工程化学基础（第二版）练习题参考答案

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第一章 绪 论

练习题（p.9）

1. （1）×； （2）√； （3）×； （4）√。 2. （1）C、D；（2）C；（3）B。 3. 反应进度；ξ； mol。

4. 两相（不计空气）；食盐溶解，冰熔化，为一相；出现AgCl?，二相；液相分层，共三

相。

5. 两种聚集状态，五个相：Fe（固态，固相1），FeO（固态，固相2），Fe2O3（固态，固

相3），Fe3O4（固态，固相4），H2O（g）和H2（g）（同属气态，一个气相5） 6. n =（216.5 －180）g / (36.5g · mol-1) = 1.0 mol

7. 设最多能得到x千克的CaO和y千克的 CO2，根据化学反应方程式： CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) 摩尔质量/g·mol-1 100.09 56.08 44.01 物质的量/mol

y1000?95% x

56.0×810?344.01?10?3100.09?10?3 因为n(CaCO3)=n(CaO)=n(CO2) 即

yx1000?95%=

=

100.09?10?356.08×10?344.01?10?3 得 x =m(CaO) =532.38kg y =m(CO2) =417.72kg

分解时最多能得到532.28kg的CaO和417.72kg的CO2。 8. 化学反应方程式为3/2H2+1/2N2 = NH3时：

???????n(H2)?6mol??4mol

3?(H2)?2?n(N2)?2mol??4mol

1?(N2)?2?n(NH3)4mol??4mol

1?(NH3)?n(H2)?6mol??2mol

?3?(H2)化学反应方程式为3H2+ N2 = 2NH3时：

?? 1

?????n(N2)?2mol??2mol

?1?(N2)?n(NH3)4mol??2mol

2?(NH3)当反应过程中消耗掉2mol N2时，化学反应方程式写成3/2H2+1/2N2 = NH3，该反应的反应进度为4 mol；化学方程式改成3H2+ N2 = 2NH3，该反应的反应进度为2 mol。 9. Δn（H2）=ξ×ν（H2）=0.5 mol×(－2)=－1 mol Δn（H2O）=ξ×ν（H2O）=0.5 mol×2=1 mol 消耗掉1 molH2，生成1 molH2O。

思考题

1． 略。

2． 物质层次有哪些？各层次物质运用适用的理论是什么？ 答：（1）宏观物体——牛顿力学; （2）微观物体——量子力学； （3）宇官物体——广义相对论； （4）渺观物体——超弦（？） 3.略。

4.以人体或烧结炉为例说明系统和环境的划分和确定不是绝对的，而是相对的。

答：系统的选择根据研究需要而定，不同的方法和不同的角度对系统的划分也不同。以烧结炉为例，在烧结炉中放置两块金属如铁片和银片，其间放有低熔点合金如锡和鉍的合金，在可控还原气氛如氮和氢的混合气体保护下加热，则两块难熔金属将被烧结在一起。在这个例子中，如果要讨论烧结工艺的有关问题就可以把整个烧结炉作为系统，它包括金属片、低熔点合金和气体介质，而烧结炉外空间中的物质则均为环境。如果想研究烧结炉内可控保护气体间发生的反应，那么就可把氮气分解的化学反应当作一个系统加以讨论。而炉膛内的支架、难熔合金片、低熔点等物质及绝热均为环境。可见，“系统”的确定是根据研究对象的需要划分的。 5.略。

6.20℃ 的实验室内，把一只盛有水和冰的但没有盖的瓶子作为一个系统来研究，那么该系统可称为什么系统？它可与环境交换些什么？若盖上盖子密封，则情况怎样？这个系统称为什么系统？若将这个瓶子用绝对隔热（实际上是不可能的）石棉布包裹，情况又如何？这个系统称为什么系统？如果把整个实验室作为一个孤立系统来讨论，此时需要什么条件？ 答：（1）敞开系统，物质和能量的交换； （2）封闭系统，能量的交换；

