工科大学化学习题与解答

第一章 化学反应热 1 说明下列符号的含义 说明下列符号的含义 V Q mrH T mrH T mfH T 答 答 V Q 等容反应热 等容反应热 mrH T 某温度下 反应的摩尔焓变 某温度下 反应的摩尔焓变 数值等于等压反应热 数值等于等压反应热 mfH T 某温度下某物质的标准摩 某温度下某物质的标准摩 尔生成焓 尔生成焓 反应进度 反应进度 2 盖斯定律的使用条件 下列哪种说法正确 盖斯定律的使用条件 下列哪种说法正确 1 等压 等压 2 等容 等容 3 等温 等容或等温 等压 等温 等容或等温 等压 4 等温 不做有用功 等容或等压 等温 不做有用功 等容或等压 答 正确答案为 答 正确答案为 4 3 热力学标准态的含义 为什么要确定热力学标准态 热力学标准态的含义 为什么要确定热力学标准态 答 热力学标准态是指在温度答 热力学标准态是指在温度 T 但没有限定温度 和标准 但没有限定温度 和标准 压力压力 p 100kPa 100kPa 下物质所处状态 而对纯理想气体热力学标准态是指下物质所处状态 而对纯理想气体热力学标准态是指 该气体处于标准压力该气体处于标准压力 p 100kPa 100kPa 下的状态 混合理想气体下的状态 混合理想气体 中任一组分的标准态是指该组分气体的分压为中任一组分的标准态是指该组分气体的分压为 p 时的状态 因 时的状态 因 为化学反应中的能量以及状态函数改变是受许多条件 如温度 为化学反应中的能量以及状态函数改变是受许多条件 如温度 压力 浓度 聚集状态等 的影响 为了比较方便 国际上规压力 浓度 聚集状态等 的影响 为了比较方便 国际上规 定了物质的热力学标准态 定了物质的热力学标准态 4 简述照明弹中的铝 镁 硝酸钠和硝酸钡等物质各起什 简述照明弹中的铝 镁 硝酸钠和硝酸钡等物质各起什 么作用 么作用 答 金属铝 镁在燃烧时答 金属铝 镁在燃烧时 可以放出大量热 可以放出大量热 MgO mfH 601 7 kJ mol 32O Al m H 1675 69 kJ mol 1 产生千度以上的高 产生千度以上的高 温 而反应放出的热量又能使硝酸盐分解产生温 而反应放出的热量又能使硝酸盐分解产生 O2 又加速镁 又加速镁 铝的燃烧反应 使照明弹更加绚丽夺目 铝的燃烧反应 使照明弹更加绚丽夺目 在其中铝和镁作为还原剂 氧气 硝酸钠和硝酸钡等作氧化在其中铝和镁作为还原剂 氧气 硝酸钠和硝酸钡等作氧化 剂 剂 5 通过计算说明 氧 乙炔焰为什么可以用于金属焊接和 通过计算说明 氧 乙炔焰为什么可以用于金属焊接和 切割 切割 答 答 5 2 O2 C2H2 2CO2 H2O g mfH kJ mol 1 0 226 7 393 5 241 8 rH m f H m 生成物生成物 mfH 反应物 反应物 rH m 2 393 5 241 82 226 7 0 1255 5 kJ mol 1 因反应放出大量热 可以熔化金属 所以可用于焊接或切因反应放出大量热 可以熔化金属 所以可用于焊接或切 割金属 割金属 6 通过计算说明 为什么称硼的氢化物 硼烷 通过计算说明 为什么称硼的氢化物 硼烷 硅的氢 硅的氢 化物 硅烷 是高能燃料化物 硅烷 是高能燃料 已知已知 B2H6 g 的 的 mfH 36 56 kJ mol 1 B2O3 s 的 的 mfH 1132 55 kJ mol 1 SiH4 g 的 的 mfH 34 31 kJ mol 1 SiO2 s 的 的 mfH 910 7kJ mol 1 解 解 B2H6 g 3O2 g B2O3 s 3H2O g mfH kJ mol 1 36 56 0 1132 55 241 82 rH m 1132 55 3 241 82 36 56 0 1894 57 kJ mol 1 SiH4 g 2O2 g SiO2 s 2H2O g mfH kJ mol 1 34 31 0 910 7 241 82 rH m 910 7 2 241 82 34 31 0 1428 65 kJ mol 1 上述两个反应都放出大量热 因此上述两个反应都放出大量热 因此 B2H6 g 和 和 SiH4 g 可以 可以 作为高能燃料 作为高能燃料 7 已知下列反应的化学反应热 已知下列反应的化学反应热 C 石墨 石墨 O2 g CO2 g rHm 1 393 5 kJ mol 1 H2 g 1 2 O2 g H2O l rHm 2 285 8 kJ mol 1 C2H6 g 7 2 O2 g 2CO2 g 3H2O l rHm 3 1559 8 kJ mol 1 不用查表 计算由石墨和氢气化合生成不用查表 计算由石墨和氢气化合生成 1mol C2H6 g 反应的 反应的 rHm 解解 根据根据 HessHess 定律定律 rHm C2H6 2 rHm 1 3 rHm 2 rHm 3 所以所以 rHm C2H6 2 393 5 3 285 8 1559 8 84 6 kJ mol 1 8 在用硝石制硝酸时 下列反应同时发生 在用硝石制硝酸时 下列反应同时发生 1 KNO3 s H2SO4 l KHSO4 s HNO3 g 2 2KNO3 s H2SO4 l K2SO4 s 2HNO3 g 制得的硝酸中制得的硝酸中 80 是由反应 是由反应 1 产生的 产生的 20 是由反应 