工程化学基础 - 第二版 - 浙江大学完美答案 -

? 第 绪论

P13. 一些基本概念

1.判别下列表述的正确与否，正确的在后面括号内用“√”错误的用“×”表示：

（1）1摩尔氧..........................................................................................................(X） （2）1mol(OH?)................................................(√) (3)化学反应通式可表示为ΣvBB=0...................................( X) (4)在宇宙中找不到绝对意义上的孤立系统..............................................................(√)

2.选择题：（要求将正确标号填入括号内，多选与单选自己判断） （1）下列物质中属于微观粒子的是 （ C D ）

(A)分子 （B）原子 （C）高速运动的电子 （D）光子 （2）下列说法正确的是 （ C ） （A）1摩尔氧的质量是8.0g

(B)原子和分子的空间尺寸分别为10?10m和10-7m

(C)原子和分子的空间尺寸在10?10m~10-7m左右

（D）我们能同时看到远处打雷发出光和听到打雷发出的声音

（3）下列表述中错误的是（ B D ） (A)18.0gH2O物质的量是1mol

(B)1.0 mol氢的物质参加了反应 （C）1.0 mol的（H2）参加了反应

（D）“反应进度”说明，认识物质变化，必须考虑时间的变化 3.（用恰当的文字或符号填入空格）计量反应进行程度的物理量都是（反应进度），它的符号是（ξ），单位是（mol）,这个单位还可以方便地计量介观粒子和微观粒子的物质的量。

4.在0℃时，一只烧杯中盛有水，水上浮着两块冰，问水和冰组成的系统中有几相？如果撒入食盐，保持系统的温度仍为0℃不变，直至冰和食盐全部溶解（此时，冰点下降，详见ξ2.3所述），此时系统中有几相？如果再加入一些AgNO3溶液，有什么现象发生？此时系统有几相？如果还加入一些CCl4，又将发生什么现象？此时系统为几相？ 答：① 两相（固、液）

② 一相（液相）

③加入AgNO3有白色沉淀生成，此时系统有两相（液、固）

④ 加入CCl4发生分层现象，此时系统三相（水相、固、油相） 5.高温水蒸气对钢的化学腐蚀特别严重。其反应如下：

Fe?H2O(g)?FeO?H2(g)

2Fe?3H2O(g)?Fe2O3?3H2(g) 3Fe?4H2O(g)?Fe3O4?4H2(g)

试问，如果把上述三个反应作为一个系统来研究，这个系统一共有几种聚集状态？几个相？（用化学符号表示出系统内各物质所属的聚集状态和相。） 答：有两个聚集状态：气态、固态

有5个相：气态、Fe\\FeO\\Fe2O3\\Fe3O4

6.已知某盐酸溶液的质量为216.5g,其中H2O为180g,求所含HCl物质的量。（要求：运算过程中要写明单位。） 解:由题意得

mHCl=216.5 – 180 = 36.5 g nHCl =

36.5g= 1 mol ?136.5g?mol

7.已知化学反应方程式：CaCO3?CaO?CO2(g)，求1吨含有95%碳酸钙的石灰石

在完全分解时最多能得到氧化钙和二氧化碳多少千克？ 解：设能得到氧化钙x kg,二氧化碳y kg,则由题意得：

mCaCo3= 950（kg）

CaCO3?CaO?CO2(g)

100 56 44 950 x y

56?950(kg)x = ?532(kg)

10044?950(kg)y = ?418(kg)

100

318.已知化学反应方程式：H2?N2?NH3,试问：当反应过程中消耗掉2 mol

22N2时，该反应进度为多少？分别用H2、N2、NH3进行计算。如果把上述化学

方程式改成：3H2?N2?2NH3，其反应进度又为多少？

解：由题意得 当反应方程式为

31H2?N2?NH3时，反应消耗掉2molN2，则刚好消耗掉226molH2，（即?n(H2)??6mol），同时生成4 mol NH3。按反应进度定义式得：

?H??n(H2)/?(H2)?(?6)mol/(?1.5)?4mol

2?N??n(N2)/?(N2)?(?2)mol/(?0.5)?4mol

2?NH??n(NH3)/?(NH3)?4mol/1?4mol

3 当反应方程式为3H2?N2?2NH3时，同理可得：

?H??N??NH?2mol

223

9.已知化学方程式：O2?2H2?2H2O,反应进度ξ=0.5 mol 时，问消耗掉多少

H2？生成了多少H2O?

