无机及分析化学(呼世斌,翟彤宇主编)思考题与习题参考答案.pdf

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（Cl 2H22。11）溶液 B.葡萄糖（C6Hl2。6）溶液C.丙三醇（C 3H8。3）溶液 D.尿素（NH2）2CO）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。2.0.1mo l-k g T下列水溶液中凝固点最低的是（）A.Na Cl 溶液 B.G2H22。”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（0H）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（0H）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O.Ol mo l-L”的电解质Na NChNa 2sO4Na 3PO4 Mg Cl2,它们对 Fe（0H）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(0H)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 mo l H,1 mo l H2so4,1 mo l/H04所表示的基本单元分别是 H、H2s0弓、H2SO4o2.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0.003mo l-LT Ag NC)3溶液和0.008mo l-L 一灰。溶液混合所得的Ag Cl溶胶的胶 团结构式为(AKI)c.C.St)日广.x K+,该溶胶在电场中向 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 Vl n m)、胶体分散系(1 n mt/粗分散系100 n m)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 的加、八八、ATf、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八八九、ATf、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，这个规律称为哈迪一叔尔采规则。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：,SO3：H等对水的亲和力很强，称为亲水基；非极 性基因如脂肪煌基一R,芳香基一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0/W型乳浊液，亲油性乳化剂有利于形成W/0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I?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)加明矶为什么能够净水？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，而明矶的水解产 物A1(OH)3胶粒却带正电荷，当将明矶加入天然水中时，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Na Cl溶液质量为12.003 g,将其蒸干后得到Na C13.173 g,求：(1)Na Cl的质量分数；(2)Na Cl的质量摩尔浓度；(3)Na Cl的物质的量浓度；(4)各组分的摩尔分数。解：(1)MNa Q)=丁二瑞2(2)b(Na Q)-(Na Cl)_ 加(Na Cl)/(Na Cl)加总一加(Na Cl)m 忠 一 m(Na Cl)(3.173/58.443)mo l(12.003-3.173)/1000k g=6.149 mo l-k g-1(3)c(Na Cl)=”(Na Cl)m(Na Cl)/Af(Na Cl)_ 3.173/58.443-v io.oo/iooo=5.429 mo l T“(Na Cl)m(Na Cl)/M(Na Cl)(4)x(Na Cl)=(Na Cl)+(H2O)m(Na Cl)/M(Na Cl)+mHiO/M(H2O)二37京誉黑.5-E 八、(H2O)8.830/18.015 0.4901Y I-1 ill-2/7(Na Q)+A2(H2O)-3.173/58.443+8.830/18.015-0.05429+0.4901 2.今有两种溶液，其一为1.50g尿素(NH2)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，加尿素=未知，由稀溶液 的依数性公式：，可得两种溶液的质量摩尔浓度相等:4(NH2)2CO=Z)(B)设未知物的摩尔质量为(B),代入上式得1.50g/60.06g-mo r1 _ 42,8g/A/(B)(200/1000)k g-(1000/1000)k g解之得：/(B)=342.7 g-mo l 13.将LOO g硫溶于20.0 g蔡中，使蔡的凝固点降低1.30C,蔡的心为6.8k g mo，求 硫的摩尔质量和分子式。解：设未知物的摩尔质量为(B),根据溶液的凝固点降低公式：A/f=Kf.，将数据代入 得：1.30=6.8-k g-mo rI1.00g/A/(B)(20.0/1000)k g解之得 A/(B)=261.5 g-mo l-1由于单个硫元素的摩尔质量为M(S)=32.065g-mo r则M(B)/M(S尸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：S84.