无机化学习题(1)1

1、无机化学习题无机化学习题 第第2章章 化学基础知识化学基础知识2-22-2 分压定律的基本内容是什么？解释该定律成立的原因。解：解：分压定律的基本内容表述为：混合气体的总压等于各组分气体的分压之和，即 p总=pi 该定律成立的原因是：理想气体混合时，由于分子间无相互作用，故在容器中碰撞器壁产生压力时，与独立存在时是相同的，即在混合气体中，组分气体是各自独立的。2-3 有一容积为30dm3的高压气瓶，可以耐压2.5104kPa。试求在298K时可装多少千克O2而不致发生危险。解解：先求出可以盛装的氧气的物质的量n。由理想气体的状态方程pV=nRT 得n=pV/RT。 将题中条件带入，即p=2.5

2、107Pa，V=3010-3m3，T=298K, 可得 氧气的摩尔质量M为32gmol-1 ， 故氧气的质量 m=Mn =32gmol-1302.7mol =9.69Kg 即该气瓶可盛装9.69Kg氧气而不致发生危险。molKKmolJmPan7 .302298314.81030105 .211337总总VVpiipkPadmdmkPapi83.9647. 336. 310033 2-8 在100kPa和298K时，有含饱和水蒸汽的空气 3.47dm3,干燥空气的体积为3.36dm3.求在此温度下水的饱和蒸汽压。解：含饱和水蒸气的空气是一种混合气体，它遵循分压定律。由公式piV总=niRT和p

3、总Vi=niRT联立得piV总=p总Vi故 将混合气体的总压p总=100kPa,干燥空气的分体积Vi=3.36dm3 和混合气体的总体积V总=3.47dm3代入，可求出干燥空气的分压pi。由公式 ，所以水蒸气的饱和蒸汽压即水的分压为iipp总kPakPakPapPpiOH17. 383.961002总2-10 313K时CHCl3的饱和蒸气压为49.3KPa。于此温度和98.6KPa的压强下，将4dm3空气缓缓通过CHCl3，致使每个气泡都为CHCl3饱和，求（1）通过CHCl3后，空气和CHCl3混合气体的体积 （2）被空气带走的CHCl3质量。解解：（1）将题设的过程理解为一个P1=98.

4、6 kPa,V1= 4.00 dm3 的空气气泡缓缓通过 CHCl3 液体，气泡在被 CHCl3 饱和的过程中体系的总压不变，气泡的体积增大。 通过 CHCl3 后的气泡是个混合气体体系，V总是其体积,P总=98.6 kPa。 CHCl3的饱和蒸气压 49.3 kPa是混合气体中该组分的分压 P2， 设另一组分空气的分压为P空，则： P空 = P总 P2 = 98.6 kPa 49.3 kPa = 49.3 kPa 对组分气体空气，使用Boyle定律，T,n不变， P空V总= P总V1，故： V总= P总V1 P空 = 98.6 kPa4.00 dm3 49.3 kPa = 8 dm3 (2)

5、 对组分气体CHCl3使用理想气体状态方程：P2 V总= nRT， 故混合气体中CHCl3物质的量为： n = P2 V总RT = 49.3 kPa8dm38.314 Jmol-1K-1313K = 0.152 mol 所以带走的CHCl3的质量为： m = Mn = 119.5 gmol-10.152 mol = 18.12 g2-13 某氨水的密度为0.910gcm-3，其中氨的浓度为12.85moldm-3。求氨的摩尔分数。解：解：设有1000cm3氨水，其质量 m=v将题设数据代入式中 m=1000 x0.910=910g依题意氨的物质的量n（NH3）=12.85mol这些溶质氨的质量

6、m（ NH3 ）= n（NH3）xM （NH3）=12.85x17.0 =218.5g溶剂水的质量m(H2O)=m- m（ NH3 ）=910-218.5=691.5g溶剂水的物质的量为2m691.5n38.42mol()18M H O22（H 0）（H O）=3n12.85mol()=0.251nn12.85mol+38.42molX NH332（NH ）（NH ）+ （H O）2-14已知60时水的饱和蒸汽压为19.9kPa，在此温度下将180g葡萄糖溶解到180g水中。求此水溶液的蒸汽压。molmolgn1018g1801剂molmolggn11801801质 解：溶剂的物质的量 溶质的