解：由反应进度定义式???n/?B可得： ?n(H2)????(H2)?0.5mol?(?2)??1mol ?n(NH3)????(NH3)?0.5mol?2?1mol 答：消耗掉1molH2，生成1molH2O。 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

的变化c与该物质的化学计量数?B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 物质的化学组成与聚集状态

ξ2.1 物质的化学组成

1. 写出下列配位化合物的名称或化学式，指出配位中心、配体、配位原子和配位数，并指

出哪些是螯合物。

（1）K?Pt?NH3?Cl3? 三氯·一胺合铂（Ⅱ）酸钾 四羟基合锌（Ⅱ）酸钠

（2）（3）（4）

Na2?Zn?OH?4??Ni?en?3?SO4 硫酸三乙二胺合镍（Ⅱ）

?Co?NH?Cl?Cl352 氯化一氯·亚胺合钴（Ⅲ）

（5）Na2?CaY? 乙二胺四乙酸合钙（Ⅱ）酸钾

（6）

Ni?CO?4 四羟基合镍

（7）氯化二胺合银（Ⅰ）

?Ag?NH??Cl

33（8）六氰合铁（Ⅱ）酸钾

K4?Fe?CN?6?

2.简述金刚石、石墨和碳团簇结构的异同及其应用。 答： 分类 金刚石 石墨 碳团簇 异同 硬度最大、熔点最高、不导电 导电性、润滑性 超导电性 应用 贵重金属 铅笔芯、润滑材料、电极材料 半导体、非线性光学等方面的应用

3.列举三种不同类型的非整比化合物及其用途。

答： GdCo、GdFe 计算机储存元件的一种非晶态材料 信息、电子工业中经常用到的半导体材料 钛镍形状记忆合金 ??Si:H Ti50Ni

4.指出聚苯乙烯、聚酰胺-610中的链节、重复单元和聚合度。 链节 聚苯乙烯 H2C聚酰胺-610 CHO 重复单元 H2CNH(CH2)5CO CHNH(CH2)5C 聚合度 n 2n

5.写出聚丙烯、聚丙烯腈、尼龙-66和聚二甲基硅氧烷的化学式，并按主链组成指出它们属于哪类高分子化合物。（提示：碳链、杂链、元素有机类） 聚丙烯 化学式 *CHCH3CH2* 类别 n碳链 杂链 聚丙烯腈 *CHCNCH2*n

尼龙-66 O*ONH(CH2)6NHC(CH2)4CCH3n * 杂链 元素有机类 聚二甲基硅氧烷 *SiOn*CH3 6.略。

7.指出蛋白质、DNA和RNA分子的组成和结构特点。 答： 蛋白质 DNA RNA 结构特点 组成 一条或多条肽链构成的生物大分子，相 对分子质量可从一万到数百万

8.用恰当的文字或符号填入空格内。 （1）三丙烷基铝属有机金属化合物，其中CO键的键能小于

CC键和

MO键的键能，容易在

CO键处断裂，它被广泛用于化学气相沉淀。

(2)从遗传信息传递中心法则可知，在人体中DNA具有携带遗传信息的功能，RNA具有复制遗传信息的功能，蛋白质具有执行生命的功能。

思 考 题

1. 分析配位中心和配体的特征，为什么螯合物特别稳定？

答：配位中心：处于配合物中心的位置的正离子或中性原子；

配体：按一定空间位置排列在配位中心周围的负离子或中性分子。 由于螯合效应，所以螯合物的稳定性很强。

2. 联系实际，简述团簇、非整比化合物在工程应用中的重要性。

答：碳纳米管可用于未来电子工业制造电子器材和超细导线，使电子芯片集成度更高，体积更小。碳纳米管有优异的力学性能，有很好的韧性，弹性比碳纤维高5个数量级，是制备高强度轻质材料的理想组元。

非整比化合物等在材料中十分重要，可以控制或改善无机固体材料的光、电、声、磁、热和力学性质。例如，碳化物、氮化物在钢材中可以有效的提高钢材的硬度。

3. 略。

4. 联系实际，体会一般高分子化合物和生物大分子的异同。

略

5. 比较蛋白质和核酸在生物体内的重要作用，现代生物工程主要包括哪些方面？

答：略。 ??

