山东大学《无机化学》课后习题25.docx
《山东大学《无机化学》课后习题25.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《山东大学《无机化学》课后习题25.docx(21页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
山东大学《无机化学》课后习题25
第二章物质的状态
习题
2.1什么是理想气体?
实际气体在什么条件下可用理想气体模型处理?
实际气体方程是怎么推导出来的?
实际气体在什么条件下可以用理想气体模型处理?
2.2为什么家用加湿器都是在冬天使用,而不在夏天使用?
2.3常温常压下,以气体形式存在的单质、以液体形式存在的金属和以液体形式存在的非金属单质各有哪些?
2.4平均动能相同而密度不同的两种气体,温度是否相同?
压力是否相同?
为什么?
2.5同温同压下,N2和O2分子的平均速度是否相同?
平均动能是否相同?
2.6试验测得683K、100kPa时气态单质磷的密度是2.64g·dm-3。
求单质磷的分子量。
2.71868年Soret用气体扩散法测定了臭氧的分子式。
测定结果显示,臭氧对氯气的扩散速度之比为1.193。
试推算臭氧的分子量和分子式。
2.8常压298K时,一敞口烧瓶盛满某种气体,若通过加热使其中的气体逸出二分之一,则所需温度为多少?
2.9氟化氙的通式为XeFx(x=2、4、6…),在353K、1.56×104Pa时,实验测得某气态氟化氙的密度为
0.899g·dm-3。
试确定该氟化氙的分子式。
2.10温度为300K、压强为3.0×1.01×105Pa时,某容器含640g氧气,当此容器被加到400K恒定后,问当容器内氧气的压力降到1.01×105Pa时,共放出多少克氧气?
2.11为什么饱和蒸气压与温度有关,而与液体上方空间的大小无关?
试计算
(1)303K、空气的相对湿度为100%时,每升空气中水汽的质量。
(2)323K、空气的相对湿度为80%时,每升空气中水汽的质量。
已知303K时,水的饱和蒸气压为4.23×103Pa;323K时,水的饱和蒸气压为1.23×104Pa。
2.12在303K,1.01×105Pa时由排水集气法收集到氧气1.00dm3。
问有多少克氯酸钾按下式分解?
2KClO3===2KCl+3O2
已知303K时水的饱和蒸气压为4.23×103Pa。
2.13298K,1.23×105Pa气压下,在体积为0.50dm3的烧瓶中充满NO和O2气。
下列反应进行一段时间后,瓶内总压变为8.3×104Pa,求生成NO2的质量。
2NO+O2===2NO2
2.14一高压氧气钢瓶,容积为45.0dm3,能承受压强为3×107Pa,问在298K时最多可
装入多少千克氧气而不致发生危险?
2.15将总压强为101.3kPa的氮气和水蒸气的混合物通入盛有足量P2O5干燥剂的玻璃瓶
中,放置一段时间后,瓶内压强恒定为99.3kPa。
(1)求原气体混合物中各组分的物质的量分数;
(2)若温度为298K,实验后干燥剂增重1.50g,求瓶的体积。
(假设干燥剂的体积
可忽略且不吸附氮气)
2.16水的“三相点”温度和压强各是多少?
它与水的正常凝固点有何不同?
2.17国际单位制的热力学温标是以水的三相点为标准,而不用水的冰点或沸点,为什么?
2.18已知苯的临界点为289C,4.86Mpa,沸点为80C;三相点为5C,2.84kPa。
在三相点时液态苯的密度为0.894g·cm-3,固态苯的密度为1.005g·cm-3。
根据上述数据试画出0-300C范围内苯的相图(参照水的相图,坐标可不按比例制作)。
2.19在下列各组物质中,哪一种最易溶于苯中?
H2,N2,CO2
CH4,C5H12,C31H64
NaCl,C2H5Cl,CCl4
2.20由C2H4和过量H2组成的混合气体的总压为6930Pa。
使混合气体通过铂催化剂进行下列反应:
C2H4(g)+H2(g)===C2H6(g)
待完全反应后,在相同温度和体积下,压强降为4530Pa。
求原混合气体中C2H4的物质的量分数。
2.21某反应要求缓慢加入乙醇(C2H5OH),现采用将空气通过液体乙醇带入乙醇气体的方法进行。
在293K,1.01×105Pa时,为引入2.3g乙醇,求所需空气的体积。
已知293K时乙醇的饱和蒸气压为5866.2Pa。
2.22已知金(Au)的晶胞属面心立方,晶胞边长为0.409nm,试求:
(1)金的原子半径;
(2)晶胞体积;(3)一个晶胞中金的原子个数;(4)金的密度。
2.23下面说法是否正确,为什么?
