工科化学第8-12章总结和课后答案-强亮生版

第八章第八章 表面化学表面化学 思考题与习题解答思考题与习题解答 1 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 1 表面张力是指存在于液体表面的粘附力 答答 错 表面张力是垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力 弯曲液面表面张力的合力 附加压力 的方向是指向其曲率圆的中心 2 物质的表面张力只与其温度 压力和组成有关 答答 不确切 还与其第二相组成等因素有关 3 因表面活性剂分子为 双亲分子 故表面活性剂分子有一半是亲水基 一半是亲油 基 答答 不确切 其双亲性是指一侧有极性 另一侧没有极性 或两侧极性不同 并非 一 半 4 液体对固体的润湿程度可用接触角来衡量 接触角 90 时称为润湿 接触角 90 时称为不润湿 接触角 100nm 的固体分散相 分散在液体中的多相体系 直径为 100nm 的液体分散相 分散在液体中的多相体系 直径为 1nm 100nm 分散 相分散在液体中的多相 体系 5 表面现象产生的实质 是其表面分子的能量较高或有剩余价力 6 实验室常用硅胶吸收空气中水分的原因是 极性吸附剂容易吸附极性的吸附质 硅 胶属于极性吸附剂 活性炭属于非极性 弱极性 吸附剂 水是极性吸附质 3 25 时把半径为 1mm 的水滴分散成半径为 1 m 的小液滴 比表面增加了多少倍 表面 吉布斯函数增加了多少 完成该变化时 环境至少要做多少功 已知 25 时水的表面张 力为 72 53J m2 解 解 水滴的体积V1 4 3 R3 4 3 3 14 0 53 5 23 1 0 1 mm 3 小水滴的体积V1 4 3 r3 4 3 3 14 5 0 1 0 4 3 5 23 10 10 mm 3 该水滴分裂为 5 23 1 0 1 5 23 10 10 109个小水滴 水滴的表面积A1 4 R2 4 3 14 0 52 3 14 mm 2 小水滴的总表面nA1 109 4 r2 109 4 3 14 5 0 1 0 4 2 3 14 103 mm 2 表面扩大了 3 14 1 03 3 14 103 倍 W G A 72 53 3 14 103 3 14 10 6 2 28 10 1 J m2 4 有实用价值的表面活性剂 其烃链中的碳原子数在什么范围 过大或过小对表面活性有 什么影响 答答 碳链不同时其作用不同 碳原子数在12 18 的 直链烃表面活性剂的润湿 或去污效果比较好 碳链过长 时 在水中的溶解度降低 碳链太短时 所形成的膜韧性 降低 5 什么叫临界胶束浓度 它有什么实际意义 答答 临界胶束浓度是指表面活性剂在溶液中形成胶团 时的最低浓度 在达到临界胶束浓度时溶液的许多性质 表面张力 去污力 导电性 图 8 4 临界胶束浓度和 增溶性等 都发生明显的变化 如图 8 4 所示 表面活性剂性质的关系 6 氧化铝瓷件上需镀银 当烧至 1000 时 液态银能否润湿氧化铝瓷器表面 已知在 1000 时 各物质的表面张力如下 1000 J m 2 920 J m 2 1770 J m 2 g sOAl 32 g Al l s OAl Al 32 l 解解 90 不润湿 84 0 920 17701000 cos gl lsgs 1 163 7 胶体颗粒为什么会带电 在何种情况下带正电 在何种情况下带负电 为什么 答答 憎液溶胶 胶粒 带电原因 吸附 电离 摩擦 取代 以吸附为例 稳定剂中正离子与胶核成分相同 则其正电荷首先被胶核吸附 成为决 定电位离子 胶粒带正电 反之带负电 再以取代为例 天然粘土的化学式为 当 或OHOAlSiO 2322 xmn Si 被或所取代时 粘土带负电 形成胶体时的 胶粒 带负电 Al 2 Mg Na 8 欲制备 AgI 的正溶胶 问在 25mL 0 016mol L 1的 AgNO3溶液中最多加入多少毫升 0 005 mol L 1的 KI 溶液 并写出该溶胶胶团结构 若用 MgSO4和 K3 Fe CN 6 两种电解 质 哪一种电解质更容易使该溶胶聚沉 解解 欲使胶粒带正电 则需加过量的 AgNO3 V AgNO3 25 0 016 0 005 80 ml 应该加 100ml 以上 胶团结构式为 AgI m xAg yNO3 x y x y NO3 K3Fe CN 6 的聚沉能力较大 因为 价态 较高 的与扩散层反离子具有相同电荷 与胶粒带相反电荷 的离子具有较大的聚沉能力 第九章 化学与材料 思考题与习题解答思考题与习题解答 1 下列说法是否正确 如不正确应如何改正 请说明原因 