ξ2.2固体

1. 根据题意，选择正确的标号填入空格内。

（1） B, F （2） D

（3） C、D、E, D （4） A

2. 试比较下列典型离子晶体的熔点高低，并说明理由。

CaF2 CaO CaCl2 MgO

MgO > CaO > CaF2 > CaCl2

k(Q理由： f??Q?)(r??r?)2

3.试比较下列这些晶体的熔点高低并说明理由。

SiC、SiF4、SiBr4 SiC?SiF4?SiBr4

4.已知下列两类晶体的熔点（℃）：

（1）NaF(993), NaCl(801), NaBr(747), NaI(601) (2)

SiF4(-90.2),

SiCl4(-70) ,

SiBr4(5.4),

SiI4(120.4)

为什么钠卤化物的熔点总是比相应的硅卤化物的熔点高，而且递变规律不一致？ 答：钠卤化物是离子晶体，而硅的卤化物是分子晶体。

6. 比较并说明理由：（1）BaCl2 ，CCl4，AlCl3，FeCl2 的熔点高低；SiO2,CO2,BaO 硬度大小。

答：(1) BaCl2>FeCl2>AlCl3>CCl4;`

f?k(Q?Q?),离子半径：Ba2? >Fe2?>Al3?>C4?(r??r?)2

2）

（(2) SiO2>BaO>CO2

6.写出耐高温金属和易熔金属各两种，简述它们的用途。 答：耐高温金属：钨（3410℃）、铼（3180℃），常被用作测高温的热电偶材料。

易熔金属：Bi(231.97℃)、Sn(271.44℃)，用于低熔点合金的制备。

7. 简述非晶态线型高分子聚合物的不同力学状态及特征。塑料、橡胶对玻璃化温度和粘流

化温度分别有什么要求？

答：作为塑料要求在室温下能保持固定的形状，因此Tg越高越好；作为橡胶，要求

能够保持高度的弹性，因此Tg越低越好。对高分子材料的加工来说，Tg与Tf差值越大，其应用范围就越宽，橡胶的耐热性耐寒性也越好。

8. 下列物质的用途分别基于它们的什么特性？ （1） 常温下橡皮塞密封容器口使其不漏气；

高弹性

（2） 用BaCl2作盐浴剂，使经高温处理的金属慢慢冷却保持晶形。

熔点沸点较高，稳定性较好，不易受热分解。

（3） 金属有机化合物用于制备镜子。

金属有机化合物热分解产生金属的氧化物

ξ2.3液体和液晶 1． 填空：

（1） 方向性，饱和性，降低，氢，氧。 （2） 单位质量溶剂

C12H25SO3Na（3）

OCH2CH2OHnR，

SO3-,

C12H25,

,

W乳化剂

, 油包水型乳液。

（4） 8 ， 润湿剂 ， 14~18， O（5） 热致液晶 ，溶剂液晶。

3. 比较并简述原因：

（1） 纯水在10℃，20℃，50℃时的pH大小。

依次降低

（2） 纯水在10℃，20℃，50℃时的电导率大小。

依次升高

（3）0.1mol?kg,0.2mol?kg,0.5mol?kg蔗糖溶液的凝固点高低。 依次降低

?1?1?1CHONa2SO4（4）0.1 mol的6126,0.1 molNaCl,0.1 mol溶于1 kg水中构成溶液的凝固点

高低。

依次降低

（5）0．1mol?kg,0.2mol?kg,0.5mol?kg的 依次升高

ξ2.4 气体和等离子体 1. A 2. A

3. 在25℃时，若1dm某气体混合物中，O2,N2和CO2的物质的量分数分别为

3dm0.21，0.78，0.01，求总压为100kPa下各物质的分压。若容器扩大到2，

3?1?1?1Na2SO4溶液的渗透压高低。

CO2的分压为多少？ 解：pCO2=100*0.01=1kPa pO2=21 kPa

pN2=78 kPa

p?CO2=0.5 kPa

4.20℃时，某处空气中水的实际蒸汽压为1.001 kPa，求此时的相对空气湿度；

若温度降低到10℃，相对湿度又为多少？ 解：由题意得：

1.001① 2.339?100%?42.8% 1.001② 1.228?100%?81.5%

5. <5.6 ， CO2、SO2、NO , H2SO4、H2SO3、HNO3、HNO2、H2CO3 6. “温室气体”有哪些？引起“臭氧层空洞”的物质有哪些？ 答：①CO2、CH4、O3、N2O、CFC ② NOx、CFC

