工程化学复习要点及习题解答.ppt

工程化学基础 复习要点及习题解答 1 几个基本概念 n 系统：敞开系统、封闭系统、孤立系统 n状态函数： n只与始态和终态有关 n广度性质与强度性质状态函数 n相： n单相系统与多相系统的判断 2 第一章 物质的聚集状态 分压定律 理想气体状态方程 分体积定律 3 习题解答 4 5 6 第二章 化学反应热效应 n内能： nU = Q + W Q与W的符号 n热效应 n等容热效应 U = Qv n等压热效应 H = Qp nH = U + n (g)RT n反应进度 n= nB/B 7 n盖斯定律： n焓变的计算： n标准摩尔生成焓 l f Hm (C,石墨,298.15K) = 0 kJ/mol l f Hm (H+,298.15K) = 0 kJ/mol n标准摩尔焓变 8 1.是非题 :(1) -; 2(-); (3)- 2.选择题: (1) c; (2)d 3.填空题: (1)mH2O; (2) T; (3)Cp 4. (1) U=150kJ; (2) U=-250kJ； (3) U=450kJ; (4) U=975kJ。 习题解答 9 5. 在373.15K和101.325kPa下，由1mol水汽化变成 1mol水蒸气，此气化过程中体系吸热40.63kJ。求 ： （1）体系膨胀对外作功w = ?（液体水体积可忽略 不计） （2）此过程内能改变。 解:W=-PV=-n RT =-18.31410-3373.15=-3.10 kJ （或V1/V2=T1/T2V2=？ W=-PV=-PV=？) U=Q+W=40.63+(-3.10)=37.53 kJ 10 6. 计算下列反应（或过程）的QP与QV之间的能量 差值。(方法:QP-QV=n RT) (1)2.00mol NH4HS的分解, NH4HS(s)NH3(g)H2S(g) (n=4 mol) （2）生成1.00mol的HCl H2(g)Cl2(g) 2HCl(g) (n=0 mol) （3）5.00 mol CO2(s)（干冰）的升华 CO2(s)CO2(g) (n=5 mol) （4）沉淀出2.00mol AgCl(s) (n=0 mol) AgNO3(aq)NaCl(aq) AgCl(s)NaNO3(aq) 11 7. C6H12O6 Q 180g/mol -2820kJ/mol 3.8g H kJ/mol H=59.53kJ 可获得能量：59.5330%=17.86kJ 12 9. (1)-1366.51kJ.mol-1; (2)-429.818 kJ.mol-1. 10. (1)-153.89 kJ.mol-1; (2)-81.89 kJ.mol-1 13 第三章 化学反应的基本原理 化学反应的方向 n Gibbs判据： G 0 反应不能自发进行 n反应方向的定性判断： nG= H-T S l影响熵值的因素：温度、聚集状态、结构与分子量 l化学反应方向的定性判断 14 nr Gm的计算： l298.15K,标准状态： l标准状态，非常温： l非标准状态，非常温： n r Gm的定量计算： n标准摩尔生成吉布斯函数值 lf Gm (C,石墨,298.15K) = 0 kJ/mol；f Gm (H+,298.15K) = 0 n 转向温度 单位 的一致！ 15 化学反应平衡 n K与r Gm的关系 ： 反应达到平衡时： rGm(T) = 0 Q = K Q与K的关系与区别 单位的一致 rGm与r Gm的关系与区别 16 n 化学平衡移动方向的判断 ： rGm(T) = RT ln (Q / K) n浓度与压力改变：K不变，若使Q增大，则平衡逆向移动 n温度： K改变，吸热反应，T增大，平衡正向移动 勒夏特列原理 17 化学反应速率 n 反应速率的表示方法 ： n反应速率方程：基元反应 n阿仑尼乌斯公式： n反应速率理论：活化分子 n浓度、压力、温度、催化剂与反应平衡的移动、 平衡常数K及反应速率v、速率常数k 浓度、压力可能导致平衡移动并改变v，但不改变K和k; 温度升高会导致平衡移动和v增加，同时使K改变和k(正、逆)增加； 催化剂不改变K且平衡不移动，但使k,v(正、逆)增加 18 1.是非题 (1) -; (2)-; (3)+;(4)-; (5)-; (6)-。 2.选择题: (1) c; (2)b ;(3)b; (4)c 习题解答 19 k正k逆v正v逆K移动动方向 增加总压总压 力不变变不变变不变变逆反应应方向 升高温度正反应应方向 加催化剂剂不变变不移动动 3.填空题: (1)rHm基本不变; rSm基本不变; rGm增 大;K减小;v(正), v(逆)都增大。 (2) 20 4. (1)-549.41 J/mol.k; (2)222.78 J/mol.k; (3)141.598 J/mol.k。 5. (1)28.62 kJ/mol 0 逆向; (2)62.52kJ/mol 0 逆向。 