1 金属晶体有三种密堆积方式 其中第一层金属原子只有一种排列 方式 第二层有两种排列方式 第三层有三种排列方式 因而形成密集六方 立方和体心 立方三种晶格 虽然三种晶格形式不同 但它们都是 8 配位 空间占有率都是 74 05 答答 不对 三种晶格中密集六方 立方空间占有率是 74 05 而体心立方的空间占 有率为 68 02 2 按照能带理论 金属之所以能够导电 是因为有未被电子填满的能 带 答答 对 3 氮化硅陶瓷材料中的粒子是靠离子键结合的 因此具有高熔点 高硬度和高绝 缘性等优点 答答 不对 氮化硅陶瓷材料属原子晶体 其中的粒子是靠共价键结合的 具有高熔点 高硬度和高绝缘性等特点 4 如果把某些氧化物加热 或者用其他方法激发 使外层电子获得足够的能量 以 克服原子核对它的吸引力 摆脱原子核对它的控制成为自由电子 于是氧化物陶瓷就成为 电子导体或半导体 答答 对 5 有机高分子化合物没有确定的相对分子质量和确定的聚合度 它由许多链节结 构不同而聚合度也不同的大分子化合物混合而成 答答 不对 它是由链节结构相同 而聚合度不同的大分子化合物混合而成的 6 聚乙炔类高分子 键共轭体系延伸到整个高分子链上 使 电子的自由行程 变长 因而显现出导电性 答答 对 7 涂料通常是由四种主要成分组成 即成膜物质 颜料 溶剂和助剂 成膜物质是 形成涂膜 或称漆膜 也叫涂层 的物质 颜料不仅使漆膜具有颜色和覆盖力 还可以增强 机械强度 耐久性和具有某些功能 如防蚀和防污等 溶剂不仅能降低涂料的黏度 以符 合施工工艺的要求 对漆膜的形成质量也很关键 助剂对涂料的贮存 施工性以及对所形成 漆膜的物理性质都有明显作用 答答 对 8 纤维增强复合材料按基体分为三类 树脂基复合材料 金属基复合材料和陶瓷基复 合材料 答答 对 9 一种金属单质只能有一种晶体结构 答答 不对 例如纯铁在 910 以下具有体心立方晶格 称为 Fe 当温 度在 910 1320 时 则转变为立方晶格 称为 Fe 2 填充题 填充题 1 半导体和绝缘体能带结构的区别是其禁带宽度不同 绝缘体的禁 带宽度为 5 7eV 而半导体的禁带宽度在 2eV 以下 2 形状记忆合金具有 形状记忆效应 的原因是 在其合金内部的原子排列成一种稳定的晶体结构 冷却时 在外力作用下发生形变 但是 其原子的结合方式未变 重新升温至转变温度以上时 原子获得向稳定晶体结构转变所需 的能量 回到原来的位置 使合金恢复原形 3 加成聚合和缩合聚合反应的主要区别 加聚反应过程中没有小分 子生成 而缩聚反应过程中有小分子生成 4 非晶态链状高聚物无固定的 熔点 只有熔程 在不同的温度范围 内可呈现三种不同的物理形态 即 玻璃态 高弹态 粘流态 5 制备功能高分子材料的方法主要有两种 一是先合成含有功能基团 的单体 然后再聚合 二是通过化学反应 在原有高分子链上引入功能基团 6 导电高分子材料有两种 一是具有共轭碳链的高分子 如聚乙炔 聚苯等 二是主链含有杂原子的共轭高分子 如聚苯胺 聚吡咯 7 聚合物光纤一般是由两种高折射的均匀塑料芯材和低折射的塑料涂 层 又称鞘材 聚合物制成的芯 鞘形复合丝 8 高吸水树脂的结构特点是 分子中具有强吸水基团 如羟基 羧基等 同时具有较 高分子量的体型高分子 9 涂料的成膜机理随涂料的组成和结构的不同而异 一般可分为 非转 化型 溶剂挥发 转化型 缩聚 加聚 和混合型 物理和化学结合 等三大类 10 复合材料按增强体的形态分为三类 分别是 纤维增强树脂复合材 料 纤维增强金属复合材料 和纤维增强陶瓷基复合材料 1 与常规的高分子 无机材料的复合材料相比 纳米复合材料具有独特 的纳米尺寸效应 具有大的比表面积和强的界面相互 作用 3 下列有机高分子化合物哪些适合于作塑料 哪些适合于作弹性材料 天然橡胶和硅 橡胶 哪一种耐候性更好 为什么 1 尼龙 66 tg 45 tf 160 2 天然橡胶 tg 73 tf 122 3 聚酰胺 tg 47 tf 223 4 硅橡胶 tg 125 tf 250 答答 尼龙 66 和聚酰胺在常温下是玻璃态 适合于做塑料 天然橡胶和硅橡胶在常温 下是高弹态 可以做弹性材料 而硅橡胶具有更宽的高弹态温度区域 耐候性更好 第十章第十章 化学与能源化学与能源 思 考 题 与 习 题 解 答 1 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 1 煤的气化是指在隔绝空气条件下加强热 使煤中有机物转化成焦炭和可燃性气体 的过程 答答 错 煤的气化是指在氧气不足的条件下进行部分氧化 使煤中有机物转化成可燃 性气体的过程 2 煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物为 CO 和 SO2 石油 汽油 在燃烧过程中 产生的主要污染物为 CO 因此石油产生的污染比煤炭轻 答答 不确切 煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物为 SO2 NOx和 CO 石油 汽油 在燃烧过程中产生的主要污染物为 CO NOx和 HC 相对而言 石油产生的污染比煤炭轻 3 汽油的辛烷值分布在 0 100 之间 并对应于汽油的标号 80 号的汽油表示汽油中 含有 80 辛烷和 20 的其他烃类 答答 错 汽油的辛烷值可衡量汽油的抗震性 并对应于汽油的标号 80 号的汽油表示 该汽油的抗震性相当于 80 异辛烷和 20 的正庚烷混合物的抗震性 4 为了避免含铅汽油对大气的污染 近年来世界各国普遍采用了甲基叔丁基醚 MTBE 甲基叔戊基醚 TAME 取代四乙基铅作汽油添加剂 答答 不确切 甲基叔丁基醚 MTBE 添加剂在某些国家 如美国 已被禁止使用 5 发展核能是解决目前能源危机的重要手段 近年来北欧和我国政府均采取了积极 的态度 加快核电站的建设 答答 不确切 欧美大部分发达国家 基本上停建核电站或提前关闭核电站 北欧国家 甚至通过立法 要求在 2010 年前关闭已有核电站 6 能引起环境污染的电池主要有铅蓄电池 镉镍电池 氧化汞电池等 由于锌 锰 元素对环境的危害很小 因此锌锰电池是无污染电池 答答 错 在生产的锌锰电池时 为了防止电池中锌溶解释放氢气 常在电池糊状液中 放入氯化汞 7 在燃料电池中并没有发生直接的燃烧反应 它通过原电池原理不断的将燃料直接 转变为电能 这种电池能量转换效率高 理论上可达 100 答答 正确 2 填空题 1 化石燃料包括 煤 石油和天然气 我国是以 煤 消费为主的国家 2 煤是由古代植物转化而来的 煤的煤化过程包括了 植物残骸 腐殖质 泥 煤 褐煤 烟煤 无烟煤 阶段 若根据煤化的程度不同可将煤分为 四类 若根据煤炭中硫的含量不同又可将煤分为 泥煤 褐煤 烟煤和无烟煤 四类 3 煤的综合利用方法主要包括 煤的焦化 煤的气化和煤的液化 4 为了提高汽油的辛烷值 可采取两种途径 一是 直链烷烃催化重整变成带支链的 烷烃 二是 向汽油中添加抗震剂 5 发展核电曾被国际上认为是解决电力缺口的重要选择 但有两个问题必须引起高 度重视 一是 电站的运行安全 一是 核废料的处理 6 核聚变反应比核裂变反应作为能源更有发展前途 但要实现核聚变反应发电 应 攻克的主要技术问题是 反应有足够的温度 能够控制反应速率 7 碱性锌锰电池是第三代锌锰电池 它克服了传统锌锰电池 石墨电极极化 电池 漏液 的缺点 其特征是 电解液由原来的中性电解液变为离子导电性更好的碱性电 解液 负极锌也由原来的锌片变为锌粉 8 制约氢能源大规模应用的因素为 廉价制取技术及氢的安全 方便贮存 运输 最有希望突破的途径有 热化学分解制氢法 光化学制氢法 太阳能电池电解水制氢法 和生物制氢法 3 区别下列概念 1 一次能源与二次能源 通常把存在于自然界中的可直接利用其能量的能源称为一次能源 而把必须用其它能源制取或产生的能源 称为二次能源 2 再生能源与非再生能源 不随人类的利用显著减少的能源称为再生能源 诸如风 流水 潮汐 地热 日光及草木 燃烧 而化石燃料和核燃料等随人类的利用减少的能源称为非再生能源 3 核聚变与核裂变 核聚变反应是由两种轻核结合成一个重核 同时释放出巨大能量的变化过程 核裂变反应 又称核分裂反应 它是用中子 轰击较重原子核 使之分裂成较轻原子核的反应 4 一次电池与二次电池 一次电池为放电后不能再重复使用的电池 二次电池是指电极活性物质经氧化还原反应向外输出电能 放电 而被消耗之后 可以用 充电的方法使活性物质恢复的电池 也称为可充电电池 5 锂电池与锂离子电池 锂电池是用金属锂作为负极活性物质的电池的总称 又称为锂原子电池 而锂离子电池的 活性物质为锂离子 在锂离子电池中正 负极材料为 Li 嵌入化合物 在充 放电过程中 Li 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌 被形象地称为 摇椅电池 6 普通锌锰电池与碱性锌锰电池 早期的普通锌锰电池是糊式电池 外壳用锌皮作为负极 NH4Cl ZnCl2等制成糊状混 合物作电解质溶液 MnO2是正极 石墨碳棒起导电作用 糊式锌锰电池可用下式表示 Zn ZnCl2 NH4Cl 糊状 MnO2 C 碱性锌锰电池是第三代锌锰电池 其重要特征是电解液由原来的中性电解液变为离子 导电性更好的碱性电解液 负极锌也由原来的锌片变为锌粉 