无机及分析化学化工版第一章习题及答案.doc

1. NO 是汽车尾气的主要污染源，有人设想以加热分解的方法来消除之2NO N2 O2试从热力学角度判断该方法能否实现？解： kJmol-1 Jmol-1K-1该反应要实现必须0所以高温不利2. 设汽车内燃机内温度因燃料燃烧反应达到1573 K，试计算此温度时下列反应 1/2 N2（g） 1/2 O2 （g） NO（g）的和解： 3. 蔗糖(C12H22O11)在人体内的代谢反应为：C12H22O11(s) + 12O2(g) 12CO2(g) + 11H2O(l)假设其反应热有30%可转化为有用功，试计算体重为70kg的人登上3000m高的山(按有效功计算)，若其能量完全由蔗糖转换，需消耗多少蔗糖？解： A=70kg3000m = 2.1105 kgm=2.11059.8J=2.1103kJ DrH=2.1103kJ/30%=7.0103kJD r Hym=11(-285.830 kJmol-1)+12(-393.509 kJmol-1) -(-2222 kJmol-1)= -5644kJmol-1 x = DrH/D r Hym=7.0103kJ/5644kJmol-1=1.24mol m(C12H22O11)=1.24342.3= 425g4. 利用附录III的数据，计算298.15 K时下列反应的（1） Ca（OH）2 （s）+CO2 （g）CaCO3 （s） + H2O （l） （2） CuO （s）+CO （g）Cu （s）+ CO2 （g）（3） 2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g）（4） CH3COOH（l）+2O2（g）2CO2（g）+2H2O（l） 解：（1）=(1206.92)+( 285.83) (986.09) (393.51)= 113.15kJmol-1（2）=0+(393.51)-( 157.3) (110.53)= -125.68 kJmol-1（3）=2(395.72)(296.83)= 197.78 kJmol-1（4）=2 (393.51)+2 ( 285.83) ( 484.5)= 874.18 kJmol-15.已知下列化学反应的反应热：（1）C2H2(g) + 5/2O2(g) 2CO2(g) + H2O(g)； D r Hym= -1246.2 kJmol-1（2） C(s) + 2H2O(g) CO2(g) + 2H2(g)； D r Hym = +90.9 kJmol-1（3）2H2O(g) 2H2(g) + O2(g)； D r Hym = +483.6 kJmol-1求乙炔(C2H2,g)的生成热 D fHym。 解：反应2(2)-(1)-2.5(3)为：2C(s)+H2(g)C2H2(g)D f Hym=2D r Hym(2)-D r Hym(1)- 2.5D r Hym(3)=290.9-(-1246.2) -2.5483.6 kJmol-1 =219.0 kJmol-16. 高炉炼铁中的主要反应有： C（s） + O2（g） CO2（g） 1/2CO2（g） + 1/2C（s） CO（g） CO（g） +1/3Fe2O3（s） 2/3Fe（s）CO2（g） （1）分别计算298.15K时各反应的和各反应值之和； （2）将上列三个反应式合并成一个总反应方程式，应用各物质298.15K时的数据计算总反应的反应热，与计算结果比较，并作出结论。解：（1） kJmol-1 kJmol-1 kJmol-1= kJmol-1（2） kJmol-1无论是一步反应或多步反应化学反应热效应总和总是相等的。7. 利用附录III，判断下列反应298.15K能否自发向右进行。（1） 2 Cu+ （aq） Cu2+ （aq） + Cu（s）（2） AgCl（s）+Br-（aq）AgBr（s）+Cl-（aq）（3） 4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g）（4） 4NO（g）+6H2O（g） 4NH3（g） +5O2（g）解：（1）=65.49+0-49.982 = -34.47 kJmol-10 能自发反应（2）=(-96.9)+( -131.22) -(-109.79)-(-103.96) = -14.38 kJmol-10 能自发反应（3）=4(86.55)+6( -228.58) -4(-16.45)-0 = -959.48 kJmol-10（4）=4(-16.45) +0-4(86.55) -6( -228.58) = 959.48kJmol-108. 由软锰矿二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法： （1）MnO2（s） + 2H2（g） Mn（s） + 2H2O（g）； （2）MnO2（s） + 2C（s） Mn（s） + 2CO（g）； 上述两个反应在25，100 kPa下是否能自发进行？如果考虑工作温度愈低愈好的话，则制备锰采用哪一种方法比较好？解：（1） kJmol-10（2） kJmol-10所以两个反应在25，100 kPa下都不能自发进行。