(1)凡有规则外形的固体都是晶体;
(2)晶体一定具有各向异性;
(3)晶胞就是晶格;
(4)每个面心立方晶胞中有14个质点。
2.24已知石墨为层状结构,每个碳原子与同一个平面的三个碳原子相连,相互间的键
角均为120。
试画出石墨的一个晶胞结构图,每个石墨晶胞中含有几个碳原子?
2.25计算下列几种市售试剂的物质的量浓度
(1)浓盐酸,HCl的质量分数为37%,密度为1.18g·cm-3;
(2)浓硫酸,H2SO4的质量分数为98%,密度为1.84g·cm-3;
(3)浓硝酸,HNO3的质量分数为69%,密度为1.42g·cm-3;
(4)浓氨水,NH3的质量分数为28%,密度为0.90g·cm-3。
2.26303K时,丙酮(C3H6O)的饱和蒸气压是37330Pa,当6g某非挥发性有机物溶于120g丙酮时,丙酮的饱和蒸气压下降至35570Pa。
试求此有机物的相对分子质量。
2.27尿素(CON2H4)溶液可用作防冻液,欲使水的冰点下降10K,问应在5kg水中溶解多少千克尿素?
已知水的凝固点下降常数Kf=1.86K·mol-1·kg。
2.28298K时,含5.0g聚苯乙烯的1dm3苯溶液的渗透压为1013Pa。
求该聚苯乙烯的相对分子质量。
2.29人血液凝固点为-0.56℃,求36.5℃时人体血液的渗透压。
已知水的凝固点下降常数Kf=1.86K·mol-1·kg。
2.30一密闭容器放有一杯纯水和一杯蔗糖水溶液,问经过足够长的时间会有什么现象发生?
第三章化学热力学初步
习题
3.0(课本上的3.1,下面的各题序号加1)举例并加以说明:
体系、环境、介苗、宇宙、敞开体系、封闭体系、孤立体系,状态、状态函数、量度性质、强度性质,过程、途径、恒温过程、恒压过程、恒容过程。
3.1什么类型的化学反应QP等于QV?
什么类型的化学反应QP大于QV?
什么类型的化学反应QP小于QV?
3.2在373K时,水的蒸发热为40.58kJ·mol-1。
计算在373K,1.013×105Pa下,1mol水气化过程的△U和△S(假定水蒸气为理想气体,液态水的体积可忽略不计)。
3.3反应H2(g)+I2(g)===2HI(g)的rHm是否等于HI(g)的标准生成焓fHm?
为什么?
3.4乙烯加氢反应和丙烯加氢反应的热效应几乎相等,为什么?
3.5金刚石和石墨的燃烧热是否相等?
为什么?
3.6试估计单质碘升华过程焓变和熵变的正负号。
3.7已知下列数据,求ZnSO4(s)的标准生成热。
(1)2Zn(s)+O2(g)===2ZnO(s)rHm
(1)=-696.0kJ·mol-1
(2)S(斜方)+O2(g)===SO2(g)rHm
(2)=-296.9kJ·mol-1
(3)2SO2(g)+O2(g)===2SO3(g)rHm(3)=-196.6kJ·mol-1
(4)ZnSO4(s)===ZnO(s)+SO3(g)rHm(4)=235.4kJ·mol-1
3.8已知CS2
(1)在101.3kPa和沸点温度(319.3K)时气化吸热352J·g-1。
求1molCS2
(1)在沸点温度时气化过程的U、H、S。
3.9水煤气是将水蒸气通过红热的碳发生下列反应而制得
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)
将反应后的混合气体冷至室温即得水煤气,其中含有CO、H2及少量CO2(水汽可忽略不计)。
若C有95%转化为CO,5%转化为CO2,则1dm3此种水煤气燃烧产生的热量是多少(假设燃烧产物都是气体)?
已知CO(g)CO2(g)H2O(g)
fHm(kJ·mol-1):
-110.5-393.5-241.8
3.10计算下列反应的中和热HCl(aq)+NH3(aq)===NH4Cl(aq)
3.11阿波罗登月火箭用联氨N2H4
(1)作燃料,用N2O4(g)作氧化剂,燃烧产物为N2(g)和H2O
(1)。
若反应在300K,101.3kPa下进行,试计算燃烧1.0kg联氨所需N2O4(g)的体积,反应共放出多少热量?