（3）孤立系统，既无物质的交换也无能量的交换； 7.略。

8.摩尔（mol）是物质的量的单位，使用时应注意什么？ 答：在使用物质的量的单位时必须指明基本单元。 9.略。

10.反应进度的物理意义是什么？能不能随便改动化学反应方程式？生成一定量的H2O1时，反应O2+H2=H2O与反应O2+2H2=2H2O的反应进度是否相同？

2答：（1）物理意义：反应系统中任何一种反应物或生成物在反应过程中物质的量

2

的变化c与该物质的化学计量数νB的比值。

（2）因反应进度与化学计量数有关，故不能随便改动化学反应方程式。 （3）生成物的物质的量一定，化学计量数不同，则反应进度也不同。

第二章 物质的化学组成和聚集状态

§2.1 物质的化学组成

练习题(p.23)

1． 化学式或名称 K[Pt(NH3)C13] 名称或化学式 三氯一氨合铂(Ⅱ)酸钾 Na2[Zn(OH)4] Ni(en)3]SO4 四羟合锌(Ⅱ)酸钠 硫酸三乙二胺合镍(Ⅱ) [Co(NH3)5Cl]C12 二氯化一氯五氨合钴(Ⅲ) Na2[CaY] 乙二胺四乙酸合钙(Ⅱ)酸钠 Ni(CO)4 氯化二氨合银(I) 四羰合镍(0) [Ag(NH3)2]C1 Ni(0) Ag(I) Fe(Ⅱ) Ca(Ⅱ) (-OOCCH2)2NCH2- N,O CH2N(CH2COO-)2 (EDTA或Y4-) －配位中心 配位体 NH3,Cl 配位原子 配位数 Pt(Ⅱ) N,Cl 4 Zn(Ⅱ) Ni(Ⅱ) OH H2NCH2CH2NH2 (en) O N 4 6 Co(Ⅲ) NH3,Cl N,Cl 6 6 CO NH3 CN O N N 4 2 6 六氰合铁(Ⅱ)酸钾 K4[Fe(CN)6] 其中，螯合物有：（3）[Ni(en)3]SO4和（5） Na2[CaY]

2．答：金刚石、石墨和碳团簇都是碳的同素异形体。金刚石的C原子之间通过共价键形成原子晶体，是天然产物中硬度最大、熔点最高(3550℃)、不导电的贵重材料；石墨晶体中同层粒子间以共价键结合，平面结构的层与层之间则以分子间力结合。由于层间的结合力较弱，容易滑动，所以有导电性和滑动性, 用于铅笔芯、润滑材料、电极材料。碳团簇, 如C60, 是由60个碳原子以20个六边形和12个五边形相间组成的32面体球形分子，形如足球，具有类似“烯烃”的某些反应性能，也称“足球烯”，球碳团簇及其衍生物在超导电性、半导体、非线性光学等方面具有奇异性能。碳纳米管是一种由单层或多层石墨卷成的纳米微管，多层碳管各层之间的间隔为石墨的层间距。碳管两头可以是空的，也可被半个C60或更大的球碳

3

所封闭。碳纳米管可以是不同禁带宽度的半导体，可以用于未来电子工业制造电子器件和超薄导线，使电子芯片集成度更高，体积更小, 也是制备高强度轻质材料的理想组元。 3． Sn1－xCnxO2 ，存在于黑漆古铜镜中，是表层耐磨物质；

Y2O2S:Eu3+ ，可用作彩色电视的发光材料； GaAs1-xPx，制备发光二极管的材料。 （另外还可以举出许多例子）

( CH2-CH )n--CH2-CH 4．聚苯乙烯 中的链节、重复单元都是

，聚合度是n。

聚酰胺—610有两个链节：

，两个链节组成一个重复单元, 聚酰胺的聚合度是2n。

【注意】高分子化合物的重复单元可以包含不同的链节，聚合度以链节数来计量。特别注意，在聚酰胺化学式中，名称后的第一个数字指二元胺的碳原子数，第二个数字指二元酸的碳原子数，所以聚酰胺—610是由己二胺和癸二酸为单体缩聚而得的。 5．