7、物质的量 故 根据Raoult定律故此水溶液得蒸汽压为909.011010nnnmolmolmolx质剂剂剂剂xp pkPakPap1 .18909. 09 .192-17 测得人体血液的凝固点降低值为0.56K，求人体温度为37oC时血液的渗透压，已知Kf=1.86kkg/mol 解解：先求出血液的质量摩尔浓度b，由公式 Tf = kfb 得： b= Tf kf = 0.56 K1.86 Kkgmol-1 = 0.3011 molkg-1 对于稀溶液质量摩尔浓度b在数值上等于物质量浓度C，故知血液的物质量浓度： C= 0.3011 mol dm-3，相当3.011102 mol m-3 题设

8、温度为37，即 T=310 K 再由公式 = cRT, 求出渗透压。 = cRT = 3.011102mol m-38.314Jmol-1 K-1310 K = 776 Pa第第3章章 化学热力学基础化学热力学基础3-1 正确理解下面热力学的概念，并举例加以说明： 体系、环境、界面、宇宙、敞开体系、封闭体系、孤立体系、状态、状态函数、度量性质、强度性质、过程、途径、恒温过程、恒压过程、恒容过程。 如何推导QP与QV的关系式？一个过程的QP与QV在什么情况下相等、近似相等、相差不大？解：解：如右图所示：从反应物的初态出发，经恒压反应()和恒容过程()所得生成物的终态是不相同的。通过过程()恒容反

9、应的生成物()变成恒压反应的生成物()。由于焓H是状态函数，故有H1=H2+H3即 H1=U2+(p2V1-p1V1)+U3+(p1V2-p2V1) H1=U2+(p1V2-p1V1)+U3 (1)过程()只是同一生成物发生单纯的压强和体积变化，故U3约等于零。对于理想气体，U只是温度的函数，故U3=0。生成物T1 p2V1 n2生成物T1 p1V2 n2反应物T1 p1V1 n1H3 ()()恒压过程H1()恒容过程H2故式(1)变成H1=U2+(p1V2-p1V1) (2)反应体系中的固体和液体，其(pV)可忽略不计，若假定体系中的气体为理想气体，则式(2)可变为 H1=U2+nRT式中n

10、是反应前后气体的物质的量之差。于是一个反应的QP与QV的关系可以写作 QP=QV+nRT (3) 由式(3)可以看出，当反应物与生成物气体的物质的量相等(n=0)时，或反应物与生成物全是固体或液体时，恒压反应热与恒容反应热相等，即 QP=QV 当反应物与生成物气体的物质的量不相等(n0)，QP与QV的数值十分接近，相差不大。 只有凝聚相参与的反应，QP与QV的数值近似相等。 3-4如何理解反应进度的概念？QP、QV、rH 、rU、rHm和 rUm的单位分别是什么？解：解：设有化学反应AA+BB=GG+HH 反应未发生时，即t=0时，各物质的量分别为n0(A)，n0(B)，n0(G)，n0(H)

11、，反应进行到t=t时，各物质的量分别为n(A)，n(B)，n(G)，n(H)，则t时刻的反应进度定义为： =n0(A)-n(A)/A=n0(B)-n(B)/B=n(G)-n0(G)/G=n(H)-n0(H)/HQPQVrHrUrHmrUmKJ或JKJ或JKJ或JKJ或JJmol-1或KJmol-1Jmol-1或KJmol-13-4油酸甘油酯在人体中代谢时发生下列反应 C57H104O6(s)+80O2=57CO2(g)+52H2O(l) 计算消耗这种脂肪1kg时，反应进度是多少？将有多少热量放出？141035. 3molkjHmrHHrmrmolmolgg13. 18841000 解：设油酸甘