已知N2H4(l)N2O4(g)H2O(g)
fHm(kJ·mol-1):
50.69.16-285.8
3.12已知下列键能数据
键N=NN-ClN-HCl-ClCl-HH-H
E(kJ·mol-1):
945201389243431436
(1)求反应2NH3(g)+3Cl2(g)===N2(g)+6HCl(g)的rHm;
(2)由标准生成热判断NCl3(g)和NH3(g)相对稳定性高低。
3.13假设空气中含有百万分之一的H2S和百万分之一的H2,根据下列反应判断,通常条件下纯银能否和H2S作用生成Ag2S?
2Ag(s)+H2S(g)===Ag2S(s)+H2(g)
4Ag(s)+O2(g)===2Ag2O(s)
4Ag(s)+2H2S(g)+O2(g)===2Ag2S(s)+2H2O(g)
3.14通过计算说明,常温常压下固体Na2O和固体HgO的热稳定性高低。
3.15反应A(g)+B(s)===C(g)的rHm=-42.98kJ·mol-1,设A、C均为理想气体。
298K,标准状况下,反应经过某一过程做了最大非体积功,并防热2.98kJ·mol-1。
试求体系在此过程中的Q、W、rUm、rHm、rSm、rGm。
3.16炼铁高炉尾气中含有大量的SO3,对环境造成极大污染。
人们设想用生石灰CaO吸收SO3生成CaSO4的方法消除其污染。
已知下列数据CaSO4(s)CaO(s)SO3(g)
△fHm°/kJ·mol-1-1433-635.1-395.7
Sm°/J·mol-1·K-1107.039.7256.6
通过计算说明这一设想能否实现。
3.17由键焓能否直接求算HF(g)、HCl(g)、H2O(l)和CH4(g)的标准生成焓?
如能计算,请与附录中的数据进行比较。
3.18高炉炼铁是用焦炭将Fe2O3还原为单质铁。
试通过热力学计算说明还原剂主要是CO而非焦炭。
相关反应为
2Fe2O3(s)+3C(s)===4Fe(s)+3CO2(g)
Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)
3.19通过热力学计算说明为什么人们用氟化氢气体刻蚀玻璃,而不选用氯化氢气体。
相关反应如下:
SiO2(石英)+4HF(g)===SiF4(g)+2H2O(l)
SiO2(石英)+4HCl(g)===SiCl4(g)+2H2O(l)
3.20根据热力学计算说明,常温下石墨和金刚石的相对有序程度高低。
已知Sm°(石墨)=5.740J·mol-1·K-1,△fHm°(金刚石)=1.897kJ·mol-1,△fGm°(金刚石)=2.900kJ·mol-1。
3.21NO和CO是汽车尾气的主要污染物,人们设想利用下列反应消除其污染:
2CO(g)+2NO(g)===2CO2(g)+N2(g)试通过热力学计算说明这种设想的可能性。
3.22白云石的主要成分是CaCO3·MgCO3,欲使MgCO3分解而CaCO3不分解,加热温度应控制在什么范围?
3.23如3.18题所示,高炉炼铁是用焦炭将Fe2O3还原为单质铁。
试通过热力学计算说明,
采用同样的方法能否用焦炭将铝土矿还原为金属铝?
相关反应为
2Al2O3(s)+3C(s)===4Al(s)+3CO2(g)
Al2O3(s)+3CO(g)===2Al(s)+3CO2(g)
3.24(非课本上的)臭化肥NH4HCO3在常温下极易分解,从而限制了它的使用。
通过热力学计算说明,在实际应用中能否通过控制温度来阻止NH4HCO3的分解?
3.24热力学上时怎样定义物质的标准状态的?
物质的标准摩尔生成热、标准摩尔生成自由能、标准熵是怎样定义的?
其单位分别是什么?
3.25比较下列各组物质熵值的大小
(1)1molO2(298K,1×105Pa)1molO2(303K,1×105Pa)
(2)1molH2O(s,273K,10×105Pa)1molH2O(l,273K,10×105Pa)
(3)1gH2(298K,1×105Pa)1molH2(298K,1×105Pa)
(4)nmolC2H4(298K,1×105Pa)2mol-(CH2)n-(298K,1×105Pa)
(5)1molNa(s,298K,1×105Pa)1molMg(s,298K,1×105Pa)
3.26试判断下列过程熵变的正负号
(1)溶解少量食盐于水中;
(2)水蒸气和炽热的碳反应生成CO和H2;
(3)冰熔化变为水;
(4)石灰水吸收CO2;
(5)石灰石高温分解。
第四章化学反应速率速率和化学平衡
习题
4.1化学反应速率是如何定义的?