是由反应 2 产生的 问在产生的 问在 25 制取制取 1kgHNO3 g 时将放出多少热量 已知时将放出多少热量 已知 KNO3 H2SO4 KHSO4 HNO3 g K2SO4的标准生成焓依的标准生成焓依 次为次为 494 63 813 99 1160 6 135 6 1437 79 kJ mol 1 解 解 KNO3 s H2SO4 l KHSO4 s HNO3 g 方程 方程 1 mfH kJ mol 1 494 63 813 99 1160 6 135 6 rH m f H m 生成物生成物 mfH 反应物 反应物 rH m 1 1160 6 135 6 494 63 813 99 1344 36 kJ mol 1 2KNO3 s H2SO4 l K2SO4 s 2HNO3 g 方程 方程 2 mfH kJ mol 1 494 63 813 99 1437 79 135 6 rH m 2 1437 79 2 135 6 2 469 63 813 99 991 32 kJ mol 1 HNO3的相对分子量为的相对分子量为 63 1 kg HNO3的物质的量的物质的量 n 63 1000 15 9 mol 制取制取 1 kg HNO3 g 时的反应热为时的反应热为 kg kJ1004 232 1041 9 15 2036 13449 15 80 4 9 甘油三油酸脂是一种典型的脂肪 当它在人体内代谢时 甘油三油酸脂是一种典型的脂肪 当它在人体内代谢时 发生下列反应发生下列反应 C57H104O6 s 80 O2 g 57CO2 g 52H2O l 该反应的该反应的 mrH 3 35 10 4 kJ mol 1 问如以当代男大学生 问如以当代男大学生 平均每人每日耗能平均每人每日耗能 10125 3kJ 且以完全消耗这种脂肪来计算 且以完全消耗这种脂肪来计算 每天需消耗多少脂肪 每天需消耗多少脂肪 解 每天消耗脂肪物质的量解 每天消耗脂肪物质的量 mol 302 0 33500 3 10125 3 10125 mrH n 该脂肪相对分子量为该脂肪相对分子量为 884 每天消耗脂肪的质量为 每天消耗脂肪的质量为 0 302 884 267 0 g 10 葡萄糖 葡萄糖 C6H12O6 完全燃烧反应的方程式为 完全燃烧反应的方程式为 C6H12O6 s 6O2 g 6CO2 g 6H2O l 该反应的该反应的 mrH 2820 kJ mol 1 反应热的约 反应热的约 40 可用于肌可用于肌 肉活动的能量 试计算一匙葡萄糖 以肉活动的能量 试计算一匙葡萄糖 以 3 8g 计 在人体内氧化计 在人体内氧化 时 可获得的肌肉活动能量 时 可获得的肌肉活动能量 解 葡萄糖相对分子量为解 葡萄糖相对分子量为 180 一匙葡萄糖 一匙葡萄糖 3 8g 的物质的的物质的 量为量为 3 8 180 0 021 mol 一匙葡萄糖被氧化放出的热量为一匙葡萄糖被氧化放出的热量为 0 021 mrH 0 021 2820 59 2 kJ 可获得的肌肉活动能量可获得的肌肉活动能量 59 2 40 23 7 kJ 11 辛烷是汽油的主要成分 据附录的有关数据计算下列两 辛烷是汽油的主要成分 据附录的有关数据计算下列两 个反应的热效应 并从计算结果比较得出结论 已知 个反应的热效应 并从计算结果比较得出结论 已知 mfH C8H18 l 218 97 kJ mol 1 1 完全燃烧 完全燃烧 C8H18 l O2 g CO2 g H2O l 2 不完全燃烧 不完全燃烧 C8H18 l O2 g C s H2O l 解 据附录查得下列物质解 据附录查得下列物质 C8H18 l O2 g CO2 g C s H2O l 的标准生成的标准生成 焓变分别为焓变分别为 218 97kJ mol 1 0 393 5 kJ mol 1 0 285 83 kJ mol 1 rH m f H m 生成物生成物 f H m 反应物 反应物 C8H18 l 25 2 O2 g 8CO2 g 9H2O l mfH kJ mol 1 218 97 0 393 5 285 83 rH m 1 8 393 5 9 285 83 0 218 97 5501 58 kJ mol 1 C8H18 l 9 2 O2 g 16C s 9H2O l mfH kJ mol 1 218 97 0 0 285 83 rH m 2 0 9 285 83 0 218 97 2353 5 kJ mol 1 rH m 1 rH m 2 结论 完全燃烧放热量大 结论 完全燃烧放热量大 第二章第二章 化学反应进行的方向和限度化学反应进行的方向和限度 习题与解答习题与解答 1 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 1 因为因为 QP H 而 而 H 与变化途径无关 是状态函数 与变化途径无关 是状态函数 所以所以V q 也是也是 状态函数 状态函数 答 错答 错 H 是状态函数 但是焓是状态函数 但是焓变变 H 不是状态函数 不是状态函数 热量 功以及状热量 功以及状 态函数的变量态函数的变量 都都不是不是状态函数 状态函数 2 单质的标准生成焓 单质的标准生成焓 mfH 和标准生成吉布斯函数变和标准生成吉布斯函数变 mfG 都为零 都为零 因此其标准熵也为零 