普通化学第二章练习及解析

1 第第 2 2 章章 化学反应的基本原理化学反应的基本原理 1 判断题判断题 对的在括号内填 号 错的填 号 1 为正值的反应均是自发反应 S r 2 某一给定反应达到平衡后 若平衡条件不变 分离除去某生成物 待达到新的平衡后 则各反应 物和生成物的分压或浓度分别保持原有定值 3 对反应系统 由于化学方程式两 g H g CO g OH s C 22 1 mr molkJ 3 131 K15 298 H 边物质的化学计量数 绝对值 的总和相等 所以增加总压力对平衡无影响 4 上述反应达到平衡后 若升高温度 则正反应速率 v 正 增加 逆反应速率 v 逆 减小 结果平衡 向右移动 5 反应的级数取决于反应方程式中反应物的化学计量数 绝对值 6 催化剂能改变反应的历程 降低反应的活化能 但不能改变反应的 mrG 7 在常温常压下 空气中的 N2和 O2是长期存在而不化合生成 NO 且热力学计算表明这表明 N2 g O2 g 2NO g 则 N2和 O2混合气必定也是动力学稳定系统 0 15 298 KGm r 8 已知 CCl4不会与 H2O 反应 但 CCl4 2H2O CO2 4HCl aq 的 15 298 KGm r 则必定是热力学不稳定而动力学稳定系统 1 93379 molkJ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 2 单选题单选题 将所有正确答案的标号填入空格内 1 真实气体行为接近理想气体性质的外部条件是 a 低温高压 b 高温低压 c 低温高压 d 高温高压 2 某温度时 反应的标准平衡常数 则反应 g HBr2 g Br g H 22 2 104K 的标准平衡常数等于 g Br 2 1 g H 2 1 g HBr 22 K a b c 2 104 1 2 104 1 2 104 3 升高温度可以增加反应速率 主要是因为 a 增加了分子总数 b 增加了活化分子百分数 c 降低了反应的活化能 d 促使平衡向吸热方向移动 4 已知汽车尾气无害化反应反应的 g CO g N 2 1 g CO g NO 22 1 mr molkJ 2 373 K15 298 H 2 要有利于取得有毒气体 NO 和 CO 的最大转化率 可采取的措施是 a 低温低压 b 高温高压 c 低温高压 d 高温低压 5 一个化学反应达到平衡时 下列说法中正确的是 a 各物质的浓度或分压不随时间而变化 b 0 mrG c 正逆反应的速率常数相等 d 如果寻找到该反应的高效催化剂 可以提高其平衡转化率 答案 1b 2b 3b 4c 5a 3 填空题填空题 1 对于反应 g NH2 g H3 g N 322 1 mr molkJ 2 92 K15 298 H 若升高温度 例如升高 100K 则下列各项如何变化 填写 不变 基本不变 增大或减小 mrH mrS mrG v 正 v 逆 K 答案 基本不变 基本不变 增大 减小 增大 增大 2 对于下列反应 C s CO2 g 2CO g 1 mr molkJ 5 172 K15 298 H 若增加总压力或升高温度或加入催化剂 则反应速率常数 k 正 k 逆 和反应速率 v 正 v 逆 以及 标准平衡常数 平衡移动的方向等将如何 分别填入下表中 K k 正 k 逆 v 正 v 逆 K平衡移动方向 增加总压力不变不变增大增大不变逆向移动 升高温度增大增大增大增大增大正向移动 加催化剂增大增大增大增大不变不移动 3 造成平流层中臭氧层破坏的主要物质有 主要的温室气体有 形成酸雨 的大气污染物主要是 和 答案 氟里昂 NOX HCl CO2 NOX和 SO2 4 不用查表 将下列物质按其标准熵值由大到小的顺序排列 并简单说明理由 K15 298 Sm r a K s b Na s c Br2 l d Br2 g e KCl s 答案 d c e a b 原因是气体熵 液体 固体 分子量大的熵大 5 定性判断下列反应或过程中熵变的数值是正值还是负值 1 溶解少量食盐于水中 答案 正 2 活性炭表面吸附氧气 答案 负 3 2 碳与氧气反应生成一氧化碳 答案 正 6 利用下列两个反应及其值 计算 Fe3O4在 298 15K 时的标准生成吉布斯函数 15 298 KGm r 2 3 2 322 sOFegOsFe 1 2 742 15 298 molkJKGm r 3 4 4332 sOFesFesOFe 1 7 77 15 298 molkJKGm r 答案 由定义可知 Fe2O3的 1 2 742 15 298 