6. rGm(298.15K)= -95.299 kJ/mol 0 标准熵法: rHm(298.15K)= -92.307kJ/mol, rSm(298.15K)= 10.033Jmol-1K-1 rGm= -95.298 kJ/mol 0 正向自发进行。 21 7. 已知下列反应的rHm符号,不用查表,判断反应自 发进行的方向.若有转向温度,则指明是高温还是低 温反应自发进行。 解:讨论rGm=rHm T rSm 0时的温度条 件. (1)C(s)+CO2(g)=2CO(g), rHm 0 rHm 0, rSm 0, T值越高越利于rGm 0, 高温自发。 22 (2)SO2(g)+1/2O2(g)=SO3(g), rHm 0 rHm 0, rSm 0, T值越低越利于rGm 0, 低温自发。 (3)C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g), rHm 0 rHm 0, rSm 0, T为任何值时都自发。 23 8. lnK(T)=-rGm(T)/RT (1) rGm(298K)=117.11kJ/mol K(298K)=3.0410-21; (2) rGm(298K)=130.44kJ/mol K(298K)= 1.4010-23。 24 9. 用标准熵法计算反应 C(石墨)+2H2(g)=CH4(g)在398.15K时的rGm(T)和 平衡常数K。 解: rHm(298.15k) =-74.85kJ/mol, rSm (298.15k) =-80.62J/mol.k rGm(398.15k)= rHm T rSm = -74.85-398.15 (-80.62) 10-3 =-42.75 kJ/mol lnK =- rGm(398.15k)/ RT =42.75103/(8.314398.15)=12.915, K =4.06105 25 10. 查表计算反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) 在298.15k及398.15k时的K值。 解: rGm(298.15k)=(-137.15)-(228.59) =91.44 kJ.mol rGm(298.15k)= -RTlnK K(298K) =9.5310-17 rHm(298.15k)=131.30 kJmol-1 rSm(298.15k)=133.674 Jmol-1K-1 rGm(398.15k)=78.078 kJmol-1 K(398.15K) =5.7210-11 26 或 27 11. 28 采用第（3）种方法 29 TrGm,1(T)rGm,2(T)rGm,3(T)K3 973-3.12-7.013.890.62 1073-5.29-6.180.890.91 1173-7.46-5.00-2.461.29 1273-9.61-4.22-5.391.66 平衡常数随温度升高而增大，因而该反应为吸热反应。 30 14. (1) 升温,减压; 增加H2O(g)分压,减少CO(g)、H2(g)分 压。 (2) 升温、减小CO(g)、H2(g)分压、催化剂； 升温： K, k(正), k(逆)。 减小CO(g)、H2(g)分压： K不变 , k(正)不 变,k(逆)不变。 催化剂： K不变 , k(正), k(逆)。 31 32 33 第四章 溶液与离子平衡 稀溶液的通性 n 拉乌尔定律: n蒸气压下降 n沸点上升 n凝固点下降 n渗透压 Tbp = kbp . m Tfp = kfp . m 34 酸碱平衡 n共轭酸碱对 n一元弱酸弱碱pH的计算： n缓冲溶液 n缓冲溶液对酸碱的抵抗作用 n缓冲溶液pH计算 l缓冲溶液的配制 l外加酸碱后溶液pH 酸 H+ + 碱 35 配离子的解离平衡 n配合物的命名 n配离子解离平衡的移动： n溶剂影响 n不同稳定性配离子间的转变 n配离子与难溶电解质间的转变 36 难溶电解质的沉淀-溶解平衡 nKsp与s n溶度积规则： n判断是否有沉淀生成 n判断沉淀是否完全 n分布沉淀 n沉淀的转化 n沉淀的溶解(生成配合物) 37 1.是非题 (1) -; (2)+; (3)-; (4)-; (5)- 2.选择题: (1) c; (2)c ;(3)c; (4)b; (5)c 3.填空题:(1)无影响; (2)减小; (3)降低; (4)降低。 习题解答 38 4.(1) (a)CO32- /HCO3-; (b)HS- /H2S; (c)H2O/H3O+; (d)HPO42_/H2PO4-; (e)NH3/NH4+; (f)S2-/HS- (2)(a)H3PO4/H2PO4-; (b)HAc/Ac-; (c)HS-/S2-; (d)HNO2/NO2-; (e)HClO/ClO- (f) H2CO3/HCO3- 39 HA+KOH=KA+H2O 反应前 0.05 0.02 0 反应后 0.03 0 0.02 40 7. Ag+ +2Py = Ag(Py)2+ 反应前 0.1 1 0 反应后 0 1-0.2 0.1 平衡后 x 0.8+x 0.1-x 41 8. BaSO4 = Ba2+ + SO42- 水 s0 s0 H2SO4 s1 s1+0.01 H2SO4适合 42 43 10. 