一式的=36.39 kJmol-1 =95.24 kJmol-1 T1=382K一式的=298.98 kJmol-1 =362.28 kJmol-1 T2=825K仅考虑温度时，选（1）有利9. 定性判断下列反应的是大于零还是小于零：（1） Zn（s） + 2HCl（aq） ZnCl2（aq） + H2（g） （2） CaCO3（s） CaO（s） + CO2（g）（3） NH3（g） + HCl（g） NH4Cl（s） （4）CuO（s） + H2（g） Cu（s） + H2O（l）解：（1）0 （2）0 （3）0（4）010. 糖在人体中的新陈代谢过程如下：C12H22O11(s) + 12O2(g) 12CO2(g) + 11H2O(l) 若反应的吉布斯函数变D r Gym只有30%能转化为有用功，则一匙糖(3.8g)在体温37时进行新陈代谢，可得多少有用功？(已知C12H22O11的DfHym=-2222kJmol-1 Sym=360.2Jmol-1K-1) 解： C12H22O11(s) + 12O2(g) 12CO2(g) + 11H2O(l)DfHym/kJmol-1 -2222 0 -393.509 -285.830Sym/Jmol-1K-1 360.2 205.138 213.74 69.91DrHym=11(-285.830)+12(-393.509) -( -2222) kJmol-1= -5645kJmol-1DrSym=1169.91+12213.74-12205.138-360.2 Jmol-1K-1=512.03 Jmol-1K-1D r Gym=DrHym-TDrSym= -5645kJmol-1-310.15K512.0310-3kJmol-1K-1= -5803kJmol-1x = DnB/nB= 3.8g/342gmol-1=1.1110-2molW有用功=30%D r Gy=30%D r Gymx=30%(-5803kJmol-1) 1.1110-2mol= -19kJ 负号表示系统对环境做功。11. 已知反应 2H2（g） + 2NO（g） 2H2O（g） + N2（g） 的速率方程 v = k c（H2）c2（NO），在一定温度下，若使容器体积缩小到原来的1/2时，问反应速率如何变化？ 解：v = k c（H2）c2（NO）v2 = k 2c（H2）2c（NO）2=8 v反应速率将为原速率得8倍。12. 某基元反应 A + B C，在1.20L溶液中，当A为4.0 mol，B为3.0mol时，v为0.0042molL-1s-1，计算该反应的速率常数，并写出该反应的速率方程式。 解： v = kcAcB k=0.0042moldm-3s-1/(4.0 mol/1.20dm3)(3.0mol)/1.20dm3=3.510-4 mol-1dm3s-113. 已知反应HI （g） + CH3（g） CH4 + I2 （g）在157oC时的反应速率常数k=1.710-5 Lmol-1s-1，在227oC时的速率常数k=4.010-5 Lmol-1s-1，求该反应的活化能。 解： 由 ln= -得 Ea =21.85 kJmol-114. 某病人发烧至40时，使体内某一酶催化反应的速率常数增大为正常体温(37)的1.25倍，求该酶催化反应的活化能？ 解： Ea=60.0 kJmol-115. 某二级反应，其在不同温度下的反应速率常数如下： T / K 645 675 715 750 k 103/mol-1 Lmin-1 6.15 22.0 77.5 250（1）作lnk1/T图计算反应活化能Ea；（2）计算700 K时的反应速率常数k。解：（1）画图略，Ea= 140 kJmol-1；（2） mol-1 Lmin-1 16. 写出下列各化学反应的平衡常数Ky表达式:1)HAc(aq) H+(aq) + Ac-(aq) 2)Cu2+(aq)+4NH3(aq) Cu(NH3)4(aq)3)C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) 4)AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)5)CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 6)2MnO4-(aq) + 5SO32-(aq) + 6H+(aq) 2Mn2+(aq) + 5SO42-(aq) + 3H2O(l) 解：1) Ky = (c (H+)/cy)(c(Ac-)/ cy)(c(HAc) / cy)-12) Ky =(c( Cu(NH3)4/cy(c(Cu2+) / cy)-1(c(NH3) / cy)-43)Ky = (p (CO)/py)(p(H2)/ py)(p(H2O) / py)-1 4) Ky = (c (Ag+)/cy)(c(Cl-)/ cy)5） Ky = p(CO2)/py6) Ky = (c (Mn+2)/cy)2(c(SO4-2)/ cy)5(c(MnO4-1) / cy)-2(c(SO3-2) / cy)-5(c(H+) / cy)-617. 已知下列化学反应在298.15K时的平衡常数：（1）2N2（g） + O2（g） 2N2O （g）； 1 = 4.810-37（2）N2（g） + 2O2 （g） 2NO2 （g）； 2 =8.810-19计算反应2 N2O （g） + 3O2 （g） 4NO2 （g） 的平衡常数。