molkJKGm f 3 4 1 7 77 15 298 molkJKGm r 15 298 43O FeKGm f 15 298 32O FeKGm f 77 7 4 742 2 1015 5kJ mol 1 15 298 43O FeKGm f 3 1 7 通过热力学计算说明下列水结冰过程 H2O l H2O s 在 298 15K 的标准态时能否自发进 行 已知冰在 298 15K 标准生成吉布斯函数为 236 7kJ mol 1 答案 查表 水的 1 129 237 15 298 molkJKGm f 过程的 0 1 429 0 129 237 7 236 15 298 molkJKGm r 所以在 298 15K 的标准态时不能自发进行 8 试用书末附录 3 中的标准热力学数据 计算下列反应的和 K15 298 Sm r 15 298 KGm r 查表时注意状态 计算时注意乘系数 11 15 298 KmolJ KSm r 1 15 298 molkJ KGm r 1 307 7 66 9 4 4 3 2432 gHsOFelOHsFe 2 23 0 147 06 2 2 2 gHaqZnaqHsZn 3 184 3 26 9 2 2 2 aqOHaqCalOHsCaO 4 51 4 96 9 2 1 2 lBrsAgsAgBr 9 用锡石 SnO2 制取金属锡 有建议可用下列几种方法 1 单独加热矿石 使之分解 2 用碳 以石墨计 还原矿石 加热产生 CO2 3 用 H2 g 还原矿石 加热产生水蒸汽 今希望加热温度尽可能低一些 试利用标准热力学数据通过计算 说明采用何种方法为宜 答案 1 SnO2 Sn O2 2 SnO2 C Sn CO2 3 SnO2 2H2 Sn 2H2O g 52 3 51 55 205 138 52 3 5 74 51 55 213 74 52 3 2 130 684 51 55 2 188 825 11 15 298 KmolJ KSm 580 7 0 0 580 7 0 0 393 509 580 7 0 0 2 241 818 1 15 298 molkJ KHm f 4 1 204 388 2 207 25 3 115 532 11 15 298 KmolJ KSm r 1 580 7 2 187 191 3 97 064 1 15 298 molkJ KHm r Tc 1 2841K 903K 3 840K 温度最低 合适 15 298 15 298 KS KH mr mr 10 糖在新陈代谢过程中所发生的总反应可表示为 C12H22O11 s 12O2 g 12CO2 g 11H2O l 若在人体内实际上只有 30 上述反应的标准吉布斯函数变可转变成为功 非体积功 则一食匙 3 8g 糖 在体温 370C 时进行新陈代谢 可做多少功 答案 C12H22O11 s 12O2 g 12CO2 g 11H2O l K15 298 Sm r 360 2 205 138 213 74 69 91 11 69 91 12 213 74 205 138 360 2 512 034 11 15 298 KmolJ KSm 2225 5 0 393 509 285 83 5640 738 1 15 298 molkJ KHm f 15 298 KHm r 5640 738 310 15 512 034 1000 5799 54kJ mol 1 3715 273 KGm r 5796 127 kJ mol 1 温度对反应的标准吉布斯函数变有影响 但由于该反应的熵变 15 298 KGm r 相对于焓变小 绝对值 故变化不大 做的非体积功 5799 54kJ mol 1 30 3 8 342 19 33 kJ 11 计算利用水煤气制取合成天然气的下列反应在 523K 时 近似 的值 K CO g 3H2 g CH4 g H2O g 答案 查表 197 674 130 684 186 264 188 825 214 637 11 15 298 KmolJ KSm K15 298 Sm r 110 525 0 74 81 241 818 206 103 1 15 298 molkJ KHm f 15 298 KHm r 523K 523 KGm r 15 298 KHm r K15 298 Sm r 206 103 523K 206 103 1000 93 85 kJ mol 1 58 21 523314 8 1000 85 93 523 523 523 ln KR KG KK mr 937 9 303 