反应速率的常用单位是什么?
化学反应的平均速率和瞬时速率有何区别与联系?
4.2实际反应中有没有0级反应和1级反应?
如果有,怎样用碰撞理论给予解释?
4.3当温度相同而反应物起始浓度不同时,同一个反应的起始速率是否相同?
速率常数是否相同?
反应级数是否相同?
活化能是否相同?
4.4什么是基元反应?
什么是非基元反应?
二者有何区别与联系?
4.5如何正确理解反应级数、反应分子数、反应速率常数等概念?
4.6反应的活化能怎样影响化学反应速率?
为什么有些反应的活化能很接近,反应速率却相差很大;但有些反应的活化能相差很大,反应速率却很接近。
4.7已知600K时,一级反应SO2Cl2(g)===SO2(g)+Cl(g)的速率常数为2.0×10-5s-1。
问:
(1)10.0gSO2Cl2(g)分解一半需要多少时间?
(2)10.0gSO2Cl2(g)反应2.0小时之后还剩多少?
4.8实验测得反应S2O82-+3I-===2SO42-+I3-在不同温度下的速率常数如下:
T/K
273
283
293
303
k/mol-1·dm3·s-1
8.2×10-4
2.0×10-3
4.1×10-3
8.3×10-3
(1)试用作图法求此反应的活化能;
(2)求300K时反应的速率常数。
4.9反应H2PO2-+OH-===HPO32-+H2在373K时的有关实验数据如下:
初始浓度
/mol·dm-3·min-1
[H2PO2-]/mol·dm-3
[OH-]mol·dm-3
0.10
1.0
3.2×10-5
0.50
1.0
1.6×10-4
0.50
4.0
2.56×10-3
(1)计算该反应的级数,写出速率方程;
(2)计算反应温度下的速率常数。
4.10假设基元反应A===2B正反应的活化能为Ea+,逆反应的活化能为Ea-。
问
(1)加入催化剂后正、逆反应的活化能如何变化?
(2)如果加入的催化剂不同,活化能的变化是否相同?
(3)改变反应物的初始浓度,正、逆反应的活化能如何变化?
(4)升高反应温度,正、逆反应的活化能如何变化?
4.11已知反应CH3CHO(g)===CH4(g)+CO(g)的活化能Ea=188.3kJ·mol-1,当以碘蒸气为催化剂时,反应的活化能变为Ea'=138.1kJ·mol-1。
试计算800K时,加如碘蒸气作催化剂后,反应速率增大为原来的多少倍。
4.12判断下列叙述正确与否:
(1)反应级数就是反应分子数;
(2)含有多步基元反应的复杂反应,实际进行时各基元反应的表观速率相等;
(3)活化能大的反应一定比活化能小的反应速率慢;
(4)速率常数大的反应一定比速率常数小的反应快;
(5)催化剂只是改变了反应的活化能,本身并不参加反应,因此其质量和性质在反应前后保持不变。
4.13回答下列问题:
(1)一反应体系中各组份的平衡浓度是否随时间变化?
是否随反应物起始浓度变化?
是否随温度变化?
(2)有气相和固相参加的反应,平衡常数是否与固相的存在量有关?
(3)有气相和溶液参加的反应,平衡常数是否与溶液中各组份的量有关?
(4)有气、液、固三相参加的反应,平衡常数是否与气相的压力有关?
(5)经验平衡常数与标准平衡常数有何区别和联系?
(6)在Kp=Kc(RT)n中R的取值和量纲如何?
(7)在△rGm°=RTlnK中R的取值和量纲如何?
(8)平衡常数改变后,平衡位置是否移动?
平衡位置移动后,平衡常数是否改变?
(9)对△rGm°0的反应,是否在任何条件下正反应都不能自发进行?
(10)△rGm°=0,是否意味着反应一定处于平衡态?
4.14写出下列反应的平衡常数表达式:
(1)Zn(s)+2H+(aq)===Zn2+(aq)+H2(g)
(2)AgCl(s)+2NH3(aq)===Ag(NH3)2+(aq)+Cl-(aq)
(3)CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
(4)HgI2(s)+2I-(aq)===HgI42-(aq)
(5)H2S(aq)+4H2O2(aq)===2H+(aq)+SO42-(aq)+4H2O(l)
4.15已知Ag2O(s)的标准生成自由能△fGm°=-11.2kJ·mol-1,标准生成焓△fHm°
=-31.1kJ·mol-1。
问
(1)标准状况下,Ag2O(s)的分解温度是多少?
(2)常温(298K)常压(101.1kPa)下,在空气中Ag2O(s)能否分解?