名称 聚丙烯 聚丙烯腈 化学式 [CH类型 碳链高分子 碳链高分子 杂链高分子 ]nCH2]nCH2]nCH3[CHCN 尼龙—66 聚二甲基硅氧烷 6． 高分子名称 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 O[NH(CH2)6NHC (CH2)4CCH3[SiCH3O]nO 元素有机高分子 单体化学式 CH2＝CH2 CH3CH＝CH2 ClCH＝CH2 CH＝CH2命名 乙烯 丙烯 氯乙烯 苯乙烯 聚四氟乙烯 聚异戊二烯 CF2＝CF2 CH2＝C—CH＝CH2 CH3

4

四氟乙烯 2-甲基-1，3-丁二烯 （异戊二烯） 聚酰胺 H2N(CH2)6NH2 HOOC(CH2)4COOH NH(CH2)5C=O 己二胺 己二酸 己内酰胺 2-甲基-丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯 CH2＝C—COOCH3 CH3 聚环氧乙烷 CH2—CH2 O 环氧乙烷 聚丙烯腈 CH2＝CHCN OCH2＝CHCNH2 丙烯腈 聚丙烯酰胺 聚对苯二甲酸乙二(醇)酯 酚醛树脂 HOOC丙烯酰胺 COOH 1，4-苯二甲酸（对苯二甲酸） 乙二醇 苯酚 HO CH2 CH2OH OH ，HCHO 聚二甲基硅氧烷 OHCH3SiCH3OH甲醛 二甲基二羟基硅烷 丙烯腈，1，3-丁二烯，苯乙烯 ABS CH2＝CHCN，CH2＝CH—CH＝CH2CH＝CH2， 7．答：蛋白质分子是一条或多条多肽链构成的生物大分子，多肽链由氨基酸通过肽键（酰胺键，—CO—NH—）共价连接而成，相对分子质量可从一万到数百万。各种多肽链都有自己特定的氨基酸顺序，人体蛋白质由20种氨基酸组成，除脯氨酸外，其它19种均是α-氨基酸，结构通式为R—CH(NH2)COOH，R是每种氨基酸的特征基团。蛋白质有不同层次的结构，分为一级、二级、三级和四级结构。多肽链中氨基酸的数目、种类和连接顺序称为蛋白质的一级结构；多肽链中若干肽段在空间的伸张方式，如α-螺旋、β-折叠等称二级结构；多肽链在二级结构基础上，依靠基团相互作用进一步卷曲、折叠而成的更复杂的三维空间结构称三级结构；两条或两条以上具有三级结构的多肽链按特定方式结合而成的聚合体称四级结构。一级结构又称为基本结构，二级结构以上属高级结构。通常只有那些具有高级结构的蛋白质才有生物活性。

脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)由磷酸、脱氧核糖或核糖、有机碱组成，有机碱分别为腺嘌呤（Adenine），鸟嘌呤（Guanine），胞嘧啶（Cytosine），胸腺嘧啶（Thymine）和尿嘧啶（Uracil），简称A，G，C，T，U。它们的基本结构单元是单核苷酸，单核苷酸通

5

......

§ 3.4 晶体缺陷 陶瓷和复合材料

练习题(p.97)

1．

2． 陶瓷由晶相、晶界相、玻璃相和气相组成。

晶相是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷的主要性质。

晶界相是多晶结合处的缺陷，对晶体功能影响很大，是功能产生的原因。

玻璃相起粘结作用，能降低烧成温度，可填充气孔气相，可使陶瓷的电热绝缘性能大大提高。

气相不可避免，但可降低到最低程度。气孔可减轻重量，但抗电击穿能力下降，受力时易产生裂缝，透明度下降。

3． 尽管硅酸盐有多种形式的结构，但都是Si和氧的共价键结合的硅氧四面体负离子基团，基团内镶嵌着金属正离子,与硅氧四面体负离子基团中的氧以离子键结合，其绝缘性取决于负离子基团中的氧与金属离子间的结合力。硅氧西面体的框架是确定的，金属离子的电荷与半径决定了结合力的大小，金属离子的电荷较高,半径大,结合力大。Na+电荷低，半径小，所以含量越低越好。