利用公式: Ksp(AgX)= c(Ag+) c(X-) 出现沉淀时Cl-, Br-, I-所需c(Ag+)顺次为1.7710- 10, 5.35 10-12, 8.5110-15, I-先沉淀. Cl-最后沉淀。 当Cl-沉淀时,溶液中c(Br-)和c(I-)分别为: c(Br-)=5.35 10-13/ 1.7710-10 =310-3 10-5,不完 全。 c(I-)=8.5110-17/ 1.7710-10=5 10-7 10-5,完全沉 淀。 44 11.在烧杯中盛放20.00cm30.100moldm-3氨的水溶液,逐 步加入0.1mol.dm-3HCl溶液.试计算: (1)当加入10cm3HCl后混合液的pH值; (2)当加入20cm3HCl后混合液的pH值; (3)当加入30cm3HCl后混合液的pH值。 解: NH3 + H+ = NH4+ (1)平衡 0.1(20-10)/30 0 0.110/30 (2)平衡 0 0 0.120/40 (3)平衡 0 0.1(30-20)/50 0.120/50 45 解:(1)形成缓冲体系， c(NH4+)=(0.110)/30=0.033 moldm-3 c(NH3)=(200.1-0.110)/30=0.033 moldm-3, Kb=1.7710-5, pKb=4.75 pH=14 4.75+lg(0.033/0.033)=9.25 (2)等摩尔反应生成NH4Cl, c(NH4+)=0.05 moldm-3 Ka=Kw/Kb=x2/(0.05-x) 解上式:x=5.31410-6 moldm-3, pH= -lgc(H+) =5.27 46 (3) HCl过量,由于同离子效应, NH4+解离产生的H+ 很小,忽略不计。 c(H+)=(0.1300.120)/50=0.02 moldm-3, pH=-lgc(H+)=1.70 47 48 49 14. Ag(NH3)2+ = Ag+ + 2NH3 平衡 (0.11)/1.1-x x (11)/1.1 +2x 50 51 17. AgBr + 2S2O32- = Ag(S2O3)23- + Br- 平衡前 2 0 0 平衡后 2-2/V 1/V 1/V 52 Ag(S2O3)23- = Ag+ + 2S2O32- 平衡前 1/1.127 0 0 平衡后 0.887 y 2y 53 第五章 电化学与金属腐蚀 n原电池的表示符号、电极反应、电池反应 n电极电势 n标准电极与参比电极 n能斯特方程 l电动势计算 l电动势与rGm l电极电势与氧化还原能力比较 原电池 G = n F E 54 n能斯特方程 l氧-还反应进行的方向 l氧-还反应进行的程度 电解池 n电解池阴阳极的反应 n电解产物的判断 n判断依据 n影响电解产物的因素 当溶液中存在多种离子时, 阴极: 大的氧化态物质优先得e 阳极: 小的还原态物质优先失e (1) 离子的标准电极电势 (2) 离子浓度: Nerst 方程 (3) 电解产物的超电势 (4) 电极材料 55 金属腐蚀及防护 56 1.是非题:(1)(-); (2)(+); (3)(); (4)(-); (5)(-); (6)(-); (7)(+); (8)(-); (9)(+)。 2.选择题:(1)(c); (2)(a); (3)(d); (4)(d); (5)(b); (6)(b); (7)(b); (8)(c); (9)(c); (10)(c)。 习题解答 57 3.(1) (-)AlAl3+(c1) Ni2+(c2) Ni(+) (2)(-) Pt Fe3+(c1) ,Fe2+ (c2) Br-(c3) ,Br2(c4) Pt(+) (3)(-)Pt H2(p) H+(c1) Ag+(c2) Ag(+) (4)(-)Pt Fe3+(c1) ,Fe2+ (c2) MnO4- (c3),Mn2+(c4),H+(c5) Pt(+) 58 4.(a)(-)Fe Fe2+(1mol.dm-3)H+ (1mol.dm-3) H2 (1atm) Pt(+) (-)Fe=Fe2+2e; (+)H+e= 1/2H2 2 H+Fe= H2+ Fe2 (b)(-)Pt H2 (1atm) H+ (1mol.dm-3) Cr2O72- (1mol.dm-3) ,Cr3+ (1mol.dm-3), H+ (1mol.dm-3) Pt(+) (-) 1/2H2 = H+e; (+) Cr2O72- +14 H+ +6e=2Cr3+ +7H2O Cr2O72- +8 H+ + 3H2= 2Cr3+ +7H2O 59 5.