，故c(H+)随温度升高而升高，pH随温度升高而减小。(2) 电导率大小：10时20时0.2molkg10.5molkg1，因为，表示溶液的凝固点下降值，、分别表示纯溶剂和溶液的凝固点；是溶质的质量摩尔浓度，单位为molkg-1，为凝固点下降常数，取决于纯溶剂的特性而与溶质特性无关。(4) 凝固点高低：C6H12O6的NaCl的Na2SO4的， 因为C6H12O6是非电解质，NaCl 和Na2SO4是强电解质，在水溶液中电离出的离子数不同，0.1 molkg-l NaCl和0.1 molkg-l Na2SO4溶液的实际质点的质量摩尔浓度分别为0.2molkg-l和0.3molkg-l，根据凝固点下降公式，凝固点随质点数的增加而降低。(5) 渗透压高低：0.1molkg10.2molkg1CrCoCu。因为Ti、Cr、Co、Cu的外层电子结构依次为3d24s2、3d54s1、3d74s2、3d104s1，d电子越多,与C成键的可能性越小,因此形成碳化物倾向性也越小。思考题1. p区零族元素和d区第族元素的最外层电子组态是否相同？试写出它们的通式。 答：p区零族元素： ns2np16d区第族元素: (n1)d110ns122. 合金有哪几种基本类型？置换固溶体和间隙固溶体的晶格结构有何区别？ 答：根据合金中组成元素之间相互作用的情况不同，一般可分为三种结构类型：金属固溶体型；金属间化合物型；简单机械混合型。 置换固溶体：溶质原子占据了溶剂原子的位置； 间隙固溶体：溶质原子半径小，分布在溶剂原子空隙之间。3.3 化学键 分子间力 高分子材料练习题(p.86)1（1）c，f （2）a、b，c，d，g (3) a，d (4)d (5)b2乙二胺四乙酸合钙(II)酸钠 ， Ca2+ ， 乙二胺四乙酸 。3化学键氢键分子间力。4聚甲基丙烯酸甲酯是II类给电子性高聚物，它的溶度参数d=19.4(Jcm3)1/2;能溶解它的溶剂必须是弱亲电子溶剂,而且其溶度参数要相近，它们是三氯甲烷 d=19.0(Jcm3)1/2、二氯甲烷 d=19.8(Jcm3)1/2。 聚氯乙烯是I类弱亲电子性高分子化合物，d=19.8(Jcm3)1/2；能溶解它的溶剂必须是给电子性溶剂,而且其溶度参数要相近，它们是环己酮(II类给电子性溶剂) d=20.2(Jcm3)1/2、四氢呋喃(II类给电子性溶剂) d=18.6(Jcm3)1/2。 聚碳酸酯是II类给电子性化合物，d=19.4(Jcm3)1/2；能溶解它的溶剂必须是弱亲电子溶剂,而且其溶度参数要相近，它们是三氯甲烷 d=19.0(Jcm3)1/2、二氯甲烷 d=19.8(Jcm3)1/2。59个s键,2个p键。6第(1)组中的HF、第(2)组中的H2O、第(3)组中的CH3CH2OH、第(4)组中的有氢键。 因为它们中有电负性大的F、O、N等元素，它们将对与其直接相连接的H的电子云强烈吸引，使H裸露成质子，它再吸引F、O、N上的电子云，F、O、N等元素(用X表示)与质子(用H表示)与另一个分子上的F、O、N等元素(用Y表示)形成了XHY多中心轨函而产生了氢键。7聚二甲基硅氧烷的线型分子的化学式 ： 其性质及产生原因：（1）耐热性。这是由于键的键能（452 ）大于键、键。（2）耐寒性。线型有机硅氧烷的分子较对称，硅氧烷的极性不大，因此耐寒性较好。（3） 耐水性。聚有机硅氧烷的侧链是羟基，呈憎水性。（4） 电绝缘性。聚有机硅氧烷具有不随外电场而取向极化的非极性侧基和分子的对称性，因此有高度的绝缘性和介电性能。8 详见教材8384页。注意橡胶和塑料的原料都是高分子化合物，高分子化合物可有不同合成工艺，不同工艺、不同配方所得高分子分子量不同，其Tg、Tf也不同。有时同一种高分子化合物既可作塑料又可作橡胶，聚氨酯类高分子化合物就属这种情况。思 考 题1.化学键是什么？一般可分成几类？各类化学键中原子、电子的关系是怎样？原子在分子中对电子吸引力的大小用什么来衡量？答：化学键：原子结合态（比如分子）中相邻原子间较强烈的相互作用。 一般可分为离子键、共价键两类。 