碱性锌锰电池可用下式表示 Zn KOH 7 9mol L 1 MnO2 C 7 煤的气化与煤的干镏 煤的气化是指煤在氧气不足的情况下进行部分氧化 使煤中的有机物转化为含有 H2 CO 等可燃性气体的过程 因此煤气的有效成分主要是 H2 CO 和 CH4等 煤的干馏又称煤的焦化 是指煤与空气隔绝加强热时 煤分解成固态的焦炭 液态的煤焦 油和气态的煤气 焦炉气 的过程 4 试根据不同的能源分类方法 对下列能源分类 1 石油 2 氢气 3 乙醇 6 沼气 7 锂离子电池 8 煤 9 核能 10 电力 11 风能 12 潮汐能 n 1 0 常规能 源 一次能源 新能源 可再生能源 如潮汐能 非再生能源 如煤炭 石油 沼气 核能 可再生能源 如风能 非再生能源 能源 二次能源锂离子电池 乙醇 电力 氢气 沼气等 5 写出下列几种电池的电极反应和电池反应 化学反应方程式 1 普通锌锰电池 锌锰电池可用下式表示 Zn ZnCl2 NH4Cl 糊状 MnO2 C 接通外电路放电时 负极上锌进行氧化反应 Zn s Zn2 aq 2e 正极上 MnO2发生还原反应 2MnO2 s 2NH4 aq 2e Mn2O3 s 2NH3 aq H2O 电池总反应为 Zn s 2MnO2 s 2NH4 aq Zn2 aq Mn2O3 s 2NH3 ag H2O l 2 碱性锌锰电池 碱性锌锰电池可用下式表示 Zn KOH 7 9 mol L 1 MnO2 C 负极反应 Zn s 2OH aq ZnO s H2O l 2e 正极反应 MnO2 s 2H2O l 2e Mn OH 2 s 2OH aq 电池反应 Zn s MnO2 s H2O l ZnO s Mn OH 2 s 3 铅蓄电池 铅蓄电池可用下式表示 Pb H2SO4 PbO2 放电时 反应为 负极反应 Pb s SO42 aq PbSO4 s 2e 正极反应 PbO2 s 4H aq SO42 aq 2e PbSO4 s 2H2O l 电池反应 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 4 氢镍电池 氢镍电池可用下式表示 一 H2 KOH NiO OH C 放电时 反应为 负极反应 H2 g 2OH aq 2H2O l 2e 正极反应 2NiO OH s 2H2O l 2e 2Ni OH 2 s 2OH aq 电池反应 H2 g 2NiO OH s 2Ni OH 2 s 5 锂离子电池 锂离子电池的符号表达式为 一 Cn LiClO4 EC DEC LiMO2 充放电时 反应为 正极反应 LiMO2 Li1 xMO2 xLi xe 负极反应 nC xLi xe LixCn 电池反应 LiMO2 nC Li1 xMO2 LixCn 6 碱性氢氧燃料电池 碱性氢氧燃料电池反应可由下式表示 一 C H2 KOH O2 C 负极反应 H2 g 2OH aq 2H2O l 2e 正极反应 O2 g 2H2O l 4e 4OH aq 电池反应 2H2 g O2 g 2H2O l 6 煤和由煤与水蒸气反应 C s H2O g H2 g CO g 而得的水煤气 CO 与 H2等物质量的混合物 都可用做燃料 设煤含碳 80 其余可燃成份忽略不计 试通过计算说明 在实际应用中以水煤气代替煤作燃料的优缺点 提示 在任何能量转换 过程中 总会有一些能量变成热而扩散到环境中 例如 欲往某体系输入 kJ 的热量 实际上提供的热量要远多于 x kJ 解解 1mol 纯煤完全燃烧放出热量为 C s O2 g CO2 g kJ mol 1 0 0 393 51 mfH 1 393 51 0 0 393 51 kJ mol 1 mrH 1mol 纯煤转化为水煤气 然后完全燃烧放出的热量由下列反应实现 1 C s H2O g H2 g CO g Ti Ni La Ni 充电 放电 充电 放电 放电 充电 kJ mol 1 0 241 82 0 110 525 mfH 110 525 241 82 0 131 295 kJ mol 1 mrH 2 CO g 1 2 O2 g CO2 g kJ mol 1 110 525 0 393 51 mfH 2 393 51 110 525 0 282 985 kJ mol 1 mrH 3 H2 g 1 2 O2 g H2O g kJ mol 1 0 0 241 82 mfH 3 241 82 0 0 241 82 kJ mol 1 mrH fH m 1 fH m 3 fH m 3 mrH 131 295 282 985 241 82 393 51 kJ mol 1 由计算可见两种方法释放的反应热相同 