223

4． 氮化硅Si3N4，偏共价键型。 外层电子排布式 14Si1s22s22p63s23p2， 电7N 1s2s2p。

负性Si 1.8 N 3.0。

氮化硅耐高温,在1200℃下可维持室温时的强度和硬度，在氧化情况不太严重的介质中最高安全使用温度可到1600～1750℃，用作火箭发动机尾管及燃烧室，无冷却汽车发动机。 5．铁氧体的化学组成主要是Fe2O3,此外有二价或三价的Mn、Zn、Cu、Ni、Mg、Ba、Pb、Sr、Li的氧化物,或三价的稀土元素Y、Sm、En、Gd、Fb、Dy、Ho和Er系的氧化物。NiMnO3及CoMnO3等虽不含Fe，但也是铁氧体。

它可用作计算机和自动化装置中的记忆(贮存)元件,用作隐身材料。

6．BYCO的化学组成为Ba、Y、Cu的氧化物,但不一定成整数比。它可用作超导材料，制成电缆输电、发动机的线圈、磁力悬浮高速列车。 7．WC－Co金属陶瓷的简单制备过程如下： WO3 + C ? W + CO2

W(粉末) + C ? WC(粉末) CoO + C ? Co(粉末)

WC(粉末) + Co(粉末)?(烧结)?WC－Co金属陶瓷

16

8．玻璃钢是一种复合材料，它由合成树脂,如酚醛树脂、环氧树脂及玻璃纤维等组成，将玻璃纤维(增强相)浸渍在树脂(粘结相，基体)中，再加以固化剂、稀释剂、填充剂、增塑剂等辅助材料制成。它的主要优点是质轻，电绝缘性好，不受电磁作用，不反射无线电波，微波透过性能好，耐磨，耐腐蚀，成型简便。可用作汽车、轮船外壳、室内器具等。

第四章 化学反应与能源

§4.1热化学与能量转化 练习题(p.106)

1．(1) a、b；(2) b、d；(3) c；(4) b

2． C2H2(g) + 5/2O2 (g) = 2CO2 (g) + H2O(g)

?fHm? (298.15)/kJ.mol

－1

227.4 0 －393.5 －241.8

－1

?rHm?(298.15)=[2×(－393.5) －241.8－227.4] kJ?mol

=－1256.2 kJ?mol1

－－1

CH4(g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O(g)

?fHm? (298.15)/kJ.mol

－74.6 0 －393.5 －241.8

－1

?rHm?(298.15)=[ (－393.5) +2×(－241.8)－(－74.6)] kJ?mol

=－802.5 kJ?mol1

－－1

C2H4(g) + 3O2 (g) = 2CO2 (g) + 2H2O(g)

?fHm? (298.15)/kJ.mol

52.4 0 －393.5 －241.8

－1

?rHm?(298.15)=[2×(－393.5) +2×(－241.8)－52.4] kJ?mol

=－1323 kJ?mol1

－－1

C2H6(g) + 7/2O2 (g) = 2CO2 (g) + 3H2O(g)

?fHm? (298.15)/kJ.mol

－84.0 0 －393.5 －241.8

－1

?rHm?(298.15)=[2×(－393.5) +3×(－241.8)－(－84.0)] kJ?mol

=－1428.4 kJ?mol1

－

可见，燃烧1molC2H4或C2H6放出的热量大于C2H2，因此可以代替，而CH4不行。 3． Na2S(s) + 9H2O(g) = Na2S?9H2O(s)

?fHm?rHm

/kJ.mol

－1

－372.86 －241.8 －3079.41

－1

(298.15)={(－3079.41)－[(－372.86)+(－241.8)×9]}kJ?mol=－530.35 kJ?mol1

－

－

1kg Na2S的物质的量：n=1000g/(22.99×2＋32.07)g?mol1=12.81mol Q= Qp=?H= (－530.35kJ?mol1 )×12.81mol=－6794 kJ

－

17

4． 2N2H4(l) + N2O4(g) = 3N2(g) + 4H2O(l)

?fHm ?rHm

/kJ.mol1 50.63 9.66 0 －285.8

－

(298.15)=[(－285.8)×4－(50.63×2+9.66)] kJ?mol1

－

－

=－1254.12 kJ?mol1

32 g N2H4的物质的量为：n=32g/(14×2+1×4)g?mol1=1.0 mol

－

1.0molN2H4完全反应，其反应进度为2mol，所以： Q= Qp=?H=－1254.12 kJ?mol1×2mol=－627.06 kJ

－

115． CaO(s) + H2O(l) = Ca2+(aq) + 2OH(aq)