因此其标准熵也为零 答 错 因答 错 因 H 和和 G 的绝对值还无法得到 因此采用相对的绝对值还无法得到 因此采用相对 值 根据定义 值 根据定义 最稳定单质的最稳定单质的 mfH 和和 mfG 都为零 而都为零 而 S 有绝对值 除完美晶体有绝对值 除完美晶体 在在 OK 时的熵等于时的熵等于 0 外 其它条件下的熵 包括标准熵 皆不外 其它条件下的熵 包括标准熵 皆不 为零 但离子的熵也是相对值 是以氢离子为相对标准 为零 但离子的熵也是相对值 是以氢离子为相对标准 H 的的 m S 0 3 对于纯固 液 气态物质而言 对于纯固 液 气态物质而言 100kPa 298K 是其是其 标准态 标准态 答 对 虽然热力学标准态答 对 虽然热力学标准态不指定不指定温度 但是任何温度都温度 但是任何温度都 有其对应的标准态 有其对应的标准态 4 H S G 都与温度有关 但都与温度有关 但 H S G 都与温都与温 度关系不大 度关系不大 答 错 一般认为反应的答 错 一般认为反应的 H S 与温度关系不大 但与温度关系不大 但 G H T S 所以所以 G 与温度有关 与温度有关 5 等温等压条件下 用 等温等压条件下 用 mrG 就可以判断任何一个化学反就可以判断任何一个化学反 应的方向 应的方向 答 错 答 错 等温等压条件下用等温等压条件下用 mrG 0 0 或或 0 0 反应不能自发进行 但其平衡常数并不等于 反应不能自发进行 但其平衡常数并不等于 零 零 答 答 mrG 0 只能说明在标准态下 过程不能自发进行 只能说明在标准态下 过程不能自发进行 在非标准态下 在非标准态下 而且而且 mrG 又不是很大时 不能用于判断反应方向 可逆反应又不是很大时 不能用于判断反应方向 可逆反应 平衡常数都平衡常数都 不应为零 不应为零 2 选择题 将正确答案的标号填入空格内 选择题 将正确答案的标号填入空格内 1 下列物理量属于状态函数的是下列物理量属于状态函数的是 T p V W H H S G 答 正确答案为答 正确答案为 2 生产水煤气的反应为生产水煤气的反应为 C s H2O g CO g H2 g 该反应的该反应的 mrH 131 3 kJ mol 1 则该反应是 则该反应是 系统系统 H H 0 0 S S 0 0 低温下正向不自发 高温下正向自发 低温下正向不自发 高温下正向自发 低温下正向自发 低温下正向自发 高温下正向不自发 高温下正向不自发 任何温度下正向都自发 任何温度下正向都自发 任何温度下任何温度下 正向都不自发正向都不自发 答 正确答案为答 正确答案为 3 不用查表 将下列物质按标准熵 不用查表 将下列物质按标准熵 m S 值由大到小的顺序排值由大到小的顺序排 列 列 1 Si s 2 Br l 3 Br g 答 答 m S 3 m S 2 m S 1 4 给出下列过程的 给出下列过程的 mrG mrH mrS 的正负号 或零 的正负号 或零 1 电解水生成 电解水生成 H2和和 O2 2 H2O g 273K H2O l 3 H2O l 268K H2O s 答 各变化量的符号如下表所示答 各变化量的符号如下表所示 mrG mrH mrS 1 2 3 5 SiC 是耐高温材料 问以硅石 是耐高温材料 问以硅石 SiO2 为原料 在标准 为原料 在标准 状态和状态和 298K 时能否制得时能否制得 SiC 解 解 SiO2 C SiC C mfG kJ mol 1 856 67 0 62 76 0 1 molJk91 793 67 856 76 62 mrG 0 结论 不能在此条件下制备结论 不能在此条件下制备 SiC 6 由二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法 由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 mrH 37 22 kJ mol 1 mrS 94 96J mol 1 K 1 2 MnO2 s 2 C s Mn s 2CO g mrH 299 8 kJ mol 1 mrS 363 3J mol 1 K 1 试通过计算确定上述两个反应在试通过计算确定上述两个反应在 298K 标态下的反应方向 标态下的反应方向 如果考虑工作温度越低越好 则采用那种方法较好 如果考虑工作温度越低越好 则采用那种方法较好 解 解 1 MnO2 s 2H2 g Mn s 2H2O g rG m rH m T r S m 37 22kJ mol 1 298 94 96 10 3 8 922 kJ mol 1 2 MnO2 s 2C s Mn s 2CO g rG m rH m T rH m 299 8 298 363 3 10 3 191 5 kJ mol 1 上述两个反应的上述两个反应的 mrG均大于均大于 0 所以 所以 298K 100 kPa 下反下反 应都不能自发正向进行 应都不能自发正向进行 95 391 1096 94 22 37 3 1 mr mr S H T转 K 2 825 10 3 363 8 299 T 3 2 转 K 答 若考虑工作温度越低越好 易采用方程 答 若考虑工作温度越低越好 易采用方程 1 的方法 的方法 7 汞的冶炼可采用朱砂 汞的冶炼可采用朱砂 HgS 