但是在实际应用中 由于煤与水蒸气反应的转化率不可能达到百分之百 同时能量的 转换过程中 总会有一些能量变成热而扩散到环境中 因此实际上由煤转化成水煤气燃烧 所放出的热量要远小于单纯煤燃烧放出的热量 但是由于水煤气燃烧过程中没有 SO2的污 染发生 因此其燃烧过程要比煤的燃烧过程洁净的多 7 某天然气的体积百分组成为 CH4 85 0 C2H6 10 0 其余为不可燃组分 气体 的温度为 298K 压力为 111kPa 试计算燃烧 1 00 m3 这种天然气的 rH 298 是多少 解解 1 00 m3天然气 CH4 和 C2H6分别占有的体积为 CH4 1 00 85 0 0 85 m3 C2H6 1 00 10 0 0 10 m3 根据理想气体状态方程 PV nRT CH4 和 C2H6的物质的量分别为 CH4 n PV RT 111 0 85 1000 8 314 298 38 08 mol C2H6 n PV RT 111 0 10 1000 8 314 298 4 48 mol CH4燃烧放出的热量 CH4 g 2 O2 g CO2 g 2H2O g kJ mol 1 74 85 0 393 51 241 82 mfH 393 51 2 241 82 74 85 0 802 30 kJ mol 1 mrH n rH m 38 08 802 30 30551 58 kJ 4 CH Q C2H6燃烧放出的热量 C2H6 g 5 2 O2 g 2CO2 g 3H2O g kJ mol 1 83 68 0 393 51 241 82 mfH 2 393 51 3 241 82 83 68 0 1428 8 kJ mol 1 mrH n 4 48 1428 8 6401 02 kJ 62H C Q mrH 1 00 m3这种天然气的 298 mrH 298 30551 58 6401 02 36952 60 kJ mrH Q 4 CH Q 62H C Q 答答 燃烧 1 00 m3这种天然气的 298 是 36952 60 kJ mrH 8 计算 1m3煤气 100kPa 273K 燃烧时所放出的热量 已知煤气组成为 组分CO2C3H8O2COH2CH4N2 含量 4 04 00 55 030 552 04 5 解解 1 00 m3煤气 C3H8 CO H2 CH4分别占有的体积为 0 04 m3 0 05 m3 0 305 m3 0 520 m3 根据理想气体状态方程 PV nRT C3H8 CO H2 CH4的物质的量分别为 C3H8 n PV RT 100 0 04 1000 8 314 273 1 76 mol CO n PV RT 100 0 05 1000 8 314 273 2 02 mol H2 n PV RT 100 0 305 1000 8 314 273 13 44 mol CH4 n PV RT 100 0 52 1000 8 314 273 22 91 mol 100kPa 和 298 15K 下 C3H8 g CO g H2 g CH4 g 的标准燃烧热 kJ mol 1 分别为 2220 0 282 985 241 82 890 3 1 00 m3煤气燃烧放出 mcH 的热量为 2220 0 1 76 282 985 2 02 241 82 13 44 890 3 22 91 28125 7 kJ 答答 1m3煤气 100kPa 273K 燃烧时所放出的热量为 28125 7 kJ 9 某油田原油的组成如下 计算此原油的燃烧热值是多少 kJ kg 1 组分CHONS灰分水分 含量 86 0412 140 540 200 150 030 7 解解 设原油的组成为 CnHmOxNyS z 则燃烧反应为 CnHmOxNySz l 2n m 2 2y 2z x 2 O2 g nCO2 g m 2 H2O g y NO2 g z SO2 g 每 kg 原油含 C H N S 的物质的量分别为 C 1000 0 8604 12 71 7 mol H 1000 0 1214 1 121 4 mol N 1000 0 0020 14 0 01429 mol S 1000 0 0015 32 0 0469 mol 原油燃烧热值为 n CO2 m 2 H2O y NO2 z SO2 mfH mfH mfH mfH 71 7 393 51 121 4 2 241 82 0 01429 33 18 0 0469 297 04 42882 45 kJ kg 1 答答 此原油的燃烧热值是 42882 45 kJ kg 1 10 一座每年发电量为 1 0 106 kW 的大型发电站 