离子键是由正负离子痛过强烈的静电作用而形成的化学键，没有自由电子。共价键是由共享电子对形成的化学键。 电负性来衡量。1. 两个氢原子是怎样结合成分子的？两个氦原子为什么不能结合成分子？答：（1）在氢分子中，两个H原子的1s轨道可以组合成1个的两个分子轨道。而2个1s电子首先填充在成键分子轨道中，填充的结果使整个分子系统的能量降低，因此，分子能够稳定存在。. 3.4 晶体缺陷 陶瓷和复合材料练习题(p.97)1 2 陶瓷由晶相、晶界相、玻璃相和气相组成。晶相是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷的主要性质。 晶界相是多晶结合处的缺陷，对晶体功能影响很大，是功能产生的原因。 玻璃相起粘结作用，能降低烧成温度，可填充气孔气相，可使陶瓷的电热绝缘性能大大提高。 气相不可避免，但可降低到最低程度。气孔可减轻重量，但抗电击穿能力下降，受力时易产生裂缝，透明度下降。3 尽管硅酸盐有多种形式的结构，但都是Si和氧的共价键结合的硅氧四面体负离子基团，基团内镶嵌着金属正离子,与硅氧四面体负离子基团中的氧以离子键结合，其绝缘性取决于负离子基团中的氧与金属离子间的结合力。硅氧西面体的框架是确定的，金属离子的电荷与半径决定了结合力的大小，金属离子的电荷较高,半径大,结合力大。Na+电荷低，半径小，所以含量越低越好。4 氮化硅Si3N4，偏共价键型。 外层电子排布式 14Si1s22s22p63s23p2，7N 1s22s22p3。 电负性Si 1.8 N 3.0。氮化硅耐高温,在1200下可维持室温时的强度和硬度，在氧化情况不太严重的介质中最高安全使用温度可到16001750，用作火箭发动机尾管及燃烧室，无冷却汽车发动机。5铁氧体的化学组成主要是Fe2O3,此外有二价或三价的Mn、Zn、Cu、Ni、Mg、Ba、Pb、Sr、Li的氧化物,或三价的稀土元素Y、Sm、En、Gd、Fb、Dy、Ho和Er系的氧化物。NiMnO3及CoMnO3等虽不含Fe，但也是铁氧体。它可用作计算机和自动化装置中的记忆(贮存)元件,用作隐身材料。6BYCO的化学组成为Ba、Y、Cu的氧化物,但不一定成整数比。它可用作超导材料，制成电缆输电、发动机的线圈、磁力悬浮高速列车。7WCCo金属陶瓷的简单制备过程如下： WO3 + C W + CO2 W(粉末) + C WC(粉末) CoO + C Co(粉末) WC(粉末) + Co(粉末)(烧结)WCCo金属陶瓷 8玻璃钢是一种复合材料，它由合成树脂,如酚醛树脂、环氧树脂及玻璃纤维等组成，将玻璃纤维(增强相)浸渍在树脂(粘结相，基体)中，再加以固化剂、稀释剂、填充剂、增塑剂等辅助材料制成。它的主要优点是质轻，电绝缘性好，不受电磁作用，不反射无线电波，微波透过性能好，耐磨，耐腐蚀，成型简便。可用作汽车、轮船外壳、室内器具等。第四章 化学反应与能源4.1热化学与能量转化练习题(p.106)1(1) a、b；(2) b、d；(3) c；(4) b2 C2H2(g) + 5/2O2 (g) = 2CO2 (g) + H2O(g)DfHmy (298.15)/kJ.mol1 227.4 0 393.5 241.8DrHmy(298.15)=2(393.5) 241.8227.4 kJmol1 =1256.2 kJmol1 CH4(g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O(g)DfHmy (298.15)/kJ.mol1 74.6 0 393.5 241.8DrHmy(298.15)= (393.5) +2(241.8)(74.6) kJmol1 =802.5 kJmol1 C2H4(g) + 3O2 (g) = 2CO2 (g) + 2H2O(g)DfHmy (298.15)/kJ.mol1 52.4 0 393.5 241.8DrHmy(298.15)=2(393.5) +2(241.8)52.4 kJmol1 =1323 kJmol1