－

?fHm ?rHm

(298.15)/kJ?mol

－1

－634.9 －285.8 －542.8 －230.0

－

(298.15)=[(－543.20)－2× (－230.0)]－[(－634.9)+(－285.8)] kJ?mol1

－

=－82.1 kJ?mol1 罐头从25℃?80℃需吸收的热量： Q= Qp=?H=400 J?K1?(80－25)K=22000 J

－

设需CaO为W克，则其物质的量 n=W/[(40.08+16.00) g?mol1]=Q/[-?rHm

－

(298.15) ×80%]

－

? W=[22000/(82.1×103×80%)] mol ×56.08 g?mol1 =18.78 g 6． C6H6(l) + 15/2O2 (g) = 6CO2 (g) + 3H2O(l)

?U?QV??209.2kJ

?H??U??ngRT?[(?209.2)?(5/78)?(6?7.5)?8.314?298.15?10?3]kJ??209.4kJ1mol液态苯在弹式量热计中完全燃烧放热：

Q?QV?(?209.2)?78/5kJmol?1??3263.5kJmol?1

7．恒容反应热QV??U，恒压反应热Qp??H，当液体、固体相对于气体体积可以忽略且气体可以看作理想气体时有：?H??U??ngRT。所以：

(1) H2(g)十(2) H2(g)十

10.5O2(g)==H2O(g) ?ng??，?H??U，Qp?QV；

211.5O2(g)==H2O(l) ?ng??，?H??U，Qp?QV。

2－1

8． Fe2O3(s) + 3CO(g) = 2Fe(s) + 3CO2(g) ?fHm ?rHm

(298.15)/kJ?mol

－824.2 －110.5 0 －393.5

－

(298.15)=[3× (－393.5)－(－824.2)+3×(－110.5)] kJ?mol1

－

=－24.8 kJ?mol1

18

9． C5H12(l) + 8O2 (g) = 5CO2 (g) + 6H2O(g)

?fHm? (298.15)/kJ.mol

－1

－149.9 0 －393.5 －285.8

－1

?rHm?(298.15)=[5×(－393.5) +6×(－285.8)－(－149.9)] kJ?mol

=－3532.4kJ?mol1

－

燃烧1克汽油所放出的热量：Q?3532.4kJmol?72gmol

§4.2 化学反应的方向和限度

练习题(p.114)

1．（1）X；（2）√；（3）X；（4）X；（5）X；（6）√。 2．（1）Smθ[H2O（s）]＜Smθ[H2O（l）] ＜Smθ[H2O（g）] （2）Smθ(298.15K) ＜Smθ(398.15K)＜Smθ(498.15K)

（3）同一温度下：Smθ（Fe）＜Smθ（FeO）＜Smθ（Fe2O3）。 3． C（s）+CO2（g）==2CO（g） ?fGm ?rGm

(298.15)/kJ?mol

－1

?1?1?49.06kJg?1

0 －394.4 －137.2

－

(298.15)=[ 2× (－137.2) －(－394.4)] kJ?mol1

－

=120.0 kJ?mol1

4． CaCO3（s） == CaO（s）+ CO2（g） ?fHm

Sm

?rHm

(298.15)/kJ?mol

－－1

－

－1207.6 －634.9 －393.5

(298.15)/J?mol1?K1 91.7 38.1 213.8 (298.15)=[(－634.9)－ (－393.5)－(－1207.6)] kJ?mol1

－

－

=179.2 kJ?mol1 ?rSm

(298.15)=(38.1+213.8－91.7) J?mol1?K1

－

－

－

－

=160.2 J?mol1?K1

ΔrGmθ(1222K)? ?rHm

(298.15) －T?rSm

－

(298.15)

－

－

= 179.2 kJ?mol1－1222K×160.2 J?mol1?K1

= －16.56 kJ?mol1

－

ΔrGmθ(1222K) ＜0，能自发进行。

5． SiO2(s) + 2C(s) = Si(s) + 2CO(g)