12、油酯的摩尔质量是M，则 M=(1257+1104+166)gmol-1 =884gmol-1 设消耗这种脂肪1kg时，反应进度为，则 根据摩尔反应热的定义式 故kjHHmrr41079. 33-6 已知： 2C(石墨)+O2(g) = 2CO(g) rHm(1)=-222 kJmol-1 2H2O(g) = O2(g) +2H2(g) rHm(2)= 484 kJmol-1 CO(g) + H2O(g) = CO2(g)+H2(g) rHm(3)=-41 kJmol-1求反应 CO2(g)= C(石墨) + O2(g) 的rHm。解：解： 2C(石墨)+O2(g) = 2CO(g) (-1/2

13、) (4) 2H2O(g) = O2(g) +2H2(g) (+1/2) (5) CO(g) + H2O(g) = CO2(g)+H2(g) (-1) (6) (4)+ (5) + (6) 得：CO2(g)= C(石墨) + O2(g) 根据盖斯(Hess)定律，所求化学反应其摩尔反应热为: rHm= rHm (1) (-1/2) + rHm (2) (+1/2) + rHm (3) (-1) = (-222) (-1/2) +484 (+1/2) +(- 41) (-1) kJmol-1 = 394 kJmol-13-7 已知：C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) r

14、Hm(1) =-2220 kJmol-12H2O(l)=2H2(g)+O2(g) rHm(2)=572.0 kJmol-13C(石墨)+4H2(g)=C3H8(g) rHm(3)=-104.5kJmol-1求CO2(g)的 fHm。解解：根据物质的标准摩尔生成热的定义，CO2(g)的 fHm是指CO2(g)的生成 反应 C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g) 的摩尔反应热。 C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) (1/3) (4) 2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) (2/3) (5) 3C(石墨)+4H2(g)=C3H8(g) (1/3) (6) (4)+ (

15、5) + (6) 得： C(石墨)+O2(g)=CO2(g) 根据盖斯(Hess)定律，所求化学反应其摩尔反应热为: rHm= rHm (1) (1/3) + rHm (2) (2/3) + rHm (3) (1/3) =(-2220) (1/3)+572.0 (2/3) +（-104.5） (1/3) kJmol-1 =-393.5kJmol-1 即 fHm= rHm= -393.5kJmol-13-11在一弹式量热计中完全燃烧0.30molH2（l），热量计中的水温升高5.212K；将2.345g正癸烷【C10H22(l)】完全燃烧，使热量计中的水温升高6.862K。已知H2O（l）的标准

16、摩尔生成热为-285.8kjmol-1,求正葵烷的燃烧热。 解：由题设水的标准摩尔生成热是-285.8kjmol-1,这相当于已知 H2(g)在弹式量热计中燃烧反映是恒容反应，其热效应为 ，由 得1m2228 .285) l ()g(21)(molkjHOHOgHrmrUvRTUHmrmr111108.282298314. 8)23(10008 .285molkjKKmoljmoljvRTHUmrmrkjmolmolkjUUmr624.8430. 008.2821rKJ41.1115.212K6.862K84.624kj- 由0.30molH2(g)完全燃烧，知反应进度?=0.30mol,则

17、即84.624kj热量使量热计的水温升高5.212K，由题设2.345g正葵烷燃烧使热量计的水温升高6.826k，可知其燃烧放热为 即反应式 完全燃烧2.345g正癸烷时， 正癸烷的摩尔质量为142gmol-1,故)(11)g(100)(231) l (2222210lOHCOVgOHC。KJUr41.111molmolggn01651. 0142345. 21103.674801651. 041.111molkjmolkjUUrmr1111r7 .6761314. 8)21(100003.6748molkjKmoljmoljvRTUHmrm 即完全燃烧2.345g正癸烷，?=0.01651m

18、ol,则 燃烧热为恒压反应热效应，故 这就是正癸烷的燃烧热。 3-14 已知fHm (NH3,g)=-46KJmol-1; fHm (H2N-NH2,g)=95KJmol-1; E(H-H,g)=436KJmol-1; E(N-H,g)=391KJmol-1.求E(N-N）. 解：由题设条件可知（1） rHm (1)=-46KJmol-1（2） rHm (2)=95KJmol-1(1)2-(2)1得（3）rHm (3）= rHm (1)2- rHm (2)=(-462-95) KJmol-1=-187KJmol-1根据键能与反应热的关系，有rHm (3）=E（H-H）+E(N-N)+4E(N-