2 58 2158 21 1035 21010 eK 12 某温度时 8 0molSO2和 4 0molO2在密闭容器中进行反应生成 SO3气体 测得起始和平衡时 温度不 变 系统的总压力分别为 300kPa 和 220kPa 利用上述实验数据求该温度时反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g 的标准平衡常数和 SO2的转化率 答案 设平衡时有 2Xmol 的 SO2转化 2SO2 g O2 g 2SO3 g 起始 n mol 8 4 0 n 始 12mol 5 平衡时 n mol 8 2x 4 x 2x n 平衡 12 x mol 根据 PV nRT T V 一定时 2x 6 4mol 平衡 始 平衡 始 P P n n 220 300 12 12 x SO2的转化率 6 4 8 80 222 23 p Op p SOp p SOp K eqeq eq 100 220 8 8 8 0 100 220 8 8 6 1 100 220 8 8 4 6 2 2 注意在计算时可不用先计算分压 列综合算式更方便计算 80 220 100 8 0 8 8 6 1 4 6 2 K 13 已知下列反应 Ag2S s H2 g 2Ag s H2S g 在 740K 时的 若在该温度下36 0 K 在密闭容器中将 1 0molAg2S 还原为银 试计算最少需要 H2的物质的量 答案 该反应是可逆反应 需要 H2的量包括反应需要的量 1mol 和为维持平衡需要 xmol 最少量 0 36 x 2 78mol 2 2 2 2 2 2 Hn SHn Hp SHp p Hp p SHp K eq eq eq eq eq eq x 0 1 需要 H2的量 1 2 78 3 78mol 注 该反应是反应前后气体分子数不变的 在标准平衡常数表达式中系统 的总压和标准压力在计算时可以在分式中消去 否则在计算时必须知道平衡时总压才能根据平衡常数计算 14 已知下列反应 Fe s CO2 g FeO s CO g 标准平衡常数为 1 K Fe s H2O g FeO s H2 g 标准平衡常数为 2 K 在不同温度时反应的标准平衡常数值如下 T K 1 K 2 K 9731 472 38 0 618 10731 812 00 0 905 1173 2 151 67 1 287 12732 481 49 1 664 试计算在上述各温度时反应 CO2 g H2 g CO g H2O g 的标准平衡常数 并通过计算说明此反应是放热还是吸热的 K 答 反应 3 的标准平衡常数 如上 2 1 3 K K K 因为随温度的升高平衡常数增大 故是吸热反应 15 已知反应 在 298 15K 时的 g HCl g Cl 2 1 g H 2 1 22 16 1 109 4 K 注 若反应 3 反应 1 反应 2 则 K3 K1 K2 6 求在 500K 时的 近似计算 不查和 1 31 92 15 298 molkJKHm r 2 K 15 298 KSm 数据 15 298 KGm f 答案 利用公式求 21 12 1 2 15 298 ln TRT TTKH K K mr 2 K 代入数据 15 03 1 4 1010 50015 298314 8 15 298500 100031 92 109 4 ln 16 2 K 2 K 1603 15 109 4 e 16 利用标准热力学函数估算反应 在 873K 时的标准摩尔吉布 g OH g CO g H g CO 222 斯函数变和标准平衡常数 若此时系统中各组分气体的分压为 p CO2 p H2 127kPa p CO p H2O 76kPa J 计算此条件下反应的摩尔吉布斯函数变 并判断反应进行的方向 答案 查数据计算 g OH g CO g H g CO 222 213 74 130 684 197 674 188 825 42 075J mol 1 K 1 11 15 298 KmolJ KSm K15 298 Sm r 393 509 0 110 525 241 818 41 166kJ mol 1 1 15 298 molkJ KHm f 15 298 KHm r 873 41 166kJ mol 1 873K 0 042075kJ mol 1 K 1 873 KGm r 15 298 KHm r 15 298 KSm r 4 434 kJ mol 1 0 61 RT KG KK mr 873 873 ln 873314 8 1000434 4 