工科化学总结和课后答案强亮生版

1、第八章 表面化学思考题与习题解答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：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：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：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

2、。时称为不润湿。答：错，与所述相反。接触角>90。时称为不润湿，接触角< 90。时称为部分润湿。（5）一般说来，摩擦总是有害的。 答：不对，行走等需要摩擦，否则不能实现。2填充题 （1）无焊药焊接时，熔化的焊锡在焊件表面呈球状的原因（ 是接触角偏大，需要用焊药降低接触角。）（2）物理吸附和化学吸附的区别各种特性物理吸附化学吸附吸附力吸附热选择性吸附层吸附速率吸附稳定性分子间力较小，近于液化热无选择性单分子层或多分子层较快，无吸附活化能，与温度无关不稳定，易解吸化学键力较大，近于反应热有选择性单分子层较慢，有吸附活化能，随升温而加快比较稳定，不易解吸 (3) 表面吉布斯函数与表面张力

3、的区别和联系分别是（G = A）G（表面吉布斯函数增量） （比表面吉布斯函数；表面张力）形成新表面时环境对体系所做的功（J·m2）形成单位新表面时环境对体系所做的功（J·m2）垂直作用在液体表面单位长度边界上的收缩力（N·m1）(4) 悬浊液、乳浊液和溶胶的定义分别是悬浊液乳浊液（憎液）溶胶直径为>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1nm100nm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（

4、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1m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：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×(5.0×1.04)3=5.23×10 10(mm)3该水滴分裂为5.23&

5、#215;1.0 1/ 5.23×10 10 = 109个小水滴 水滴的表面积A1 = 4R2 = 4×3.14×0.52 = 3.14(mm)2 小水滴的总表面nA1 =109×4r2=109×4×3.14×(5.0×1.04)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 Jm24有实用价值的表面活性剂，其烃链中的碳原子数

6、在什么范围，过大或过小对表面活性有什么影响？答：碳链不同时其作用不同，碳原子数在1218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：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84临界胶束浓度和增溶性等）都发生明显的变化。如图84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·m2 = 92

7、0 J·m2 = 1770 J·m2 解: ； > 90 不润湿 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：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()被或所取代时,粘土带负电，形成胶体时的“胶粒”带负电。8欲制备AgI的正溶胶，问在25mL 0.016mol·L1的AgNO3溶液中最多加入多少毫升0.005 mol·L1的KI溶液？并写出该溶胶胶团

8、结构。若用MgSO4和K3Fe(CN)6两种电解质，哪一种电解质更容易使该溶胶聚沉？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 (xy)+ (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

9、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：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：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：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

10、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：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：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：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

11、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：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：对。（9）一种金属单质只能有一种晶体结构。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9101320时，则转变为立方晶格，称为Fe。2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57eV，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，

12、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

13、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

14、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：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 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

15、中有机物转化成焦炭和可燃性气体的过程。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：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0100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：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

16、，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：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：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

17、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：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：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

18、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

19、，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

20、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

21、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：（）ZnZnCl2，NH4Cl（糊状）MnO2C ( + )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：（）ZnKOH(79molL1)MnO2C ( + ) （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

22、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）潮汐能能源 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：（）ZnZnCl2，NH4Cl（糊状）MnO2C

23、( + ) 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：（）ZnKOH(79 molL1)MnO2C ( + )负极反应 Zn(s) +2OH(aq) ZnO(s) + H2O(l)+2e正极反应 MnO2(s) + 2H2O(l) + 2

24、e 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：（）PbH2SO4PbO2 ()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) + 2ePbSO4(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：TiNi(LaNi)（一） H2KOH NiO(O

25、H)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）CnLiClO4ECDECLiMO2（）充电放电充放电时，反应为：正极反应LiMO2 Li1xMO2 xLi+ xe放电充电负极反应 nC xLi+ xe LixCn充电放电电池反应 LiMO2nC Li1xMO2 LixCn（6） 碱性氢氧燃料电池。碱性氢氧燃料电

26、池反应可由下式表示： （一）CH2KOHO2C （ + ）负极反应 H2(g) + 2OH(aq) 2H2O(l) + 2e正极反应 O2(g) + 2H2O(l) + 4e4OH(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

27、kJ）。解：1mol纯煤完全燃烧放出热量为：C（s）+ O2（g）= CO2（g） /(kJ.mol1) 0 0 393.511 = 393.51 0 0 = 393.51 kJ.mol11mol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） /(kJ.mol1) 0 241.82 0 110.525 = 110.525 (241.82) 0 = 131.295 kJ.mol1（2） CO（g）+ 1/2 O2（g）= CO2（g） /(kJ.mol1) 110.525 0 393.51,2 = 393.51 (110.52

28、5) 0 = 282.985 kJ.mol1（3） H2（g） + 1/2 O2（g） = H2O（g） /(kJ.mol1) 0 0 241.82 ,3 = 241.82 0 0 = 241.82 kJ.mol1 = fH m,1 + fH m,3 + fHm,3 = 131.295 + (282.985) + (241.82) = 393.51 kJ·mol1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

29、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rH298 是多少？ 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=nRTCH4 和C2H6的物质的量分别为：CH4 ：n= PV / RT = 111