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(B),由公式%=储知,0.220K=1.86K-k g-n r119g/M(B)(100/1000)k g解之得(B)=1606.4g-mo l15.101 mg胰岛素溶于10.0mL水，该溶液在25.0C时的渗透压是4.34k Pa,计算胰岛素的 摩尔质量和该溶液的蒸气压下降AM已知25.0C水的饱和蒸气压为3.17k Pa)o解：(1)设胰岛素的摩尔质量为(B),则由渗透压公式知：n=c R 1因而,M(B)=J*mRTM(B)rmRT nv(101/103)g x 8.314Pa-m3 K-1-mo f1 x 298.15K(4.34x 1000)Pa x (10.0/1 CT)m3=5768.7g-mo l-1(2)由拉乌尔定律知，p=p-x3=p-p a+b 限2 17 乂 1 八3 J101 X10一3)/(5768.7g-mo r1)=3.1/x 1U x-(10.0/18.015)mo l=0.09999 Pa6.人体血浆的凝固点为272.59K,计算在正常体温(36.5C)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：=273.15 K-272.59 K=0.56 K由公式A%=Kf.既知，血浆的质量摩尔浓度为mo l-k g 4人体血浆的渗透压为dpc=0.301 mo l-L1n=cBRT=0.301 mo l-V1 x 8.314k Pa-L-K-1-iw l-1 x(276.15+36.5)K=774.9k Pa7.硫化碎溶胶是由下列反应而制得的2H3AsO3+3H2S=As2s3+6H2O试写出硫化碑胶体的胶团结构式(电位离子为HS-)。并比较Na Cl、Mg Cb Al Ch三种电解质对该溶胶的聚沉 能力，并说明原因。解：硫化硅胶体的胶团结构式为(As2s3)机“HS-(x)H+r x H+由于硫化神溶胶带负电荷，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Na Cl、Mg Cl2 Al Ch三种电解质中Na Cl的聚沉能力最小，A1C13 的聚沉能力最大，Mg Cb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25c时用密度为1021k g 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Na Cl的质量分数计为3%,其中的Na Cl完全离子化。解：依题意，每升海水的质量为1021g,其中Na Cl的物质的量(Na Cl)=见 Na Cl)=匕出/海水-Na Cl)M(Na Cl)M(Na Cl)1021g x3%58.443g-mo l-1=0.524 mo l每升海水Na Cl的物质的量浓度:c(Na Cl)=-=0.524 mo l-L1总因为题意假定Na Cl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：n=CRT=2c(Na Cl)7?T=2x0.524mo l-L-1 x 8.314k Pa-L.K-1-rw r1 x298.15K=2597.8k Pa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 k J,做电功50 k J；(2)放热0,不做功，则()A.2=-60k J B.Q=-10 k J C.Q=-40k J D.反应的 Qv=-10k J解：选A。2.在298 K,下列反应中与最接近的是()A.CCU(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4HC1(g)B.Ca O(s)+CO2(g)=Ca CO3(s)C.Cu2+(a q)+Zn(s)=Cu +Zn2+(a q)D.Na +H2O(1)=Na+(a q)+H2(g)+OH一(叫)解:选 C。TA*当=()时,AGa ArH、，反应C中反应物和生成物中无气体物质、物态也无变化，值较小。3.已知反应 2H2(g)+O2(g尸 2H20(g)的 Ar/7m=-483.63 k J-mo F1,下列叙述正确的是()A.Am(H2O,g)=-483.63 k J-mo f1B.-483.63 k J-mo l-1 表示 1 mo l 时系统的焰变C.ArHm0=-483.63 k J-mo f1 表示生成 1 mo l H2O(g)时系统的焙变D.Arm=-483.63 k J-mo f1表示该反应为吸热反应解：选B。A错，根据闵定义,氏0的系数应为1。C错，该方程为表示生成2 mo l氏0(g)时系统的焰变。D错，0时表示该系统能量的增加，该反应为吸热反应，Arm 0,aX0 b.AX.VO,AX0c.AX0,aX0 d.aX0,aX0。且高温自发，低温非自发，根据,G：=八四-g s；判断结果应选Ao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（I）等温，定压且系统只做本积功（非体积功为）的化学反应系统巫14八工（2）：等温，定压且系统只做本积功（非体积功为）的化学反应系统且/八凡（3）A,Gm：等温、定压且系统只作体积功（非体积功为0）的化学反应系统J（4）ArG：标准状态下,等温、定压且系统只作体积功（非体积功为0）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L的单位是 mo l；反应计量式中反应物B的化学计量数vb的值规定为力 值 O4.正、逆反应的ArHm，其绝对值相等,符号 相反;反应的ArHm与反应式的写法 有关。5.所谓标准状态是在指温度丁和标准压力下该物质的状态。其中标准压力Fe=100 k Pa；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：ArG0m（T）=Ar4Gm（7）一T A r群m（7）。若忽略温度对冉、和AS的影响，则可得到该式的近似式：AG；=AH；三、简答题1.区别下列符号的意义。H：系统的状态函数，烙，定义为匕无具体物理意义。H：系统焙的改变值，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口寸，化学反应过程中系统只做体积功，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。M：在温度T时，由参考状态的单质完全生成Imo l物质B时的标准摩尔焰变。