每年要耗标准煤 3 5 106t 标 准煤的高发热值为 30 106 J 1 试问同样规模的核电站 每年需要核燃料铀 235 多少 kg 秦山核电站某机组装机容量为 3 105 kW 每年需要核燃料铀 235 多少 kg 解解 煤燃烧放出的总热量为 3 5 106t 30 106 J t 1 1 05 1014 J 设每克铀 235 裂变释放 8 1 107 kJ g 1 则释放 1 05 1012 kJ 热量 需要铀 235 为 1 05 1014 8 1 107 1 29 106 g 1290 106 kg 秦山核电站某机组装机容量为 3 105 kW 需要铀 235 为 3 105 1 10 1 29 106 3 87 105 g 387 kg 答答 发电量为 1 0 106 kW 的核电站每年需要核燃料铀 235 为 1290 106 kg 机组装 机容量为 3 105 kW 每年需要核燃料铀 235 为 387kg 11 镭的放射性衰变反应为 88226Ra 86222Rn 24He 试计算若 1mol Ra 镭 226 放射性衰变释放出来的能量为多少 kJ 已知 He 4 2 的摩尔质量分别为 4 0015g mo1 1 222g mo1 1 225 9771 g mo1 1 Rn 222 86 aR 226 88 解解 1mol Ra 镭 226 放射性衰变质量的变化为 m 222 4 0015 225 9771 0 0244 g mo1 1 按照爱因斯坦质能关系式 E m c2 E m c2 0 0244 10 3 3 108 2 2 196 1012 J mo1 1 2 196 109 kJ mo1 1 答答 1mol Ra 镭 226 放射性衰变释放出来的能量为 2 196 109 kJ mo1 1 12 按照爱因斯坦质能关系式 E m c2试计算太阳的近似寿命 已知太阳质量 M 1 982 1027kg 太阳平均功率 W 3 865 1026J s 1 解解 按照爱因斯坦质能关系式 E m c2 m 1 982 1027 kg 太阳的近似寿命为 1 982 1027 3 108 2 3 865 1026 4 615 1017 s 1 463 1010 年 146 3 亿年 答答 太阳的近似寿命为 146 3 亿年 第十一章第十一章 化学与环保化学与环保 思 考 题 与 习 题 解 答 1 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 1 大气中悬浮颗粒物 尤其飘尘是大气中危害最久 最严重的一种污染物 答答 正确 2 汽车尾气中排放的 NOx 主要是由石油中氮化物燃烧所致 答答 错 汽车尾气中排放的 NOx 主要是由石油燃烧中高温条件下 空气中的氧气和氮 气反应所致 3 家用煤气泄露后会有特殊的臭味 这是由于煤气中的 CO 气味所致 答答 错 CO 气体无色无味 臭味是由煤气中添加的臭味指示剂所致 4 氟里昂之所以能破坏臭氧层 是由于氟里昂中含有氟原子 答答 错 氟里昂之所以能破坏臭氧层 是由于氟里昂中含有氯原子 5 通常把 pH 7 的雨水称为酸雨 答答 错 通常把 pH 5 6 的雨水称为酸雨 6 为控制汽车尾气污染的发生 许多国家和地区都制定了严格的汽车尾气排放标准 目前世界上排放标准要求最为严厉的是欧洲标准 答答 错 为控制汽车尾气污染的发生 许多国家和地区都制定了严格的汽车尾气排放 标准 目前世界上排放标准要求最为严厉的是美国加州标准 2 填空题 1 在汽车尾气净化中 普遍采用了三效催化剂 三效催化剂通常采用 贵金属铂 钯 和铑 为组合的催化剂 它能同时能对 CO HC x 和 NOx 三种组分起催化作用 2 烟气脱硫方法分为两类 一类是 湿法 另一类是 干法 3 国内外采用的控制 SO2污染物排放方法主要有三种 一是 燃烧前脱硫 一是 燃烧中脱硫 一是 燃烧后脱硫 其中目前世界上大规模商业化应用的脱硫方式是 烟 气脱硫 4 根据大气的物理性质 化学组成以及与地面的垂直分布特性 可将大气分成五个 层次 自下而上分别是 对流层 平流层 中间层 暖层和逸散 层 距地面约 15 0 km 间的层区臭氧浓度较大 又称臭氧层 5 环境污染的污染源或污染物主要来 化学方面 物理方面 生物方面 三方面 6 绿色化学的目标是 寻求能够充分利用原材料和能源 且在各个环节都洁净和无 污染的反应途径和工艺 国际化学界公认的绿色化学防止污染的基本原则共有 12 条 3 区别下列概念 1 大气与空气 大气与空气并无本质区别 一般对于某一特定场所和局部小地区供人和动植物生存的气 体常用空气一词 而以大区域或全球性的气流作为研究对象则常用大气一词 