(1)(-)Pt H2(p1) H+(c1) H2O,H+(c2) O2(p2) Pt(+) (-) H2 =H+e; (+) O2 +4 H+ +4e=2H2O O2 +2 H2=2H2O (2) (-)Pt I2(s) I-(c1) H+(c2), Mn2+(c3) MnO2(s) Pt(+) (-) 2I- = I2 +2e; (+) MnO2 +4 H+ +2e= Mn2+ +2H2O MnO2 +4 H+ + 2I- = Mn2+ +2H2O+ I2 6. C 7. D 8.(1)逆方向; (2)正方向; (3)逆方向; (4)逆方向。 60 61 11.用电对MnO4-/Mn2+,Cl2/Cl-组成原电池, (1)写出原电池的电极反应和电池反应. (2)计算298.15k时的反应平衡常数. (3)当cH+=5.0mol/l,其它离子浓度均为 1.0mol/l,PCl2=1atm时,该电池反应的G,K各为多少 ? 解:(1) Cl2/Cl-=1.35827V, MnO4-/Mn2+=1.507V 负极:2Cl-=Cl2+2e 正极: MnO4-+8H+5e=Mn2+4H2O 2MnO4-+16H+ 10Cl- =2Mn2+8H2O+ 5Cl2 62 (2) E = MnO4-/Mn2+ Cl2/Cl- =0.14873V lgK =n E /0.05917 =100.14873/0.05917=25.136, K =1.371025 (3) 63 E= + -=1.573-1.35827=0.21493V, G = -n F E = -10 96485 0.2149310-3 = -207.375 kJ/mol K不变 K= K =1.371025 12.(Br2/Br-) (Fe3+/Fe2+) (I2/I-)。 64 13.将锡和铅的金属片分别插入含有该金属离子的盐 溶液中并组成原电池 (1)C Sn2+ =0.010mol.dm-3 C Pb2+=1.0mol.dm-3, (2) C Sn2+ =1.0mol.dm-3 C Pb2+=0.10mol.dm-3, 分别用符号表示上述原电池,注明正负极;写出原电 池的两电极反应和总反应方程式,并计算原电池的 电动势。 解:(1)用能斯特方程计算: (Sn2+ / Sn)=-0.19667 (负极); (Pb2+ /Pb )=-0.1262 (正极)。 65 E= (Pb2+ /Pb ) (Sn2+ / Sn)= 0.07047V (-) Sn Sn2+ (0.01mol.dm-3) Pb2+ (1.0mol.dm-3) Pb(+) 总反应: Sn+ Pb2+ = Sn2+ + Pb (2) (Sn2+ / Sn)=-0.1375 (正极); (Pb2+ /Pb )=-0.155785 (负极) E= (Sn2+ / Sn) (Pb2+ /Pb ) = 0.018285V (-)Pb Pb2+ (0.1mol.dm-3) Sn2+ (1.0mol.dm-3) Sn (+) 总反应: Sn2+ + Pb= Sn+ Pb2+ 66 15(1) (Br2/Br-)=1.066; (Cr2O7-/Cr3+)=0.26 正向不能自发。 (2) (Cl2/Cl-)=1.3582; (MnO4-/Mn2+)=0.84 正向不能自发。 (3) (O2/H2O)=0.81; (F2/F-)=2.866 能自发。 67 68 (3)阳极: Cu=Cu2+2e; 阴极: H+e= 1/2H2 反应式： Cu+ 2H+= Cu2+ H2 17.(1)阳极:2Cl-=Cl2+2e; 阴极:Mg2+2e=Mg 反应式：MgCl2(熔融）=Mg+Cl2 (2)阳极:2OH-=H2O+ 1/2 O2+2e; 阴极:H+e= 1/2H2 反应式： 2 H2O= 2H2 + O2 69 第六章 物质结构基础 n四个量子数 nn,l,m,ms的取值(n1,l=0n-1,m=0, l,ms=1/2) nn,l,m,ms的意义(n,l:能级高低;l:轨道形状;m:轨道 伸展方向;ms:电子自旋方向) n有效核电荷数Z*的计算 n多电子原子核外排布 n排布原则(能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则) n核外电子排布式 l电子结构式 l轨道表示式 l量子数表示式 70 n元素周期系 n根据某元素的核外电子结构式判断其在周期表中 的位置(区、周期、族) n电负性的变化规律 n电离能随周期、族的变化规律 n电子亲和能的变化规律 71 n化学键共价键 n键和键的形成方式(头碰头，肩并肩) n偶极钜与键极性和分子极性 n杂化轨道理论 l分子中心原子杂化类型:sp, sp2,sp3(等性、不等性) l分子空间构型 n分子轨道理论 n成键与反键轨道 72 n分子间作用力 n三种分子间力分别主要存在于什么类型的分子间