在空气中灼烧 在空气中灼烧 2HgS s 3O2 g 2HgO s 2SO2 g 而炉中生成的而炉中生成的 HgO 又将按下式分解又将按下式分解 2HgO s 2Hg g O2 g 试估算炉内的灼烧温度不得低于多少时 才可以得到试估算炉内的灼烧温度不得低于多少时 才可以得到 Hg g 已知已知 HgS s HgO s 的 的 mfH 分别是分别是 58 2 kJ mol 1 90 83 kJ mol 1 mfG 分别是分别是 50 6 58 56 kJ mol 1 m S 分别是分别是 82 4 J mol 1 K 1和和 70 29 J mol 1 K 1 解 解 查表得查表得 2HgS s 3O2 2HgO 2SO2 mfH kJ mol 1 58 2 0 90 83 297 04 m S J mol 1 K 1 82 4 205 03 70 29 248 11 1 molJk34 6590 2 58 2 83 90 2 04 297 2 mrH 11K molJ09 143 4 82203 205329 70211 2482 mrS mrH mrS 0 低温自发 高温非自发 低温自发 高温非自发 K 9 4607 1009 143 34 659 3 mr mr S H T转 结论 结论 1 当升温至 当升温至 T 4607 7K 时时 反应由自发转变反应由自发转变 为非自发 为非自发 2HgO 2Hg O2 mfH kJ mol 1 90 83 0 0 m S J mol 1 K 1 70 29 76 02 205 03 1 molkJ66 18183 90200 mrH 11K molJ49 21629 70203 20502 762 mrS mrH mrS 0 低温非自发 高温自发 低温非自发 高温自发 K11 839 1049 216 66 181 3 mr mr S H T转 结论 当升温至结论 当升温至 T 839 11K 时时 反应由非自发转变为自反应由非自发转变为自 发进行 发进行 所以 当所以 当 839 11K T 4607 9K 时 才可得到时 才可得到 Hg g 8 汽车尾气中含有 汽车尾气中含有 CO 能否用热分解的途径消除它 能否用热分解的途径消除它 已知热分解反应为已知热分解反应为 CO g C s 2 1 O2 g 该反应 该反应 的的 mrH 110 5 kJ mol 1 mrS 89J mol 1 K 1 解解 rG m rH m T rS m 此反应此反应 rH m 0 rS m 0 rG m永远大于零 说明此反应在任何温度下反应都永远大于零 说明此反应在任何温度下反应都 不能自发进行 又因不能自发进行 又因 1 molkJ173 0K 298 mrG 0 K很小很小 9 5 10 25 平衡产率很低 故不能用热解法除 平衡产率很低 故不能用热解法除 CO 9 在 在 298K 100kPa 条条件件下下 金金刚刚石石和和石石墨墨的的标标准准熵熵分分别别为为 2 45 J mol 1 K 1和和5 71 J mol 1 K 1 它们的燃烧反应热分 它们的燃烧反应热分 别为别为 395 40 kJ mol 1和和 393 51 kJ mol 1 试求 试求 1 在 在 298K 100kPa 条件下 石墨变成金刚石的条件下 石墨变成金刚石的 mrG 2 说明在上述条件下 石墨和金刚石那种晶型较为稳定 说明在上述条件下 石墨和金刚石那种晶型较为稳定 解解 已知已知 S m 石 石 5 71J mol1 K 1 S m 金 金 2 45 J mol 1 K 1 C 石 石 O2 g CO2 g rH m 1 39351 kJ mol 1 C 金 金 O2 g CO2 g rH m 2 395 40 kJ mol 1 方程方程 1 方程方程 2 得方程 得方程 3 C 石 石 C 金 金 根据根据 Hess 定律定律 该反该反 rH m 3 rH m 1 rH m 2 393 51 395 40 1 89 kJ mol 1 rS m 2 45 5 71 3 26 J mol 1 K 1 rG m rH m T rS m 1 89 298 3 26 10 3 2 86 kJ mol 1 rG m 0 298K 100kPa 下下 石墨较稳定石墨较稳定 10 计算合成氨反应 计算合成氨反应 N2 g 3H2 g 2NH3 g 在在 673K 时的标准平衡常数 并指出在时的标准平衡常数 并指出在 673K 下列三种情况下反 下列三种情况下反 应向何方向进行 应向何方向进行 1 p NH3 304kPa p N2 171kPa p H2 2022kPa 2 p NH3 600kPa p N2 625kPa p H2 1875kPa 3 p NH3 100kPa p N2 725kPa p H2 2175kPa 解 首先用热力学数据解 首先用热力学数据 求出求出 K 查表得查表得 N2 g 3H2 g 2 NH3 g rH m kJ mol 1 0 0 46 11 S m J mol 1 K 1 191 50 130 57 192 34 rH m 2 46 11 92 22 kJ mol 1 rS m 2 192 34 3 130 57 191 50 198 53 J mol 1 K 1 rG m 673K rH m