2 水与水体 水 和 水体 的概念是不同的 水体不仅包括水 而且也包括水中的悬浮物 底 泥及水生生物等 从自然地理的角度看 水体是指地表被水覆盖的自然综合体 3 化学需氧量 COD 与生化需氧量 BOD 化学需氧量 COD 是用强氧化剂 如 K2Cr2O7 KMnO4 在一定条件下氧化水中有机 污染物和还原性物质的需氧量 生化需氧量 BOD 是指水中有机污染物被好氧微生物分解时的耗氧量 4 生态平衡与环境自净 在生态系统中 能量流动和物质循环总是不断地进行着 在一定时期内 生产者 消费 者和分解者之间能保持着相对的平衡状态 也就是说系统的能量流动和物质循环能保持较 长时期的稳定 这种平衡状态就叫生态平衡 在自然界的生态系统中 生态平衡还表现为 生物种类和数量的相对稳定 生态系统能够保持相对的平衡主要是由于生态系统内部具有 自动调节能力 对污染物而言 这种能力就是通常所说的环境自净能力 5 绿色化学与清洁生产 绿色化学 是利用化学的原理 方法来防止化学产品设计 合成 加工 应用等全过程 中使用和产生有毒有害物质 使所设计的化学产品或生产过程更加环境友好的一门科学 其目标是寻求能够充分利用原材料和能源 且在各个环节都洁净和无污染的反应途径和工 艺 清洁生产是将整体预防的环境战略应用于产品的设计 生产 服务全过程中 其目标是 减少和消除污染 节能 降耗 6 环境问题与环境污染 环境问题是指由环境受破坏所引起的后果 或是引起环境破坏的原因 在环境中发生有害物质或能量积聚的状态称为环境污染 4 说明下述情况可能产生的结果 1 空气中颗粒物质浓度增加 对光产生吸收和散射 降低空气的可见度 危害人体健康 引起尘肺 癌症 呼吸 道疾病和心脏病等 引起其它污染反应的发生 导致 二次污染 2 降低高层大气中 O3分子浓度 高空中臭氧层能吸收来自太阳的 99 紫外辐射 若降低高层大气中 O3分子浓度 过量 紫外线将到达地表层 对地球生物造成危害 3 用氧化物矿而不是从硫化物矿提炼金属 例如用 Zn0 代替 ZnS 减少 SOx污染 4 发电厂由燃煤改为使用天然气 减少粉尘及 SOx污染 5 解释下列现象 1 空气中硫的氧化物使大理石雕像遭到破坏 空气中 SO2在光照以及有固体颗粒物作催化剂的情况下 能转变为 SO3 SO3遇水转变 成硫酸 硫酸能与大理石 CaCO3发生化学反应 2 在污水中加入聚丙烯酰胺或聚合硫酸铁 能使污水迅速分层澄清 向污水中投入聚丙烯酰胺或聚合硫酸铁 可以使污水中难以沉淀的胶体颗粒迅速 脱稳 而相互聚合 增大到自然沉淀的程度 使污水迅速分层澄清 6 一氧化碳进入人体内 能与血液中的血红蛋白化合生成配合物 CO g 血红蛋白 O2 1 O2 血红蛋白 CO 1 其平衡常数为 210 根据空气中氧气浓度为 8 2 10 3mol L 1 计算当血液中有 10 的血 红蛋白转化为羰基配合物时 CO 浓度为多少 mol L 1 解解 2101 0 102 8 CO 3 O CO CO O 2 2 CCC CC K 血红蛋白 血红蛋白 C CO 3 9 10 6 mol L 1 答答 CO 浓度为 3 9 10 6 mol L 7 假定空气与尿素反应为 H2N C NH2 4O2 CO2 2NO3 2H H2O 计算 100 L 含 1g 尿素的水的 BOD总 以 mg L 1表示 解解 尿素相对分子质量为 60 水中尿素的浓度为 0 01 g L 1 则 O g L 1 21 m g L 1021 0 60 432 01 0 答答 100 L 含 1g 尿素的水的 BOD总为 21 m g L 1 8 工业废水的排放标准规定 Cd2 降到 0 10mg L 1以下即可排放 若用加消石灰中 和沉淀法除去 Cd2 按理论值计算 废水溶液中 pH 值至少应为多少 Mg OH 2被认为是 替代消石灰等的绿色水处理剂 若采用 Mg OH 2替代消石灰处理 Cd2 欲使 5mg L 1 Cd2 达到工业废水的排放标准 每升废水至少加入多少克 Mg OH 2 解解 1 Cd OH 2 2OH Cd2 c Cd2 c OH 2 2 5 10 14 spCd OH K c Cd2 0 1 10 3 112 4 8 9 10 7 mol L 1 c OH 1 67 10 4 mol L 1 pH 10 22 2 c Cd2 5 10 3 112 4 4 45 10 5 mol L 1 Cd2 Mg OH 2 Cd OH 2 Mg2 K 2 Cd 2 Mg OH OH 2 2 cc cc Cd OH 2 sp spMg OH 2 K K 2 14 11 102 7 105 2 108 1 K 2 2 