S：系统的状态函数，嫡，代表系统的混乱度。S3标准状态下，物质B的摩尔燔j。AX：反应的标准摩尔嫡，标准状态下，化学反应按照给定方程式完全反应系统的嫡变。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。Gm：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。rG标准状态下，化学反应的吉布斯自由能变。AfG：标准摩尔生成反应的吉布斯自由能变。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;N?(g)+-H2(g)=NH3(g),二者的和ArGm是否相同？两者间有何关系？答：不相同，这些符号都与热力学方程式的写法有关。AX_=2AX2四、计算题1.由附录查出298 K时有关的A/：数值，计算下列反应的(已知：2H仆1)=50.63 k J-mo l-1)0 N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)(2)H20(l)+102(g)=H202(g)(3)H2O2(g)=H2O2(l)不查表，根据上述3个反应的Ar：,计算下列反应的Ar：。N2H4(l)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(l)解：(1)-(3)x 2 得(4)(4)-(2)x 2 即得所求式。查表计算得 A,；,=-622,33k J-mo l ,(2)=149.74k J.mo l tAr：,=-51.50k Jn x)l T43(4)1=818.8k J mo L2.甘氨酸二肽氧化反应为3O2(g)+C4H8N2O3(s)=H2NCONH2(s)+3CO2(g)+2H2O(l)Af簿(C4H8N2O3,s)=-745.25 k J-mo l(H2NCONH2,s)=-333.17 k J-mo F1计算：(1)298 K时，甘氨酸二肽氧化反应的标准摩尔焰。(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 Af H；(C4H8、。3=-745.25k J-mo l”(H2NCONH2,s)=-333.17k J-mo r1此(CO2,g)=-393.51k J-mo r1此(H2O,l)=-285.85k J-mo r1所以 3O2(g)+C4H8N2O3(s)=H2NCONH2(s)+3 CO2(g)+2 H2O(1)H”=(H2NCONH2,s)+3 x AH(CO2,g)+2 X(H2O,1)-(C4H8N2O3,s)=-1340.15 k J-mo l-1(2)因为 M(C4H8N2O3)=132g-mo r1,所以 1g C4H8N2O3 氧化时放热：(1340.154-13)k J=10.15k J3.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A。：，判断尿素能否 由二氧化碳和氨自发反应得来。反应：CO2(g)+2NH3(g)=(NH2)2CO(s)+H2O(l),(已知 AfG,(NH2)2CO,s)-197.15 k J-mo l-1)解：CO2(g)+2NH3(g)=(NH2)2CO(s)+H2O(l)ArG：=AfG：(NH2)2CO,s)+AfG：(H2O,l)-AfG：(CO2,g)+2AfG：(NH3,g)=(-197.15k Jmo r1)+(-237.14k Jmo r1)-(-394.38k Jmo r1)+2x(-16.12k Jmo r1)=(-434.29k J-mo l-1)-(-426.62k J-mo l-1)ArG；0,反应自发进行，说明氨和CO2能合成尿素。4.定压下苯和氧反应：C6H6(1)+y O2(g)=6CO2(g)+3H2O(l)o 在 25c和标准状态下，0.25 mo 液态苯与氧反应放热816.91 k J,求1 mo l液态苯和氧反应时焰变和热力学能变。解：=-816.96k J x l m01-=-3267.64k J-mo l-1 r m 0.25mo l-AnRT=-3267.64k J-1 -|mo l x 8.341 J-K-1 x 298K x W3k J-J1 r m r m(22)=3263.92k J5.已知下列反应的标准摩尔焰(DC(石墨,s)+O2(g)=C02(g)Ar；=-393.51 k J mo l(2)H2(g)+1o2(g)-H2O(1)A/，=285.85 k J7(3)CH3COOCH3(1)+-O2(g)=3CO2(g)+3H2O(l)AJY33=1788.2 k J mo l 计算乙酸甲酯(CH3c o OCH3,1)的标准摩尔生成焰o 解：乙酸甲酯的标准摩尔生成反应为3C(石墨，s)+02(g)+3H2(g)=CH3COOCH3(1)根据盖斯定律，题中所给的反应式(I)x 3+(2)x 3(3)即为CH3COOCH3的生成反应，所以A/(CH3COOCH3,l)=3Ar1+3Ar2-Az.甘油醛3磷酸一2c H3c H20H(1)+2c。2值)。查 附录，计算标准状态和298 K时全发酵过程的标准摩尔焙Ar：。(各物质的溶解热可忽略，已知葡萄糖的 Afa(C6H12O6,s)=-1274.4k J mo f)解：因为葡萄糖的全发酵过程的方程式可写为C6Hl2。6(S)=2c H3c H20H(/)+2CO2(g)所以=2八冏(CH3c H 2 OH,1)+2Af/7：(CO2,g)-(C6H12O6,s)=2x(-276.98 k J-mo F1)+2x(-393.51 k J-mo f1)(1274.4k Jmo)=2615.38 k J-mo f17.液态乙醇的燃烧反应：C2H5OH(1)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(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C2H50H(1)+302(g)=2CO2(g)+3H2O(1)是乙醇的完全燃烧反应贝|J：A：=A：(C2H5(3H,1)=7366.75 k J-mo l-1M(C2H5OH)=46 g-mo l-1,则一设r=2iw l,AH=2mo l x(1366.75k J-mo)=2733.5k J46g-mo l-18.