54 0 61 0 eK 0 358 Q K0 所以反应正向进行 Q 22 2 pHppCOp pOHppCOp 127127 7676 8 314 873ln 0 358 0 54 2982 9J mol 1 2 98 kJ mol 1 mrG QRTKGm r ln 873 K Q RT ln 因为 0 所以此条件下反应正向进行 mrG 17 对于一个在标准状态下是吸热 熵增的化学反应 当升高温度时 根据吕 查德里原理判断 反 应将向吸热的正反应方向移动 而根据公式判断 TKGm r TKHm r TKST mr 将变的更正 正值更大 即反应更不利于向正方向进行 在这两种矛盾的判断中 哪一种是 TKGm r 正确的 简要说明原因 答案 吕 查德里原理判断是正确的 判断反应的方向或平衡移动的方向的依据是 0 TKGm r 温度对平衡常数的影响有两个公式 7 1 适用于某一给定反应温度对 K0 的影响 R S TR H K mrm 1 ln 2 适用于温度一定的前提下不同反应比较 越正 K0越小 RT TKG TKK mr ln TKGm r 18 研究指出下列反应在一定温度范围内为元反应 2NO g Cl2 g 2NOCl g 1 写出该反应的速率方程 因为是元反应 可根据反应式直接写出 2 2 ClNO ckc 2 该反应的总级数是多少 n 2 1 3 级 3 其他条件不变 如果将容器的体积增大到原来的 2 倍 反应速率如何变化 体积增大后浓度各变为原来的 1 2 速率变为原来的 1 8 8 1 2 1 2 1 2 2 ClNO cck 4 如果容器体积不变而将 NO 的浓度增大到原来的 3 倍 反应速率又将怎样变化 速率变为原来的 9 倍 9 3 2 2 ClNO cck 19 已知某药物是按一级反应分解的 在 250C 分解反应的速率常数 k 2 09 10 5h 1 该药物的起始浓 度为 94 单位 cm3 若其浓度下降至 45 单位 cm3 就无临床价值 不能继续使用 问该药物的有效期应定 为多长 答案 根据一级反应的特征 t 35254h 1468 天 4 年 kt c c 0 lnt 5 1009 2 45 94 ln 20 根据实验结果 在高温时焦炭中碳与二氧化碳的反应 C CO 2CO 其活化能为 167 4kJ mol 1 计 算自 900K 升高到 1000K 时 反应速率的变化 答案 根据阿仑尼乌斯公式 代入相应数据得 21 12 1 2 ln TRT TTEa k k T T 2 237 9 36 1000900314 8 9001000 1000 4 167 ln 900 1000 K K k k 237 2 900 1000 900 1000 e k k V V K K K K 21 将含有 0 1mol dm 3Na3AsO3和 0 1 mol dm 3Na2S2O3的溶液与过量的稀硫酸溶液混合均匀 产生下列反 应 2H3AsO3 aq 9H2S2O3 aq As2S3 s 3SO2 g 9H2O l 3H2S4O6 aq 今由实验测 得在 170C 时 从混合开始至溶液刚出现黄色的 As2S3沉淀共需时 1515s 若将上述溶液温度升高 100C 重复上述实验 测得需时 500s 试求该反应的活化能 Ea 的值 答案 相同用量的溶液反应 观察到出现沉淀可以认为生成沉淀量相等 所以速率的比与所需时间成 反比 根据阿仑尼乌斯公式 代入相应数据得 21 12 1 2 ln TRT TTEa k k T T 300290314 8 290300 ln 290 300 Ea k k K K Ea 80184J mol 1 80 2kJ mol 1 300290314 8 290300 500 1515 ln Ea 1 10 300290314 8 03 3 ln molJ 21 在没有催化剂存在时 H2O2的分解反应 H2O2 l H2O l 1 2O2 g 的活化能为 75 kJ mol 1 当有催化剂存在时 该反应的活化能就降低到 54 kJ mol 1 计算在 298K 时此两种反应速率的比值 答案 根据阿仑尼乌斯公式 假定催化剂对 A 指前因子 无影响时 在一定A TR Ea kln 1 ln 8 温度下 有无催化剂对速率常数的影响 8 476 RT EaEa k k ln 21 1 2 298314 8 1000 5475 4798 4 8 103 476 8 1 2 1 2 e k k v v 23 对于制取水煤气的下列平衡系统 C s H2O g CO g H2 g 问0 mrH 1