T rS m 92 22 673 198 53 10 3 41 39kJ mol 1 K 1 Kln RT Gm r 67310314 8 39 41 3 7 397 K 6 13 10 4 再求出各条件下的再求出各条件下的P J 与 与 K进行比较 进行比较 1 J1 3 2 2022171 304 pp p 6 5 10 4 J1 K 反应逆向反应逆向 进行进行 在计算压力商 在计算压力商 J 时 各项一定要用相对压力 而且注意分子 时 各项一定要用相对压力 而且注意分子 和分母的单位要一致 在此单位用的是和分母的单位要一致 在此单位用的是 kPa 得出的结果 得出的结果 J 与与 K 进行比较后 做出判断 进行比较后 做出判断 2 J2 3 2 1875625 600 pp p 8 7 10 4 J2 K 逆向进行逆向进行 3 J3 3 2 2175725 100 pp p 1 3 10 5 J3 K 正向进行正向进行 11 试通过计算说明 试通过计算说明 1000K 时能否用碳将时能否用碳将 Fe2O3 Cr2O3和和 CuO 中的金属还原出来 中的金属还原出来 解 解 1 2Fe2O3 3C 4Fe 3CO2 fH m kJ mol 1 824 25 0 0 393 51 S m J mol 1 K 1 87 40 5 74 27 28 213 64 rH m 3 393 51 2 824 25 467 97 kJ mol 1 rS m 3 213 64 4 27 28 3 5 74 2 87 40 558 02 J mol 1 K 1 rG m rH m T rS m 467 97 1000 558 02 10 3 1025 99 kJ mol 1 rG m 0 1000K 可用可用 C 还原出还原出 Fe 2 2Cr2O3 3C 4Cr 3CO2 fH m kJ mol 1 1139 72 0 0 393 51 S m J mol 1 K 1 81 17 5 74 23 77 213 64 rH m 3 393 51 2 1139 72 1098 91 kJ mol 1 rS m 3 213 64 4 23 77 3 5 74 81 17 2 556 44 J mol 1 K 1 rG m rH m T rS m 1098 91 1000 556 44 10 3 1655 35 J mol 1 rG m 0 不能用不能用 C 还原出还原出 Cu 12 已知 已知 SiF4 g SiCl4 g 的标准生成吉布斯函数 的标准生成吉布斯函数 mfG 分别为 分别为 1506 和和 569 8 kJ mol 1 试用计算说明为什 试用计算说明为什 么么 HF g 可以腐蚀 可以腐蚀 SiO2 而 而 HCl g 则不能 则不能 解 解 4HF g SiO2 g SiF4 g 2H2O 1 fG m kJ mol 1 273 22 856 67 1506 237 18 rG m 2 237 18 1506 856 67 4 273 22 2981 2981 19 kJ mol 1 rG m 0 反应可正向进行 反应可正向进行 HF 可被用来腐蚀可被用来腐蚀 SiO2 4HCl g SiO2 g SiCl4 g 2H2O l fG m kJ mol 1 95 30 856 67 569 8 237 18 rG m 2 237 18 569 8 856 67 4 95 30 193 71 kJ mol 1 rG m 0 不能正向进行 不能正向进行 HCl 不能被用来腐蚀不能被用来腐蚀 SiO2 13 试通过计算说明 为什么用 试通过计算说明 为什么用 BaCO3热分解制取热分解制取 BaO 反应温度要在反应温度要在 1580K 左右 而将左右 而将 BaCO3与碳黑或碎炭混合 按与碳黑或碎炭混合 按 下式反应 下式反应 BaCO3 s C s BaO s 2CO g 则所需温度可显著降低 已知则所需温度可显著降低 已知 BaCO3 s 和 和 BaO s 的 的 mfH 分别是分别是 1216 kJ mol 1 548 1 kJ mol 1 m S 分别是分别是 112 J mol 1 K 1和和 72 09J mol 1 K 1 解解 BaCO3 BaO CO2 fH m kJ mol 1 1216 548 1 393 5 S m J mol 1 K 1 112 72 09 213 64 rH m 393 5 548 1 1216 274 4 kJ mol 1 rS m 213 64 72 09 112 173 73 J mol 1 K 1 mrH mrS 0 低温非自发 高温自发 低温非自发 高温自发 转化温度转化温度 T 73 173 1000 4 274 mr mr S H 1580K BaCO3 C BaO 2CO fH m kJ mol 1 1216 0 548 1 110 53 S m J mol 1 K 1 112 5 74 72 09 197 56 rH m 2 110 53 548 1 0 1216 446 84 kJ mol 1 rS m 2 197 56 72 09 5 74 112 349 47 0 J mol 1 K 1 转化温度转化温度 T mr mr S H 47 349 100084 446 1278 6 