0?fHm(298.15K)/kJ·mol-1 -910.7 0 0 -110.5 0Sm(298.15K)/J·mol-1·K-1 41.5 5.7 18.8 -197.7 0?fGm(298.15K)/kJ mol-1 -856.3 0 0 -137.2

0?1?1(1) ?rHm(298.15K)?[2?(?110.5)?(?910.7)]kJmol?689.7kJmol

19

0?rSm(298.15K)?[2?197.7?18.8?(41.5?2?5.7)]Jmol?1K?1?361.3Jmol?1K?1

0?1?1(2) ?rGm(298.15K)?[2?(?137.2)?(?856.3)]kJmol?581.9kJmol

或

000?rGm(298.15K)??rHm?T?rSm?[689.7?298.15?361.3?10?3]kJmol?1?582.0kJmol?10?3?1?1 (3) ?rGm(1000K)?[689.7?1000?361.3?10]kJmol?328.4kJmol?0

不能自发。

000(4) ?rGm??rHm?T?rSm?0，自发，所以：

00T??rHm/?rSm?(689.7?103/361.3)K?1909K

6．（1）大于零；（2）大于零；（3）小于零；（4）小于零。 7． C(s) + H2O (g) = CO(s) + H2(g)

0?fHm(298.15K)/kJ·mol-1 0 -241.8 -110.5 0 0Sm(298.15K)/J·mol-1·K-1 5.7 188.8 197.7 130.7 0?fGm(298.15K)/kJ mol-1 0 -228.6 -137.2 0

0?1?1(1) ?rGm(298.15K)?[(?137.2)?(?228.6)]kJmol?91.4kJmol?0

不能向正方向进行。

0?1?1(2) ?rHm?[(?110.5)?(?241.8)]kJmol?131.3kJmol?0 0?rSm?[197.7?130.7?(188.8?5.7)]Jmol?1K?1?133.9Jmol?1K?1?0 000?rGm??rHm?T?rSm

因此，升高温度能向正方向进行。

000(3) ?rGm??rHm?T?rSm?0

00T??rHm/?rSm?(131.3?103/133.9)K?980.6K

8．已知?rHm?rSm

(298.15)=－402.0kJ?mol

－1

，?rGm

=－345.7kJ.mol

－1

，则 298.15K时的

(298.15)值可以从下式求出：

(298.15)－298.15K×?rSm(298.15)=[?rHm

(298.15)=?rGm

(298.15)

?rHm ?rSm

(298.15)－?rGm

(298.15)]/298.15K

－

=[－402.0－(－345.7)]kJ?mol1/298.15K =0.1888 kJ.mol

当?rGm ?rHm

－1.

K

－1

(T)=0时的温度可用下式表示： (298.15)－T??rSm

(298.15)]/?rSm

(298.15)?0 (298.15)

20

算得：T?[?rHm

=－402.0kJ.mol1/(－0.1888kJ.mol

－

－1.

K1)

－

=2129 K

当温度在2129K以下时，该反应均向正向进行，即CaO和SO3的结合是可能的，所以高温下除去SO3也是可能的。

§4.3 化学平衡和反应速率

练习题(p.125)

1．(1) K0?(pO2/p0)?(pNO2/p0)4(pN2O5/p0)20

（2）K?(cZn2?/c0)?(pH2S/p0)(cH+/c0)2

2．降低温度，增加总压力

3．此反应随温度T升高，平衡常数K0增大，从关系式：

000??rGm??rHm?rSm lnK? ??RTRTR00 可看出：?rHm必须是正值才能满足T增大K0也增大，所以是吸热反应。

4． FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) 开始 0.05 0.05 平衡 0.05-x 0.05+x

(0.05+x)/(0.05-x)=0.5 x=-0.017mol·L-1

平衡时：c(CO2)=0.033mol·L-1，c(CO)=0.067 mol·L-1 5．lnE11k1??a(?) k2RT1T2lnE111??a(?) 10R303310Ea=256.9kJ·mol-1

6． C2H4（g）+ H2O（g）

C2H5OH（g）

? fH ?m（298.15K）/kJ·mol-1 52.4 -241.8 -277.6

0?rHm?[(?277.6)?(52.4?241.8)]kJmol?1??88.4kJmol?1

该反应为放热、总体积减小的反应，所以增大压力和采用适当较低温度有利于反应正向进行，可以采用适当催化剂，加速反应速度（弥补温度降低带来的不利）。 7． 2NO2（g）