Cd Mg c c 2 5 Mg 102 7 1045 4 2 c c Mg2 3 2 10 2 mol L 1 每升水中加的氢氧化镁的量至少为 3 2 10 2 mol L 3 2 10 2 58 1 86 g L 1 答答 1 废水溶液中 pH 值至少应为 10 22 2 每升废水至少加入 Mg OH 21 86 g L 1 9 某种类型的煤含硫为 3 0 问 1 燃烧 100g 该种煤 将产生多少克二氧化硫 2 在 298K 与 100kPa 下 将产生多少体积的 SO2 3 如采用 1 00m3空气燃烧这部分煤 烟道气中 SO2的浓度为多少 解解 1 SO2相对分子质量为 64 S 相对分子质量为 32 燃烧 100g 煤产生 SO2 100g 3 0 64 32 6 g 2 在 298K 与 100kPa 下 SO2的体积为 V nRT P 6 64 8 314 298 100 2 32 L 3 采用 1 00m3空气燃烧这部分煤 烟道气中 SO2的浓度为 6 g m 3 答答 1 燃烧 100g 煤 将产生 6 g 二氧化硫 2 在 298K 与 100kPa 下 将产生 2 32 LSO2 3 烟道气中 SO2的浓度为 6 g m 3 10 1998 年我国产煤近 1 4 109t 若平均含硫量为 1 5 燃烧后有 60 均为质量分 数 的硫以 SO2形式排放入大气 试估算排放到大气中的 SO2总量是多少 解解 SO2相对分子质量为 64 S 相对分子质量为 32 燃烧 1 4 109 t 煤产生 SO2 1 4 109t 1 5 64 32 60 2 52 107t 答 排放到大气中的 SO2总量是 2 52 107t 11 某城市有 600 万人口 日产垃圾约 1 万吨 其组成大致如下 均为质量分数 纸布 6 69 硬废物 如水泥 砖瓦 沙石 8 54 塑料制品 6 7 金属 1 3 玻璃 0 7 竹木 2 23 厨余 29 02 水分 44 82 试提出一个合理处理这些垃圾的方案 答答 首先通过机械分选 将纸布 塑料制品 竹木 金属 硬废物及玻璃等与厨余分 离 其厨余可采用发酵处理制成肥料 第十二章 化学与生命 思思 考考 题题 与与 习习 题题 解解 答答 1 下列说法是否正确 如不正确应如何改正 并说明原因 1 凡是淀粉 遇碘就会变蓝色 答答 不确切 直链淀粉遇碘变蓝 2 纤维素分子为线性多糖大分子 系由葡萄糖以 1 4 葡萄糖苷键缩合得到 由 于动物的消化系统能水解 1 4 糖苷键 因而动物能以纤维素为主要饲料 答答 正确 3 牙齿和骨骼的主要组成是碳酸钙 当糖吸附在牙齿上并且发酵时 就会产生 H 引起碳酸钙的溶解 致使牙齿腐蚀 答答 错 牙齿和骨骼的主要组成是羟基磷灰石 Ca10 OH 2 PO4 6 当糖吸附在牙齿上并 且发酵时 就会产生 H 引起羟基磷灰石的溶解 致使牙齿腐蚀 4 血红蛋白和肌红蛋白中都含有血红素 Heme 基团 它们是由 Fe 和原 卟啉形成的金属卟啉配合物 答答 错 Fe 与原卟啉的配合物 5 生物体中发现的元素达 81 种 已经确认有 28 种元素是维持人体正常生物功能 必不可少的必需元素 答答 错 确认有 27 种元素是维持人体正常生物功能必不可少的必需元素 6 DNA 分子中 两条长核苷酸链的碱基通过共价键结合形成了双螺旋结构 答答 错 两条长核苷酸链的碱基通过氢键结合形成了双螺旋结构 2 填空题 1 脂类是 脂肪和类脂 磷脂 固醇及固醇脂等 总称 人体中含量最多的磷脂 是 磷脂酰胆碱 又名 胆碱磷酸甘油脂 商品名 卵磷脂 2 DNA 的双螺旋二级结构是在 1953 年 由 Watson 和 Crick 发现的 3 生物工程 是 指人们以现代生命科学为基础 结合先进的工程技术手段和其 他基础学科的科学原理 按照预先的设计改造生物体或加工生物原料 为人类生产出所需 产品或完成某种目的工程 它包括 基因工程 细胞工程 酶工程 发酵工程 等内容 4 基因是 具有遗传功能的单元 是 DNA 分子中最小的 具有完整功能的单位 人类基因组计划 HGP 的主要目标是 测定人类 23 对染色体的遗传图谱 物理图谱 和 DNA 序列 5 碳酸酐酶的生物功能是 催化 CO2的水合及 HCO 3的脱水过程 它的意义 在于 在酶的催化下 在 pH 7 生理条件下 迅速达到 CO2与 HCO 3平衡 从而满足在 血液循环中 CO2迅速传递的要求 6 蛋白质是由 20 种 L 氨基酸构成的 其中 10 种为儿童所必需 8 种为成年 人所必需 蛋白质结构非常复杂 通常可分为 四 级结构 7 核酸分为两类 即脱氧核糖核酸 DNA 和核糖核酸 RNA DNA 的碱基包