19、H)-6E(N-H)E(N-H)= rHm (3）- E（H-H)+2E(N-H)=-187-436+3912=159KJmol-12213(g ) +g=g22NH3（） N H（)2222(g)+2(g)=(g)NHH NNH2g+gH223（） H N-NH =2NH（）3-20反应 2H2（g）+O2（g）=2H2O(g)z在氢能源的利用中具有重要的意义。根据下面的热力学数据计算1000K，标准状态下，每克氢气最多可做多少非体积功？H2(g)O2(g)H2O(g)-241.8130.7205.2188.8)/(11mKmolJS)/(1molkjHmfmrG 解：在恒温恒压条件下，体系

20、可作非体积功的最大值是反应的rG的相反数。p59 根据题设得数据，可以求得反应的112221222r89),(),(2),(26 .483),(),(2),(2KmolJgOSgHSgOHSSmolkjgOHgHHgOHHHmmmmrmfmfmfm 即2mol氢气可做非体积功394.6kJ 2mol氢气质量为4g，所以每克可做的非体积功为 394.6/4=98.7kJ11r6 .394)89(100010006 .483molkJmolJSTHGmrmrm故第第4章章 化学反应速率化学反应速率4-4 反应物浓度与反应时间的关系是通过什么公式表示的？什么是“半衰期”？级数不同的化学反应，其“半衰

21、期”公式有何不同？解：解：反应物浓度与反应时间的关系可用速率方程的积分表示。 半衰期是指反应物消耗一半所需的时间，用t1/2表示。 零级反应：t1/2=c(A)0/2k 一级反应：t1/2=0.693/k 二级反应：t1/2=1/kc0 三级反应：t1/2=3/2kc024-2 某化学反应2A+B=C是基元反应。A的起始浓度为2moldm-3，B的起始浓度为4moldm-3，反应的初始速率为1.8010-2moldm-3s-1.t时刻，A的浓度下降到1moldm-3，求该时刻的反应速率。解： 2A + B = C t0时刻 2moldm-3 4moldm-3 t时刻 1moldm-3 3.5m

22、oldm-3 反应为基元反应，其速率方程可以写作r=kA2Br0=k（ 2moldm-3 ）2 4moldm-3 （1）rt= k（ 1moldm-3 ）2 3.5moldm-3 （2）(2)式除以（1）式得rt = r00.219=1.800.219=309410-3moldm-3s-14-4 有人对反应C2H6+H2=2CH4提出如下机理： （1）C2H6 = 2CH3 K （2）CH3+H2=CH4+H k2 （3）H+ C2H6=CH4+CH3 k3 试用稳态近似法和平衡假设法推导生成CH4的速率方程微分表达式。并用已知数据表示速率常数k。解：解：反应（2）和反应（3）均生成CH4，故

23、 (4) 同时反应（2）为中间产物H 的形成反应，而反应（3）为中间产物H的消耗反应，根据稳态近似法，反应（2）和反应（3）的速率相等， 即 6232324HCHkHCHkdtCHd623232623232HCHkHCHkHCHkdtHdHCHkdtHd 所以反应式（4）变为 （5） 由题设得平衡条件，有 代入（5）中 令k= 2k2 K1/2 ，则生成CH4的速率方程为 22324HCHkdtCHd2/1622/136223HCKCHHCCHK2/ 16222/ 1242HCHKkdtCHd2/16224HCHkdtCHd4-7环丁烯异构化反应是一级反应，在150时k=2.010-4，气态环

24、丁烯的初始浓度为1.8910-3moldm-3。求1）20min时环丁烯的浓度2）环丁烯的浓度变为1.0010-3moldm-3所需时间。tkccg303. 2l033001401049.1787.0787.0104.01200303.2100 .2lgdmmolccccsscc 解：根据一级反应反应物的浓度与时间的关系式 进行计算。 （1）20min相当于1200sssdmmoldmmolkcc314333301018. 3100 . 21089. 11000. 1lg303. 2lg303. 2t(2)4-13某一级反应400K时的半衰期是500K是的100倍，估算反应的活化能。21216