§2.4 气体和等离子体 思考题

1.略

2.造成全球气候变暖、臭氧层空洞、光化学烟雾的原因是什么？对环境及人类有何危害？为什么不把H2O(g)称为温室气体？

答：温室效应：太阳辐射透过大气，很少一部分被吸收，大部分到达地面，地表又以红外辐射的形式向外辐射，被大气中CO2等温室气体吸收，从而阻止了地球的热量向外空的散发，致使大气层增温。

臭氧层空洞、光化学烟雾：NOX、CFC以及一些工业用剂等，在大气中能发生一系列的光化学反应而破坏臭氧层。 危害：臭氧层的破坏，致使过量的紫外线射到地面，引起植物、生物、人类病变增加；加速高分子材料的老化；增加城市光化学烟雾，加剧环境的污染；造成高空平流层变冷和地面变暖。 因为H2O(g)会在空气中凝聚放热。

3.吸烟者从一支烟中吸入约20 mg 的烟微粒，若这些烟微粒是直径为400 nm 、密度为1.0 g·cm3 的球体，那么这些微粒的总表面积是多少？请从吸附角度分析吸烟的危害。 答：由题意得：

A4?r2335-1

Ai = =1.5×10 ㎝ ????54V?r3r2.0?103?320?10g= 3000 ㎝3

A = Ai ·V = Ai ·?1.5?10?

3?1.0g?cmm5

4.略

5.造成全球气候变暖、臭氧层空洞、光化学烟雾的原因是什么？对环境及人类有何危害？为什么不把H2O(g)称为温室气体？

答：温室效应：太阳辐射透过大气，很少一部分被吸收，大部分到达地面，地表又以红外辐射的形式向外辐射，被大气中CO2等温室气体吸收，从而阻止了地球的热量向外空的散发，致使大气层增温。

臭氧层空洞、光化学烟雾：NOX、CFC以及一些工业用剂等，在大气中能发生一系列的光化学反应而破坏臭氧层。 危害：臭氧层的破坏，致使过量的紫外线射到地面，引起植物、生物、人类病变增加；加速高分子材料的老化；增加城市光化学烟雾，加剧环境的污染；造成高空平流层变冷和地面变暖。 因为H2O(g)会在空气中凝聚放热。

6.吸烟者从一支烟中吸入约20 mg 的烟微粒，若这些烟微粒是直径为400 nm 、密度为1.0 g·cm3 的球体，那么这些微粒的总表面积是多少？请从吸附角度分析吸烟的危害。 答：由题意得：

解：已知：?

?MnO4?8H??5e??Mn2??4H2O

?0.059[c(MnO4)/c?][c(H?)/c?]8E(MnO/Mn)?E(MnO/Mn)?lg 5[c(H2O)/c?]4?42???42?0.059lg[0.01?(10?5)8 5?1.0114V?1.587?

?

Cl2?2e??2Cl??，根据能斯特方程有：

?0.059p(Cl2/Cl?)E(Cl2/Cl)?E(Cl2/Cl)?lg 2[c(Cl?)/c?]2

? ?

?1.3827?0.059lg1 2?1.3827

2?Cr2O7?14H??6e??Cr3??7H2O

0.059[c(Cr2O72?)/c?][c(H?)/c?]14E(Cr2O/Cr)?E(Cr2O/Cr)?lg 6[c(H2O)/c?]72?73??2?73?

5.计算下列反应：

?1.232?0.059lg[0.01?(10?5)14] 6?0.524

?氧化性强弱关系：Cl2＞KMnO4＞K2Cr2O7Ag?(aq)?Fe2?(aq)?Ag(s)?Fe3?(aq)

(1)在298.15K时的平衡常数 (2)如果反应开始时，解：由题意得：

K?

，求达到平衡时的

c(Ag?)?1.0mol?dm?3,c(Fe2?)?0.10mol?dm?3Fe3?浓度。

（1）

lgK??E(?Ag?/Ag)?E(?Fe3?/Fe2?)0.059?K??3.05

?0.7996?0.771?0.485 0.059

(2)令平衡时的

Fe3?浓度为c，则：

K??c?3.05 (1.0?c)(0.10?c)?c?0.075mol?L?1

6.将银棒插入知：（1） （2）

AgNO3溶液中，将铂片插入含有

FeSO4和Fe2(SO4)3

的溶液中，并用盐桥连接，组成原电池。已

c(Ag?)?c(Fe2?)?c(Fe3?)?1mol?dm?3c(Ag?)?0.01mol?dm?3,c(Fe2?)?c(Fe3?)?1mol?dm?3

试分别写出电池符号表示式、电极反应和总反应式，并计算其电动势。

解：由题意得：

(?)PtFe3?,Fe2???Ag?Ag(?)??