K 第三章第三章 化学反应速率化学反应速率 习题与解答习题与解答 1 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 1 每种分子都具有各自特有的活化能 每种分子都具有各自特有的活化能 答 答 不正确不正确 活化能是活化分子所具有的最低能量与反应物 活化能是活化分子所具有的最低能量与反应物 分子平均能量分子平均能量 之差 之差 前提 前提 发生化学反应 特点发生化学反应 特点 活化能是个差值活化能是个差值 是对化学 是对化学 反应而言的 反应而言的 2 影响反应速率的几个主要因素对反应速率常数也都有影响反应速率的几个主要因素对反应速率常数也都有 影响 影响 答 答 温度和催化剂同时影响反应速率和速率常数 浓度和温度和催化剂同时影响反应速率和速率常数 浓度和 压强只影响反应速率 压强只影响反应速率 3 如果某反应速率方程中每一反应物的级数 都与相应如果某反应速率方程中每一反应物的级数 都与相应 化学计量方程式中的化学计量数相同 则该反应必是元反应 化学计量方程式中的化学计量数相同 则该反应必是元反应 答 否 例如答 否 例如 H2 I2 2HI 速率方程为速率方程为 v kc H2 c I2 曾经长期被认为是简单反应 但研究表明 此反应经历了曾经长期被认为是简单反应 但研究表明 此反应经历了 两个步骤两个步骤 I2I2 快反应 可逆平衡 快反应 可逆平衡 I I 2 2 c c K I I 2 2 cKc HI2I2H2 慢反应 元反应 慢反应 元反应 根据质量作用定律根据质量作用定律 I H 2 22 cck 将将 I I 2 2 cKc 带入带入 得到其速率方程 得到其速率方程 I H 222 cKck I H 22 cck 虽然其速率方程看起来是元反应 但此反应是复杂反应 虽然其速率方程看起来是元反应 但此反应是复杂反应 4 加催化剂不仅可以加快反应速率 还可影响平衡 也 加催化剂不仅可以加快反应速率 还可影响平衡 也 可使热力学认为不能进行的反应自发进行可使热力学认为不能进行的反应自发进行 答 否 加催化剂只改变反应速率 不能影响化学平衡 答 否 加催化剂只改变反应速率 不能影响化学平衡 也不能改变反应方向 也不能改变反应方向 5 反应级数只能是 反应级数只能是 0 或正整数 或正整数 答 错 答 错 反应级数不仅可以为反应级数不仅可以为 0 或正整数 而且可以为小或正整数 而且可以为小 数或负数 数或负数 6 所有化学反应速率都和温度成正比 所有化学反应速率都和温度成正比 答 不对 答 不对 多数化学反应符合多数化学反应符合 Arrhenius 公式 但是一部公式 但是一部 分化学反应速率与温度的关系比较复杂 甚至有些反应 例如分化学反应速率与温度的关系比较复杂 甚至有些反应 例如 NO O2 NO2 与温度成反比 与温度成反比 7 升高温度可以加快所有化学反应的速率升高温度可以加快所有化学反应的速率 答 错 答 错 见见 6 2 选择题 将正确答案的标号填入空格内 选择题 将正确答案的标号填入空格内 1 已知反应 已知反应 A 2B 2D 的速率方程为的速率方程为 v kc A c2 B 则该反应 则该反应 是元反应是元反应 是非元反应是非元反应 应由实验确定应由实验确定 无法确定无法确定 答 答 1 题的正确答案是 题的正确答案是 2 升高温度可以增加反应速率 主要原因是 升高温度可以增加反应速率 主要原因是 增加分子总数增加分子总数 增加活化分子总数增加活化分子总数 降低反应的活化能降低反应的活化能 使反应向吸热方向使反应向吸热方向 进行进行 答 答 2 题的正确答案是 题的正确答案是 3 链反应的基本步骤有 链反应的基本步骤有 在链传递过程中 产 在链传递过程中 产 生的自由基数目大于消耗掉的自由基数目的链反应是 生的自由基数目大于消耗掉的自由基数目的链反应是 链的引发 链的传递链的引发 链的传递 链的引发 链的传递 链的引发 链的传递 链的终止链的终止 直链反应直链反应 支链反应支链反应 答 答 3 题的正确答案是 题的正确答案是 和和 3 用锌和稀硫酸制取氢气 该反应的 用锌和稀硫酸制取氢气 该反应的 rH 为负值 在反为负值 在反 应开始后的一段时间内反应速率加快 后来反应速率又变慢 应开始后的一段时间内反应速率加快 后来反应速率又变慢 试从浓度 温度等因素来解释此现象 试从浓度 温度等因素来解释此现象 答 开始时 因为反应放热 使体系温度升高 加快反应了答 开始时 因为反应放热 使体系温度升高 加快反应了 速率 随反应速率 随反应 物的消耗 其浓度下降 反应速率随之变慢 物的消耗 其浓度下降 反应速率随之变慢 4 反应 反应 A g B g 2D g rH 为负值 当达为负值 当达 到化学平衡时 如改变下表中各项条件 试将其他各项发生的到化学平衡时 如改变下表中各项条件 试将其他各项发生的 变化的情况填入表中 变化的情况填入表中 改变条件改变条件 增加增加 A 的分的分 压压 增加压力增加压力降低温度降低温度 使用催化使用催化 剂剂 正反应速率正反应速率 速率常数速率常数 k 正正 答 答 改变条件改变条件 增加增加 A 的分的分 压压 增加压力增加压力降低温度降低温度 使用催化使用催化 剂剂 正反应速率正反应速率 速率常数速率常数 k 正正 5 