25、93. 0693. 0tkkt得)2() 1 () 1 (693. 0)2(693. 0k2121212121ttttk 解：由一级反应的半衰期公式)11(303. 2)2() 1 (lg)11(303. 2lg2121212112TTREttTTREkkaa可得 将其代入反应活化能Ea，反应温度T和速率常数k的关系式4-15 蔗糖水解反应 C12H22O11+H2O2C6H12O6 活化能Ea=110KJmol-1;298K时其半衰期t1/2=1.22104s, 且t1/2与反应物浓度无关。 (1)试问此反应的反应级数 (2)试写出其速率方程 (3)试求308K时的速率常数k。解：解：（1）

26、由题意知半衰期与反应物的浓度无关， 故反应为一级反应。 （2）据质量作用定律，其速率方程为： r=kC12H22O11 （3）由公式t1/2=0.693/k,则298K的速率常数为： k=0.693/t1/2 =0.693/1.22104 s =5.68010-5 s-1 反应活化能Ea,反应温度T和速率常数k之间的关系为：将Ea、T1和T2的数据代入其中，得 故k2/k1 =4.228 k2 =4.228 k1 =4.228 5.680 10-5 s-1 =2.40 10-4 s-111111210261. 6)30812981(314. 8303. 21000110lgKKKmolJmol

27、Jkk)11(303. 2lg2112TTREkka4-16 合成氨反应一般在773K下进行，没有催化剂时反应的活化能约为326kJmol-1，使用还原铁粉作催化剂时，活化能降低至175kJmol-1.计算加入催化剂后，反应的速率扩大了多少倍？解：反应速率常数、温度和活化能的关系满足阿伦尼乌斯公式当温度一定、活化能Ea不同时，速率常数k不同，于是 （1） （2）（2）-（1）得因为速率常数k与反应速率r成正比，故alg k= -+ lgA2.303ER T1alg k =-+lgA2.303ERT（1）2alg k =-+lgA2.303ERT（2）21ka- alg=-k2.303ERT（

28、1）E （ 2）2211kr=kr公式变成故即加入催化剂后，速率扩大了1.61010倍。21ra- alg=r2.303ERT（ 1）E （ 2）326-175=10.22.3038.31477310001 021r= 1 .61 0r第第5章章 化学平衡化学平衡5-3 什么是“化学反应等温式”？如何由化学反应等温式推导出公式 rGm=-RTlnK和 rGm=RTlnQ/K。 解：解：化学反应等温式：rGm=rGm+RTlnQ (1) 当体系处于平衡状态时，rGm=0，同时Q=K， 所以式(1)变成 0=rGm+RTlnK rGm=-RTlnK (2) 将式(2)代入式(1)中，得 rGm=-

29、RTlnK+RTlnQ 上式可变为：rGm=RTlnQ/K 5-1 写出下列各反应的K表示式，并写出各反应所有存在Kc,Kp表达式(1)2HI(g) H2(g)+I2(g) (2)1/2N2(g)+3/2H2(g) NH3(g)222222222)(HIIHPCHIIHpppKHIIHKppppppK2/32/12/322/1232/32/1223223)()(HHNpCHNHNpppKHNNHKppppppKN(3)H2PO4-(aq) HPO42-(aq)+H+(aq) (4)H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g)424424POHHHPOKcPOHcHcHPOKC222222

30、222COOHCOpCCOHOHCOppppKCOHOHCOKppppppppKH(5)MgCO3(S)MgO(s)+CO2(g)(6)C7H16(l)+11O2(g) 7CO2(g)+8H2O(l)222COpCCOpKCOKppK117112721172222)()(OCOpCOCOppKOCOKppppK(7)MgNH4PO4(s) Mg2+(aq)+NH4+(aq)+PO43-(aq)(8)HgI2(s)+2I-(aq) HgI42-(aq)34423442PONHMgKcPOcNHcMgKc224224)(IHgIKcIcHgIKc5 . 035 . 0153221083. 5)10