30、5; 0.85 × 1000/ (8.314× 298 ) =38.08 molC2H6：n= PV / RT = 111× 0.10 × 1000/ (8.314× 298 ) =4.48 molCH4燃烧放出的热量: CH4（g）+ 2 O2（g）= CO2（g）+ 2H2O（g） /(kJ.mol1) 74.85 0 393.51 241.82 = (393.51) + 2× ( 241.82) (74.85) 0 = 802.30 kJ.mol1 = n rH m = 38.08 × (802.30) = 30551

31、.58 (kJ)C2H6燃烧放出的热量: C2H6（g）+ 5/2 O2（g）= 2CO2（g）+ 3H2O（g） /(kJ.mol1) 83.68 0 393.51 241.82 = 2×(393.51) + 3×( 241.82) (83.68) 0 = 1428.8 kJ.mol1 = n = 4.48 × (1428.8) = 6401.02 kJ1.00 m3这种天然气的 298298 = = + =(30551.58) + ( 6401.02) = 36952.60 kJ答：燃烧1.00 m3这种天然气的 298 是 36952.60 kJ。8. 计算

32、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：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=nRTC3H8、CO、 H2 、CH4的物质的量分别为：C3H8 ：n= PV / RT = 100× 0.04 × 1000/(8.314× 273 ) =1.76 molCO： n= PV / RT = 100×

33、0.05 × 1000/(8.314× 273 ) = 2.02 molH2 ： n= PV / RT = 100× 0.305× 1000/(8.314× 273 ) =13.44 molCH4 ： n= PV / RT = 100× 0.52 × 1000/(8.314× 273 ) =22.91 mol100kPa 和298.15K下C3H8（g）、CO（g）、 H2（g） 、CH4（g）的标准燃烧热 /(kJ.mol1)分别为:2220.0、 282.985 、241.82、890.3. 1.00 m3煤气

34、燃烧放出的热量为：(2220.0) ×1.76 + (282.985) ×2.02 + (241.82)×13.44 + (890.3)×22.91 = 28125.7 kJ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·kg1）?组分CHONS灰分水分含量/%86.0412.140.540.200.150.030.7解：设原油的组成为 CnHmOxNyS z,则燃烧反应为：CnHmOxNySz（l）+(2n + m/2 + 2y + 2z x) /

35、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）=71.7×(393.51)+ 1

36、21.4 /2×( 241.82) + 0.01429×(+33.18) + 0.0469×(297.04)= 42882.45 (kJ·kg1)答：此原油的燃烧热值是 42882.45 kJ·kg1。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：煤燃烧放出的总热量为：3.5&

37、#215;106t×30×106 J·t1 = 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：发电

38、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387kg11. 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，,的摩尔质量分别为：4.0015g·mo11，222g·mo11，225.9771 g·mo11）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·mo11按照

39、爱因斯坦质能关系式E =m·c2 ，E =m·c2 = 0.0244×103×(3×108) 2 = 2.196×1012 J·mo11 =2.196×109 ( kJ·mo11) 答：1mol Ra镭226放射性衰变释放出来的能量为2.196×109 kJ·mo11。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·s1解：按照爱因斯坦质能关系

40、式E =m·c2m = 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: 太阳的近似寿命为146.3亿年。第十一章 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：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：错，汽车尾气中排放的NOx主

41、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：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：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：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：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

42、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

43、逸散 层。距地面约 150 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

44、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

45、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

46、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，S

47、O3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8.2×103mol·L1，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·L1？ 解： C(

48、CO) = 3.9×106 mol·L1 答：CO浓度为3.9×106 mol·L 7假定空气与尿素反应为O H2N C NH2 + 4O2 = CO2 + 2NO3 + 2H+ + H2O 计算100 L含1g尿素的水的BOD总（以mg·L1表示）解：尿素相对分子质量为60，水中尿素的浓度为0.01 g·L1, 则 g·L1 = 21 m g·L1答：100 L含1g尿素的水的BOD总为21 m g·L1。8工业废水的排放标准规定Cd2+降到0.10mg·L1以下即可排放。若用加消石灰中和沉淀

49、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·L1 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：(1) Cd (OH)2 2OH + Cd2+= c (Cd2+) c(OH)2=2.5×1014c (Cd2+) = 0.1×103/112.4 = 8.9×107 mol·L1c(OH) =1.67×104 mol·L1pH = 10.22 (2) c(Cd2+) = 5

50、15;103/112.4 = 4.45×105 mol·L1Cd2+ Mg(OH)2 Cd (OH)2+Mg2+K=K=c (Mg2+)=3.2×102 mol·L1每升水中加的氢氧化镁的量至少为：3.2×102 mol·L=3.2×102×58=1.86 g·L1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·L1。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S

51、O2？（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：（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·m3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

52、 g·m3。101998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：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.

53、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：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 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？并说明原因。（1） 凡是淀粉，遇碘就会变蓝色。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：正确。 （3） 牙齿和骨骼的主要

54、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：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：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：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

55、了双螺旋结构。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HCO3的脱水过程 ，它的意义在于 在酶的催化下，在pH7生理条件下，迅速达到CO2与HCO3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