(Fe3?)E1?E(Ag?/Ag)?0.059lg(Ag)?[E(Fe3?/Fe2?)?0.059lg（1）(Fe2?)

?

（2）

?0.7996?0.771?0.0286

E2?0.7996?0.059lg(0.01)?0.771?0.6816?0.771??0.0894 7.已（1）反应

知

?MnO4?8H??5e??Mn2??4H2OE正?1.507V,Fe3??e??Fe2?,E负?0.77V,求，

时的电极电势值。

（用标准电极电势求算）

?c(MnO4)?c(H?)?0.10mol?dm?3和c(Mn2?)?0.010mol?dm?3（2）反应（3）当

??MnO4?8H??5Fe2??Mn2??4H2O?5Fe3?的平衡常数K?和?rGm?c(MnO4)?c(Fe2?)?c(H?)?0.10mol?dm?3和c(Mn2?)?c(Fe3?)?0.010mol?dm?3时，计算

?rGm并判断（2）题给出反应进行的方向。

?0.059c(MnO4)?c(H?)E?1.507?lg?1.4244解：（1） 5c(Mn2?)（2）

lgK??(1.507?0.77)?5?K??2.88?1062?62.46 0.059

（3）

8..已知下列电池电动势为0.436V，试求Ag+离子浓度： 解：

??rGm??nFE???355.603kJ?mol?1

CuCu2?(0.01mol?dm?3)??Ag?(?0.01mol?dm?3）Ag

E?0.7996?0.059lg??[0.3419?0.059lg(0.01)]?0.436 2

???0.043mol?L?1

第五章 水溶液中的化学反应和水体保护

§5.1 弱酸弱碱溶液

1.用酸碱质子理论，指出下述物质哪些是酸，哪些是碱？哪些是两性物质？并写出其对应的共轭酸或碱。

酸碱质子理论：凡是能够提供质子的分子或离子都是酸；凡是能够接受质子的分子或离子都是碱。

酸 碱 ?NH4H2SS2?HS?NH3CN?HCNH2OOH??NH4两性物质 H2SHS?HCN S2? ?NH3 CN?OH? HS? 、H2OOH? 、 CN? NH3 HS?NH4HCNH2OH2SS2? H3O? 2.试用热力学数据计算氨水在水溶液中的标准解离常数。

???rGmlgK?解：2.303RT

? 3.求0.20解：

mol?dm?3的NH4Cl 溶液的PH。

?NH4?H2O?NH4OH?H?0.2-c c c

Kc2?5?1Ka??w?c?1.06?10mol?L? 0.2Kb?

?PH?4.97

4.比较浓度为0.10解：

mol?dm?3的HAc ，HF , NH3 , H3PO4 在25℃酸性的强弱。

5.已知下列物质解离常数适？ （1）（2）（3）

??Ka或Kb值，欲配置PH=3 的缓冲溶液，问选择哪种物质是最合

?HCOOH,Ka?1.77?10?4

?HAc,Ka?1.74?10?5

?NH3?H2O,Kb?1.79?10?5?PH?PKa?3.75解：（1）

（2）（3）

?PH?PKa?4.76??PH?PKw?PKb?14?4.75?9.256.计算含有0.10

3

mol?dm?3的HAc与含有0.100

3

mol?dm?3的NaAc的缓冲溶液的PH。

若在100 cm 上述缓冲溶液中加入1.00 cm1.00少？

解：由题意得：

?mol?dm?3的HCl溶液，则溶液的PH是多

c(HAc)?0.11mol?dm?3，

c(Ac?)?0.09mol?dm?3

c(Ac?)0.09PH?PKa?lg?4.76?lg?4.67 c(HAc)0.11

7.在0.200.20

mol?dm?3的氨水溶液中，溶入NH4Cl 晶体，使

3

?NH4浓度达到

3

mol?dm?3，求改溶液的PH 。若在1000 cm此溶液中加入10cm0.10

mol?dm?3的

NaOH ，则溶液的PH 是多少？ 解：（1）

???PH?pKa?pKw?pKb?9.25

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/p50t.html