31、40. 3()()(21)(PaPaKgSOgOgSOp 5-31000K时，反应2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)的Kp=3.410-5Pa-1。求反应SO2(g)+1/2O2(g)=SO3(g)在该温度下的Kp,Kc。 解：当化学反应方程式中计量数扩大n倍时，反应的平衡常数K将变成Kn。故反应 联系Kp和Kc的关系式是理想气体的状态方程pV=nRT,p=(n/V)RT和p=cRT。 注意Kp表示式中p的单位是Pa,而Kc表示式中的c单位一般是moldm-3,体积不是m3,而是dm3。于是c的数值比以moldm-3为单位时扩大了1000倍。为了保证公式p=cRT两边相等应有R=8.3

32、14103Padm3mol-1K-1由p和c的关系式得到Kp和Kc的关系式 Kp=Kc(RT)vv为气体分子计量数的变量。故Kc=Kp(RT)-v =16.8mol-0.5dm1.55-4 27oC时，反应2NO2(g)N2O4(g) 实现平衡时，反应物和产物的分压分别是p1和p2。写出Kc，Kp和K的表达式，并求出Kc/K的值。(以p=100KPa计算)解：解： 2NO2(g)N2O4(g) 平衡分压 p1 p2 由于pV=nRT，则有 p=nRT/V=cRT c=p/RT (1) (2)2122242ppppKNOONp2122122242)(pRTpRTpRTpNOONKc2122122

33、)()(242pppppppppppKNOON由式(1)和式(2)可得131121221294.24100)27327(314. 8moldmKPaKKmolJpRTppppRTpKKc5-5 某温度下，100KPa时的反应 2NO2N2O4 的标准平衡常数K=3.06，求NO2的平衡转化率。解：解：设反应前NO2 的浓度为1 moldm-3， 反应达到平衡时NO2的浓度为 xmoldm-3。 2NO2 N2O4 起始时浓度/(moldm-3) 1 0平衡时浓度/(moldm-3) x (1- x)/2 摩尔分数 分压 将NO2 和 N2O4的平衡分压代入上式，得： 06. 3)(222422

34、42NOONNOONpppppppK总pxxxx)1(21)1(21总pxxxx1111 又因为p总=p=100KPa， 代入上式，可得： 解得 x=0.275所以NO2的平衡转化率=06.3)11()1(212总总pxxppxx06.34)1)(1(2xxx%5 .72%1001)275. 01 (molmol5-10计算反应CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)298K和700K时的KCO(g)O2(g)CO2(g)-110.50-393.5197.7205.2213.8-137.20-394.4)/(1molkJHmf)/(11mKmolJS)/(1mrmolkJG451111122

35、22102 . 12988 .130298314. 810002 .257lnln2 .257)g,(21)g,(),()()(21)(KKKKmolJkJJmolkJKKRTGmolkJOGCOGgCOGGgCOgOgCOmrmfmfmfmr时，故得由公式161111109 . 37002 .38-ln45.2227005 .86;283KKRTGKmolkJGSTHGKTKmolJSmolkJHmrmrmrmrmrmrmr时，故所以得代入公式后和同样求出5-14 某温度时2.00molPCl5与1.00molPCl3相混合，发生反应PCl5（g）PCl3(g)+Cl2(g)平衡时总压强为2

36、02kPa， PCl5（g）转化率为91.求该温度下反应的平衡常数Kp和K .解： PCl5（g） PCl3(g) + Cl2(g)起始时物质的量mol 2.00 1.00 0平衡时物质的量mol 2.00（1-0.91） 1.00+2.000.91 2.000.91 =0.18 =2.82 =1.82 xi 0.184.82 2.824.82 1.824.82 pi 0.182024.82 2.82202 4.82 1.822024.82 相对pi 0.18 2024.82 1002.822024.82 1001.82 2024.82 10031 .8 22 .8 22 0 22 0 24 .8 24 .8 2p =1 .21 0 ka0 .1 82 0 24 .8 2KP1 .8 22 0 22 .8 22 0 24 .8 21 0 04 .8 21 0 0K= 1 20 .1 82 0 24 .8 2