化学反应发生爆炸的原因是什么 化学反应发生爆炸的原因是什么 H2和和 O2的混合物的混合物 2 1 的爆炸半岛图上为什么存在三个爆炸极限 的爆炸半岛图上为什么存在三个爆炸极限 答 通常发生在自由基产生速率大于其销毁速率时 温度 答 通常发生在自由基产生速率大于其销毁速率时 温度 压力和混合气体的组成都是影响爆炸的重要因素 在爆炸半岛压力和混合气体的组成都是影响爆炸的重要因素 在爆炸半岛 图上 当压力处于第一与第二爆炸极限时 支链反应速率加快 图上 当压力处于第一与第二爆炸极限时 支链反应速率加快 自由基产生速率大于销毁速率而发生爆炸 当压力升至第二和自由基产生速率大于销毁速率而发生爆炸 当压力升至第二和 第三爆炸区间时 自由基销毁速率大于产生速率 进入慢速反第三爆炸区间时 自由基销毁速率大于产生速率 进入慢速反 应区 不发生爆炸 当压力达到第三爆炸限以上时 发生的是应区 不发生爆炸 当压力达到第三爆炸限以上时 发生的是 热爆炸 热爆炸 6 在 在 660K 时 反应时 反应 2NO O2 2NO2的有关实验数据如下的有关实验数据如下 表表 c NO mol L 1 c O2 mol L 1 v NO mol L 1 1 s 1 0 010 0 010 2 5 10 3 0 010 0 020 5 0 10 3 0 030 0 020 4 5 10 2 求 求 1 反应的速率方程及反应级数 反应的速率方程及反应级数 2 速率常数 速率常数 k 3 c NO 0 035mol L 1 c O2 0 025mol L 1时的反应速率 时的反应速率 解 解 1 速率方程通式可写作 速率方程通式可写作 O NO 2 yx ckcv 将各级浓度及相应反应速率数据代入上式 将各级浓度及相应反应速率数据代入上式 可得可得 2 5 10 3 k 0 01 x 0 01 y 5 0 10 3 k 0 01 x 0 02 y 4 5 10 2 k 0 03 x 0 02 y 由 由 1 2 可得 可得 y 1 由 由 1 3 可得 可得 x 2 将 将 x 2 y 1 代入速率方程 可得代入速率方程 可得 vk c NO 2 c O2 反应 反应 级数为级数为 3 级级 2 将 将 y 1 x 2 代入代入 中任意式 中任意式 可得可得 k 2 5 10 3 mol l 1 s 1 3 将 将 k 值及浓度数据代入速率方程 值及浓度数据代入速率方程 v 2 5 103 0 035 2 0 025 7 6 10 2 mol l 1 s 1 7 放射性 放射性 Co 60 27所产生的强所产生的强 辐射 广泛用于癌症治疗 辐射 广泛用于癌症治疗 放射性物质的强度以放射性物质的强度以 居里居里 表示 某医院一个表示 某医院一个 20 居里的钴源 居里的钴源 经一定时间后钴源的剩余量只有经一定时间后钴源的剩余量只有 5 3 居里 问这一钴源已有多居里 问这一钴源已有多 少时间了 已知少时间了 已知 Co 60 27的半衰期为的半衰期为 5 26a 解 此反应为一级反应 解 此反应为一级反应 1 2 1 132 0 26 5 693 0 693 0 a a k k t 可得 由 将将 k 0 132a 1 c0 20 居里 居里 ct 5 3 居里 居里 代入代入 ln kt c ct 0 则则 ln20 3 5 0 132 t t 10 06a 8 某药物分解反应为一级反应 在某药物分解反应为一级反应 在 37 时 反应速率常时 反应速率常 数数 k 为为 0 46h 1 若服用该药若服用该药 0 16g 问该药在胃中停留多长时间方可分解问该药在胃中停留多长时间方可分解 90 解 将解 将 ct 1 90 0 16 0 016g 代入一级反应速率方代入一级反应速率方 程为程为 ln kt c ct 0 得 得 ln16 0 016 0 0 46t t 5h 9 在在 500K 时 硝基甲烷 时 硝基甲烷 CH3NO2 的半衰期是 的半衰期是 650s 试求该一级反应 试求该一级反应 的的 1 速率常数 速率常数 2 硝基甲烷的浓度由 硝基甲烷的浓度由 0 05mol L 1减至减至 0 0125mol L 1 所需时间 所需时间 3 继 继 2 之后 之后 1h 硝基甲烷的浓度 硝基甲烷的浓度 解 解 1 一级反应 一级反应 3 2 1 1007 1 650 693 0693 0 t k s 1 2 ct 0 0125mol L 1 co 0 05mol L1代入一级反应代入一级反应 速率方程 可得速率方程 可得 ln 0 c ct ln05 0 0125 0 1 07 103 t t 1300s 或推论 反应由 或推论 反应由 0 05mol L 1 减至减至 0 0125mol L1经历两个半衰经历两个半衰 期 因此期 因此 t 2 2 1 t 1300s 3 继 继 2 以后 反应时间为 以后 反应时间为 t 1300 3600 4900 s 代入速率方程表达式 得代入速率方程表达式 得 ln05 0 t c 1 07 10 3 4900 ct 2 64 10 4 10 在稀的蔗糖溶液中 即水大量存在 发生下列反应 在稀的蔗糖溶液中 即水大量存在 发生下列反应 C12H22O11 aq H2O l 2C6H12O6 aq 该反应为一级反应 若该反应的速率常数该反应为一级反应 