解：（2）2（1）为所求反应：.18.已知下列反应在298.15K的平衡常数：1) SnO2(s) + 2H2(g) 2H2O(g) + Sn(s)； Ky1 = 212 ) H2O(g) + CO (g) H2(g) + CO2(g)； Ky2 = 0.034计算反应 2CO(g) + SnO2(s) Sn(s) + 2CO2 (g) 在298.15K时的平衡常数Ky。 解：反应 (1) +2 (2)为所求反应：Ky = Ky1 (Ky2)2 = 210.0342 = 2.410-219. 密闭容器中反应 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) 在1500K条件下达到平衡。若始态p(NO) =150kPa，p(O2) = 450kPa，p(NO2) = 0；平衡时p(NO2) = 25kPa。试计算平衡时p(NO)，p(O2)的分压及平衡常数Ky。 解：V、T不变，p n，各平衡分压为：p(NO) =150-25=125kPa ； p(O2) =450-25/2=437.5kPaKy = (p(NO2)/py)2(p(NO)/ py)-2(p(O2)/ py)-1= (25/100) 2(125/100) -2(437.5/100) -1=9.110-320. 密闭容器中的反应 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 在750K时其Ky = 2.6，求：(1)当原料气中H2O(g)和CO(g)的物质的量之比为1:1时，CO(g)的转化率为多少？ (2)当原料气中H2O(g):CO(g)为4:1时，CO(g)的转化率为多少？说明什么问题？ 解：(1) V、T不变 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 起始n/mol 1 1 0 0 平衡n/mol 1-x 1-x x x Sn=2(1-x)+2x=2平衡分压 p总 p总 p总 p总Ky = (p(H2)/py) (p(CO2)/ py) (p(H2O)/ py)-1 (p(CO)/ py)-12.6 = ()2 ()-2x=0.617e (CO)= 61.7%(2) x2/(1-x)(5-x)=2.6 x=0.92e (CO)= 92%H2O(g)浓度增大，CO转化率增大。21. 在317K，反应 N2O4（g） 2NO2（g） 的平衡常数 = 1.00。分别计算当体系总压为400kPa和800kPa时N2O4（g）的平衡转化率，并解释计算结果。解： N2O4（g） 2NO2（g）平衡时 1- 2平衡总体系物质量1p总为总压力，则p(N2O4)= p总 ； p(NO2)= p总把总压为400kPa和800kPa，100 kPa 分别代入上式可求得总压400kPa 时，24.3%总压800kPa 时， 17.4%增大压力，平衡向气体分子数减少的方向移动，a(N2O4)下降。22. 某反应 3A （g） + B （g） 2C （g），按V （A） : V （B） = 3 : 1 配制原料气。在某种催化剂作用下，于温度为T、压力为20.0 kPa时达到平衡。这时C （g）的体积分数为6.00 %。试计算在此温度下该反应的标准平衡常数。解： 3A （g） + B （g） 2C （g）平衡时气体体积百分比 70.5% 23.5% 61.0923. 已知尿素CO（NH2）2的DfGym=-197.15kJmol-1，求尿素的合成反应2NH3（g） + CO2（g） H2O（g） + CO（NH2）2（s）在298.15K时的和。 解：=(-228.58)+(-197.15) -2(-16.45)-( -394.36)=1.53 kJmol-1 所以（298.15K）=0.53924. 25时，反应2H2O2（g）2H2O（g）+O2（g）的DrHym为-210.9kJmol-1，为131.8Jmol-1K-1。试计算该反应在25和100时的，计算结果说明问题。 解：（298.15K）. -210.9103-298.15131.8-2.502105 Jmol-1（373.15K）. -210.9103-373.15131.8-2.601105 Jmol-1所以（298.15K）=6.81043（373.15K）=2.51036H2O2分解反应为放热反应，随着温度升高，平衡向左移动。25. 在一定温度下Ag2O的分解反应为 Ag2O(s) 2Ag(s) + 1/2O2(g)假定反应的DrHym，DrSym不随温度的变化而改变，估算Ag2O的最低分解温度和在该温度下的p(O2)分压是多少？ 解： DrHym= 31.05kJmol-1 DrSym=242.5+205.138/2-121.3Jmol-1K-1=66.269Jmol-1K-1T= DrHym/DrSym=31.05kJmol-1/66.26910-3kJmol-1K-1= 468.5 K此时，DrGym=0 kJmol-1 ， Ky =1 ， Ky =(p(O2)/py)1/2 ， p(O2)=100kPa 。