(设空气中氧气的体积分数为20%)。
4.16373K时,光气分解反应COCl2(g)===CO(g)+Cl2(g)的平衡常数K°=8.0×10-9,
△fHm°=104.6kJ·mol-1,试求
(1)373K下反应达平衡后,总压为202.6kPa时COCl2的解离度;
(2)反应的△rSm°。
4.17根据下列数据计算,373K时CO与CH3OH合成醋酸的标准平衡常数。
CO(g)
CH3OH(g)
CH3COOH(g)
△fHm°/kJ·mol-1
-110
-200.8
-435
Sm°/J·mol-1·K-1
+198
+238
+298
4.18反应CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)在1037K时平衡常数K=1.16,若将1.0molCaCO3置于10.0dm3容器中加热至1037K。
问达平衡时CaCO3的分解分数是多少?
4.19根据热力学数据计算BCl3在常温298K时的饱和蒸气压及正常沸点。
在298K、100kPa条件下BCl3呈液态还是呈气态?
4.20在恒温523K、恒压101.3kPa条件下,PCl5发生下列分解反应:
PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g)
平衡时,测得混合气体的密度为2.695g·dm-3。
求反应的△rGm°和PCl5(g)的解离度。
4.21CuSO4·5H2O的风化若用反应式CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)+5H2O(g)表示。
(1)试求298K时反应的△rGm°及K°
(2)298K时,若空气的相对湿度为60%,CuSO4·5H2O能否风化?
4.22已知292K时,血红蛋白(Hb)在空气中氧化反应Hb(aq)+O2(g)===HbO2(aq)的平衡常数K°为85.5,试求当氧气溶解于血液中时氧化反应Hb(aq)+O2(aq)===HbO2(aq)的标准自由能变化△rGm°。
假设292K时,空气中氧气的分压为20.2kPa,氧气在血液中的溶解度为2.3×10-4mol·dm-3。
4.23在323K,101.3kPa时,N2O4(g)的分解率为50.0%。
问当温度保持不变,压力变为1013kPa时,N2O4(g)的分解率为多少?
4.24以合成氨为例,定量说明温度、浓度、压力以及催化剂对化学平衡移动的影响。
4.25已知下列物质在298K时的标准生成自由能分别为:
NiSO4·6H2O(s)
NiSO4(s)
H2O(g)
△fGm°/kJ·mol-1
-2221.7
-773.6
-228.4
(1)计算反应NiSO4·6H2O(s)===NiSO4(s)+6H2O(g)在298K时的标准平衡常数K°。
(2)求算298K时与固体NiSO4·6H2O平衡的水的饱和蒸气压。
4.26在一定温度和压强下,1dm3容器中PCl5(g)的分解率为50%。
若改变下列条件,PCl5(g)
的分解率如何变化?
(1)减小压强使容器的体积增大1倍;
(2)保持容器体积不变,加入氮气使体系总压强增大1倍;
(3)保持体系总压强不变,加入氮气使容器体积增大1倍;
(4)保持体系总压强不变,逐渐加入氯气使体系体积增大1倍;
(5)保持体积不变,逐渐加入氯气使体系总压强增大1倍。
4.27联碱法生产纯碱流程的最后一步是加热分解小苏打:
2NaHCO3(s)===Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)
实验测得不同温度下反应的平衡常数如下表:
T/K
303
323
353
373
K°
1.66×10-5
3.90×10-4
6.27×10-3
2.31×10-1
(1)试用作图法求算在实验温度范围内反应的热效应;
(2)当平衡体系的总压达到200kPa时,反应温度为多少?
4.28(非课本)203Hg可用于肾脏扫描。
某医院购入0.200g203Hg(NO3)2试样,已知203Hg的半衰期为46.1天,试计算六个月(180天)后,未发生衰变的试样还有多少?
4.29(非课本)哪一种反应的速率与浓度无关?
哪一种反应的半衰期与浓度无关?
4.30(非课本)某放射性元素的衰变过程是一级反应,半衰期为104年,问此元素由100g减少到1g需要多少年?
4.31(非课本)N2O5的分解反应为
2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)
实验测得,340K时N2O5的浓度随时间的变化如下:
t/min
0
1
2
3
4
5
[N2O5]/mol·dm-3
1.00
0.71
0.50
0.35
0.25
0.17
求:
(1)0-3min内的平均反应速率;
(2)在第2min时反应的瞬时速率。
4.32(非课本)某化合物M在一种酶催化下进行分解反应,实验数据如下:
t/min
0
2
6
10
14