若该反应的速率常数 k 为为 0 034h 1 且 且 蔗糖溶液的起始浓度为蔗糖溶液的起始浓度为 0 010 mol L 1 试求 试求 1 蔗糖水解反应的起始速率 蔗糖水解反应的起始速率 2 5h 后蔗糖的后蔗糖的 浓度 浓度 解 解 1 该一级反应的速率方程可写作 该一级反应的速率方程可写作 v k c C12H22O11 起始速率起始速率 v 0 034 0 010 3 4 10 4mol L 1 s 1 2 ln0 c ct k t 5034 0 01 0 ln t c ct 0 0084 mol L 1 11 某病人发烧至 某病人发烧至 40 使体内某一酶催化反应的速率常数 使体内某一酶催化反应的速率常数 增大为正常体增大为正常体 温 温 37 时的 时的 1 23 倍 试求该催化反应的活化能 倍 试求该催化反应的活化能 解 由阿氏公式解 由阿氏公式 k A eEa RT 可得可得 ln 21 12 1 2 TT TT R Ea k k 将将 T1 273 37 310K T2 273 40 313K k2 1 23k1 代入公式 有代入公式 有 ln 21 12 1 2 TT TT R Ea k k ln 313310 310313 10314 8 23 1 3 1 1 Ea k k Ea 55 70 kJ mol 1 12 反应 反应 2NOCl g 2NO g Cl2 g 的活化能为 的活化能为 101kJ mol 1 300K 时 速率常数时 速率常数 k1为为 2 80 10 5 L mol 1 s 1 试求 试求 400K 时的速率常数时的速率常数 k2 解 由解 由 ln 21 12 1 2 TT TT R Ea k k 有有 400300 300400 10314 8 101 1080 2 ln 35 2 k k2 0 698 L mol 1 s 1 13 已知青霉素 已知青霉素 G 的分解反应是一级反应 的分解反应是一级反应 37 时其活化能时其活化能 为为 84 8 kJ mol 1 指前因子 指前因子 A 为为 4 2 1012h 1 试求 试求 37 时该反应时该反应 的速率常数的速率常数 k 解 代入阿氏公式解 代入阿氏公式 k A e Ea RT得得 37273 10314 8 4 8412 3 104 2 ek 7 2 10 3 h 1 14 300K 时 下列反应时 下列反应 H2O2 aq H2O l 1 2 O2 g 的活化能为的活化能为 75 3kJ mol 1 若用 若用 I 催化 活化能降为催化 活化能降为 56 5kJ mol 1 若用酶 若用酶 催化 活化能降为催化 活化能降为 25 1kJ mol 1 试计算在相同温度下 试计算在相同温度下 该反应用该反应用 I 催化及酶催化时 其反应速率分别是无催化剂 催化及酶催化时 其反应速率分别是无催化剂 时的多少倍 时的多少倍 解 解 由由 Arrhenius 公式 有公式 有 k A e Ea RT 用用 I 催化时 催化时 RTEa RTEa e e k k 1 1 无 无 30010314 8 5 563 75 3 e 1 9 103倍倍 有酶催化时 有酶催化时 RTEa RTEa e e k k 无 酶 无 酶 30010341 8 1 253 75 3 e 5 5 108倍倍 第四章第四章溶液及溶液中的离子平衡溶液及溶液中的离子平衡 习题与解答习题与解答 1 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 1 物质的量浓度的优点是与温度无关 而质量摩尔浓度和物质的量浓度的优点是与温度无关 而质量摩尔浓度和 物质的量分数物质的量分数 与温度有关 与温度有关 答 否 答 否 体积 物质的量浓度与温度有关 而质量摩尔浓 体积 物质的量浓度与温度有关 而质量摩尔浓 度和物质的量分数浓度都与温度无关 度和物质的量分数浓度都与温度无关 2 直链羧酸通式为直链羧酸通式为 CH3 CH2 nCOOH 当 当 n 值增大时 羧值增大时 羧 酸在极性溶剂酸在极性溶剂 水中的溶解度变小 而在非极性溶剂如水中的溶解度变小 而在非极性溶剂如 CCl4中的溶解度将增大 中的溶解度将增大 答 对 答 对 3 溶液的蒸气压随着溶解的质量的增加而增加 溶液的蒸气压随着溶解的质量的增加而增加 答 错 溶液的蒸气压随所溶解的难挥发溶质的质量增加答 错 溶液的蒸气压随所溶解的难挥发溶质的质量增加 而降低 从而引起溶液的沸点上升和凝固点降低 对难挥发 而降低 从而引起溶液的沸点上升和凝固点降低 对难挥发 非电解质的稀溶液 其蒸气压下降满足下式非电解质的稀溶液 其蒸气压下降满足下式 p p 质 x p p 蒸气压下降值 蒸气压下降值 Kp 凝固点降低常数 与溶剂的 凝固点降低常数 与溶剂的 性质有关 性质有关 b 质量摩尔浓度 若溶质是易挥发的 则蒸气压上升 质量摩尔浓度 若溶质是易挥发的 则蒸气压上升 4 由于海水和淡水的渗透压不同 所以海水和淡水鱼不能由于海水和淡水的渗透压不同 所以海水和淡水鱼不能 调换生活环调换生活环 境 否则将会引起鱼体细胞的肿胀和萎缩 使其难以生存 境 否则将会引起鱼体细胞的肿胀和萎缩 使其难以生存 答 对 答 对 5 在氢硫酸 在氢硫酸 H2S 中 中 H aq 和和 S2 aq 浓度之比