26：乙苯（C6H5C2H5）脱氢制苯乙烯有两个反应：（1） 氧化脱氢 C6H5C2H5（g） + 1/2 O2（g） C6H5CHCH2（g） + H2O（g） （2） 直接脱氢 C6H5C2H5（g） C6H5CHCH2（g） + H2（g）若反应在298.15K进行，计算两反应的平衡常数，试问哪一种方法可行？130.6213.8228.57解： 所以反应（1）可行。27. 已知反应 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 在427和527时的Ky值分别为1.0105和1.1102，求该温度范围内反应的DrHym。 解： DrHym= -317 kJmol-128. 计算密闭容器中反应CO（g） + H2O（g） CO2 + H2（g） 在800K时的平衡常数；若欲使此时CO的转化率90%，则原料气的摩尔比n（CO）:n（H2O）应为多少？解：假设是CO的转化率为90%，假设CO + H2O = CO2 + H21 a0.9 0.9 0.9 0.9 平衡 0.1 a-0.9 0.9 0.9 a=3.52 29. NH3的分解反应为2NH3（g） N2（g） + 3H2（g），在673 K和100 kPa总压下的解离度为98%，求该温度下反应的平衡常数和。 解： 2NH3（g） N2 （g） + 3H2（g） 1 0 0平衡 (1-a) 1/2a 3/2a; ; = 30. Write equations for the two reactions corresponding to the following values. Combine these equations to give that for the reaction. 2NO2（g） N2O4（g）Caculate the value for this reaction， and state whether the reaction is endothemic or exothermic. Solution: 1/2N2 （g） + O2（g） NO2（g） , N2 （g） + 2O2（g） N2O4（g） , , The reaction is exothermic.31. The enthalpy change for which of the following process represents the enthalpy of formation of AgCl? Explain. （a） （b） （c） （d） Solution: （b）32. Under standard state， caculate the enthalpy of decompsition of NaHCO3 （s） into Na2CO3 （s）， CO2 （g）and H2O（g） at 298.15K. 2NaHCO3 （s） Na2CO3 （s） + CO2 （g） + H2O（g）Solution: Jmol-1 33. Without consulting entropy tables， predict the sign of S for each the following process. （a） （b） （c） （d） （e） Desaltination of seawater（f） Hard boiling of an egg.Solution: （a）0（b）0（c）0（d）0（e）0（f）034. for the formation of HI（g） from its gaseous elements is -10.10 kJ/mol at 500K. When the partial pressure of HI is 10.0 atm， and of I2 0.001 atm， what must the partial pressure of hydrogen be at this temperature ot reduce the magnitude of for the reaction to 0.Solution: I2 （g） + H2（g） 2HI（g）=129 atm35. Calculate the enthalpy change for the reactions Explain why hydrofluoric acid attacks glass， whereas hydrochloric acid does dot.Solution: 反应（1） Jmol-1反应（2） Jmol-1反应（1）是放热反应，而反应（2）是吸热反应，所以（1）更容易进行。36. In a catalytic experiment involving the Haber process， ， the rate of reaction was mesured as If there were no side reactions， what was the rate of reaction expressed in terms of （a） N2 （b）H2?Solution: 37. In terms of reaction kinetics， explain why each