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2N2H4(1)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)利用有关数据，计算反应在298 K时的标准摩尔焰Ar：。若该反应的热能完全转变为使100k g重物垂直升高的位能，试求此重物可达到的高度(已知：2H91)=50.63 k J-mo l)o解：根据反应2N2HMl)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)计算其反应的标准摩尔焰A,卜品=3 A/：(N2,g)+4AX(H2O,g)-2A 冏(N2H4,1)-闻(N2O4,g)=0+4x(24L84k J-mo L)2义50.63 k Jmo L 9.66 k Jn o L=-1078.28 k J-mo l-1设重物可达到的高度为，则它的位能为加g=100 k g x 9.8 m-s-2-h=980 Nh根据能量守恒定律 980Nh=1078.3x l 03J,/z=1100m9.植物体在光合作用中合成葡萄糖的反应可近似表示为6CO2(g)+6H2O(l)=C6H12O6(s)+6O2(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 Af GMC6H12O6，s）=-910.5k J-mo r）。解：6CO2(g)+6H2O(/)=C6H12O6(g)+60(g)AX=AfG：(C6H12O6,s)+6AfG：(O2,g)-6AfG：(CO2,g)-6AfG：(H2O,l)=-910.5 k J-mo f1+0-6x(394.38k J-mo)一6x(237.14k Jmo-)=2878.62 k J-mo l-110.查教材附录数据计算25c时反应C2H4值)+应值尸C2H(,(g)的AG：,指出该反应在25c 和l OOKPa下的反应方向。解：C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)ArG：=Af G：(C2H6,g)-Af G：(H2,g)-Af G：(C2H4,g)=-32.86k Jmo一068.15k Jmo L=l Ol.Ol k J-mo r1在25c和l OOk Pa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A。：，从热力学角度判断选择哪个反应最好。(1)N2(g)+O2(g)=2NO(g)(2)2N2(g)+O2(g)=2N2O(g)(3)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)解：(1)N2(g)+O2(g)=2NO(g)ArG：1=2x AfG：(NO,g)-AfG：(N2,g)-AfG：(O2,g)=2x 86.69 k J-mo r-O-O=173.38 k J-mo l-1(2)2N2(g)+O2(g)=2N2O(g)Ar=2x AfG：(N2O,g)-2x AfG：(N2,g)-AfG：(O2,g)=2x 103.66 k J-mo l1=207.32 k J-mo l-1(3)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)rGb=2Af G：(NH3，g)=2x(16.12 k J-mo l 1)=32.24 k J-mo l1因为AG%0 AG。只有rUjVO,所以选择(3)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)N2(g)+O2(g)=2NO(g)(2)NH4HCO3(s)=NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)(3)2NH3(g)+3O2(g)=NO2(g)+NO(g)+3H2O(g)(已知：Af7/(NH4HCO3,s)=-849.4 k Jmo l1；5,(NH4HCO3,s)=121 J.mo l1-K-1)o解：(1)N2(g)+O2(g)=2NO(g)AX51=2x Af7/：(NO,g)-AX(N2,g)-AX(O2，g)=2x 90.37k J-mo r1=180.74mo ri=2x 210.77k J-mo r-191.60 J-mo l-1-K-1-205.14 J-mo F1-K-1=24.8J-mo r1-K-1_180.74k J-mo L转24.8J-mo l Ki=7288 K(2)NH4HCO3(s)=NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)=168.09kmo&=474.34 J-mo l T 转=354.4K(3)2NH3(g)+3O2(g)=NO2(g)+NO(g)+3H2O(g)冏=509.38k J-mo L ArS,=16.76 J-mo l-11因为AX 0标准状态及任何温度下反应均自发。13.固体 Ag NO3 的分解反应为 Ag NO3(s)=Ag(s)+NO2(g)+102(g)查教材附表并计算标准状态下Ag NCh分解的温度。若要防止Ag NCh分解，保存时应采取 什么措施。解：Ag NCh分解的温度即为反应Ag NO3(s)=Ag(s)+NO2(g)+1。2值)的转化温度A根据公式：T转 转aS冏=Af/：(NO2,g)+冏(Ag,s)+1 冏,g)-Af/f：(Ag NO3,g)=33.85k J-mo-(-123.14k J-mo rl)=156.99 k J-mo l 1A=15：(O2,g)+5：(NO2,g)-|5：(Ag,s)-5：(Ag NO3,s)一=-X 205.14J-mo r1K-1+240.06J-mo r1-K-1+42.72 140.92 J-mo l K12=244.43 J-mo l 4-K-1辜=&鬻展=642K=(642-273)86分解温度7369若要防止Ag NCh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2SO2(g)+O2(g)No(g；2SO3(g)下列儿种速率表达式之间关系正确的是()A.dc(S C2)=公(。