2NO（g）+O2（g）

（1）因为该反应速率方程符合质量作用定律，所以正反应的速率方程式为：v?k(cNO)2。

2

21

0?rHm?[2?90.4?2?33.9]kJmol?1?113kJmol?1 0Ea逆?Ea正－?rHm?（114－113）kJmol?1＝1kJmol?1

（2）lnE11k1??a(?) k2RT1T2k1114?10311正反应：ln??(?)??3.26

k28.314600700k2?26.05 k1k1'1?10311逆反应：ln??(?)??0.029

k2'8.314600700k2'?1.03 k1'可见，温度升高，正、逆反应速率增加的倍数不同，这里显然正反应增加的倍数远远大于逆反应增加的倍数，说明温度升高使平衡向正反应方向，即吸热反应方向移动。 8． 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)

0?fHm(298.15K)/kJ·mol-1 91.3 -110.5 0 -393.5 0Sm(298.15K)/J·mol-1·K-1 210.8 197.7 191.6 213.8

?fGm

(298.15)/kJ.mol1 87.6 －137.2 0 －394.4

－

(1) 298.15 K时：

0?rHm?[(2?(?393.5)?2?91.3?2?(?110.5)]kJmol?1??748.6kJmol?1

0 ?rSm?[191.6?2?213.8?2?210.8?2?197.7]Jmol?1K?1??197.8Jmol?1K?1

000?rGm??rHm?T?rSm?[?748.6?298.15?(?197.8)?10?3]kJmol?1??689.6kJmol?1 或 ?rGm lnK

..

(298.15)=[2×(－394.4)－2×(－137.2)－2×87.6]kJ·mol1 =－689.6kJ·mol1

－

－

=－?rGm

/RT

－

－1.

=－(－689.6×103J.mol1)/( 8.314 J.mol =278 K

=5.01×10120

K1×298.15K)

－

（2）773.15K时：

000?rGm??rHm(298.15K)?T?rSm(298.15K)?[?748.6?773.15?(?197.8)?10]kJmol??595.67kJmol lnK

=－?rGm

/RT

－

－1.

?3?1?1

=－(－595.67×103J.mol1)/( 8.314 J.mol

K1×773.15K)

－

22

=92.67 K

§4.4 氧化还原反应和能源的开发和利用

练习题(p.137)

1． (1) x； (2) ∨；(3) x；(4) ∨． 2．（1）c；（2）b。

3．反应(1) 正向进行：E(Fe/Fe)?E(Cu/Cu) 反应(2) 正向进行：E(Cu/Cu)?E(Fe/Fe) 所以：E(Fe/Fe)?E(Cu/Cu)?E(Fe/Fe) 4． MnO4 + 8H++5e=Mn2++4H2O

－

=1.76×1040

03?2?02?02?02?03?2?02?02? E=E

0.059lg[(0.01)×(10－5)8]=(1.507－0.496) V=1.01V +5－

Cl2 +2e=2Cl E=E

－

=1.36V

Cr2O72+14H++6e=2Cr3++7H2O E=E

0.059lg[(0.01)×(10－5)14 ]=(1.232－0.708) V=0.524V +60?03?2? 从计算结果知道，此时的氧化性从大到小的顺序是:Cl2、KMnO4溶液、K2Cr2O7溶液。 5． （1）已知E(Ag/Ag)?0.7996V，E(Fe/Fe)?0.771V

0?rGm??RTlnK0??nE0F

E0?E0(Ag?/Ag)?E0(Fe3?/Fe2?)