2)B.dc(S O2)_ dc(S O3)dt dt d/2d/C dc(S O3)_ dc(O2)D dc(S C)3)_ dc(O2)2dZ dt 2dt dt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：-1-1754-,d e a d(?B 丫 zy=-=-=-=-vAd Z vBd/vYd Z vzd Z2.由实验测定，反应 H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的速率方程为尸阳Hz)/?),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()0A.2v B.4v C.2.8v D.2.5v解：选C。依据化学反应的速率方程户砥H2)/2(C12),氏和。2浓度增大都增大一倍时，速率应该增大2后倍，即相当于2.8出。3.测得某反应正反应的活化能&正=70 k J-mo l1,逆反应的活化能显逆=20 k J-mo l1,此反应的 反应热为()A.50 k J-mo l-1 B.-50 k J-mo l-1 C.90 k J-mo l-1 D.-45 k J-mo l-1解：选A。依据过渡态理论，反应热可以这样计算：0=Ea,正一旦,逆。4.在298K时，反应2H2。2=2丹0+02，未加催化剂前活化能昂=71 k J-mo，加入Fe?+作催化剂后，活化能降到42k J-mo，加入催化剂后反应速率为原来的()。A.29 倍 B.l x l()3倍 C.1.2x l()5倍 D.5x l()2倍E 7 号一42 29000解：选C。依据阿仑尼乌斯指数式上=4e 访，可得=e您=e8-3,4x298=1.2x l 05 k 5.某反应的速率常数为2.15 Imo产.min”,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，a A+bB=c C+d D,有.反应速率为v=M(A)c(B)则其速率常数左的单位的通式可写成：(mo l-L/)】a b.s L反推可以得到为三级反应。6.已知反应2NO(g)+Cl2(g)=2NOCl(g)的速率方程为尸小(NO)c(Cb)。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 N2(g)+O2(g)=2NO(g)ArHmO，当升高温度时，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 2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)平衡常数为 K化反应 SO2(g)+iO2(g)=SCh(g)平衡常数为K2。则A?和殳的关系为()A.K=K B.K，=圾 C.K2，=阿 D.2K/=域解：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 2Mn O4-+5C2O42-+16H+=2Mn 2+10CO2+8H2O Ar/me0,且 要提高A和B的转化率，应采取的措施是()oA.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)+2H2(g)=N2(g)+2H2O(g)的反应历程为 2NO(g)+H2(g)=-N2(g)+H2O2(g)(慢反应)H2O2(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=h(Hz)c 2(N0),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=k c(CO)c(NOz)；此速率方程为 质量作用 定律的数学表达式,此反应对NO?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，力纥反应途径，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，。三，所以平衡向正反应方向移动；对放热反 应，提高温度，Q*,所以平衡向逆反应方向移动。6.对于气相反应，当上0时，增加压力时，平衡不移动；当上0时，增加压力 时，平衡向正反应方向移动；当A”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逆；温度一定时，改变浓度、压力可使平衡发生移动,但士值_不变,如温度改变使化学平衡发生移动，此时口值_改变。9.某化学反应在298 K时的速率常数为1.1x 10 s，在323 K时的速率常数为5.5x 10Vo则该反应的活化能是,303 K时的速率常数为 o三、简答题:1.根据阿仑尼乌斯指数式上=4e一行，对一切化学反应，升高温度，反应速率均加快吗？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左=/七一/，温度与速率常数成正比，而速率常数又与反应速率 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：C10+I-为410+c r其反应历程为(1)CIO-+H20=HC1O+OH-(快反应)(2)r+hcio=hio+c r(慢反应)(3)HIO+OH=H20+10-(快反应)试证明 v=h()c(c ic r)/(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y=a)c(HC10)由反应(1)可得平衡常数K=o(HC1O”(OH-)所以(002c(Cl O)c(OH)代入速率方程得：ic(r)K?2)整理得：y=K&c(r)巨第 c(OH)c(OH)令 k2K=k 所以 v=阳)c(CQ)cT(