0K0?exp(nE0F/RT)?exp[1?(0.7996?0.771)?96500/8.314/298.15]?3.04

（2）K

?x?3.04，x?0.073molL?1

(1.0?x)(0.1?x)03?2?3?2?6．已知E(Ag/Ag)?0.7996V，E(Fe/Fe)?0.771V，所以Fe/Fe为负极。

0?电池图式：(-)Pt | Fe3+( l mol·dm-3), Fe2+( l mol·dm-3) || Ag+( lmo1·dm-3) | Ag (+) 电极反应： 负极 Fe2+ = Fe3+ +e 正极 Ag+ +e = Ag(s)

电池反应：Ag+ + Fe2+ = Ag + Fe3+ 电池电动势： (1) E

0?E0(Ag?/Ag)?E0(Fe3?/Fe2?)?(0.7996?0.771)V?0.0286V

23

(2) E0?E0?0.059lgcFe3?cFe2?cAg??(0.0286?0.059lg1)V??0.0894V

1?0.017．

E(1)

(2) E(?)?E0(?)?cMn2+0.0590.0590.01lg?1.507?lg?1.424V 885cMnO?(cH?)50.1(0.1)40?(1.507?0.771)V?0.736V

0?rGm??nE0F??RTlnK0

K0?exp(nE0F/RT)?exp[5?0.736?96500/8.314/298.15]?1.65?1062

0?rGm??nE0F?(?5?0.736?96500)Jmol?1??355kJmol?1

(3)

E(?)?E0(?)?cMn2+0.0590.0590.01lg?1.507?lg?1.424V 885cMnO?(cH?)50.1(0.1)4E(?)?E0(?)?0.059cFe2+0.0590.1lg?0.771?lg?0.712V 1cFe3+10.01E?(1.424?0.712)V?0.712V?0

所以反应为：MnO4-+8H++5Fe2+=Mn2++4H2O+5Fe3+。

?rGm??nEF?(?5?0.712?96500)Jmol?1??344kJmol?18．电池反应：Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2Ag

E0?E0(Ag?/Ag)?E0(Cu2?/Cu)?(0.7996?0.3419)V?0.4577V K0?exp(nE0F/RT)?exp[2?0.4577?96500/8.314/298.15]?3.0?1015

K0?

0.01?3.0?1015，x?1.82?10?9molL?1 2x第五章

溶液中的化学反应和水体保护

§5.1 弱酸弱碱溶液及其应用

练 习 题(p.146)

1． 酸：H2S HCN NH4 其共轭碱：HS CN NH3

碱：S2- NH3 CN两性物质：HS

—

—

?——

OH

—

其共轭酸：HS NH4 HCN H20

——

?

H2O 其共轭碱：S2- OH

其共轭酸：H2S H3O+ NH4 + OH

?－

2． NH3 ＋ H2O

24

ΔfGm(298.15)/kJ?mo1 -26.59 -237.1 -79.42 -157.38 ΔrGm(298.15)??(?79.42)?(?157.38)-(-26.59)-(-237.1)?kJ?mol

θ?1θ?1=26.89kJ·mo1-1

θ?ΔrGmlgK(NH3)?

2.303RTθ?26.89KJ?mo1?1?103J?kJ?1? 2.303?8.314J?mo1?1?K?1?298.15K??4.710

Kθ(NH3)=1.95×10-5

3． K

θ?(NH4?KW10?14)=???5.75?10?10 ?5K(NH3)1.74?10设平衡时c(H3O+)为xmol·dm-3

NH4＋ H2O

? NH3 + H3O+

起始浓度/ mol·dm-3 0.20-x x x

K

θ?(NH4x2?5.75?10?10 )?0.20?xx2?5.75?10?10 )?0.20∵x值很小,∴0.20-x≈0.20 即 K

θ?(NH4得 x =1.07×10-5 mol·dm-3 = c(H3O+) pH=?lg[c(H)/c]= 4.97

4． HAc = H++ Ac- Ka(HAc)=1.74×10-5

HF = H++ F- Ka(HF)=6.61×10-4 H3PO4 = H++ H2PO4 Ka(H3PO4) =7.08×10-3 NH3＋H2O = NH4+ OH Kb(NH3) =1.74×10-5

－

?θθθ?θ?θ∵Ka愈大，酸性愈强

∴酸性由强到弱得排列为：H3PO4，HF，Hac，NH3

5．选Kθ =1.77×10-4 的HCOOH最合适。 a因为所选缓冲系的共轭酸的pKa与缓冲溶液的pH值越接近，则该缓冲系在总浓度一定时，具有较大缓冲能力。

6．根据缓冲溶液pH的计算公式：

θθ 25

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