工科大學化學教材習題解答

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一、化學反應熱 1．說明下列符號的含義。 (T) (T) （T） 答：：等容反應熱； (T)：某溫度下，反應的摩爾焓變（數(shù)值等于等壓反應熱）；(T)：某溫度下某物質的標準摩爾生成焓； ：反應進度。 2．蓋斯定律的使用條件，下列哪種說法正確？ （1）等壓 （2）等容 （3）等溫、等容或等溫、等壓 （4）等溫、不做有用功，等容或等壓 答：正確答案為（4）。 3．熱力學標準態(tài)的含義？為什么要確定熱力學標準態(tài)？ 答：熱力學標準態(tài)是指在溫度T（但沒有限定溫度）和標準壓力 [ pΘ (100kPa)]下物質所處狀態(tài)。而對純理想氣體熱力學標準態(tài)是指該氣體處于標準壓力 [ pΘ(100kPa)]下的狀態(tài)?；旌侠硐霘怏w中任一組分的標準態(tài)是指該組分氣體的分壓為pΘ時的狀態(tài)。因為化學反應中的能量以及狀態(tài)函數(shù)改變是受許多條件（如溫度、壓力、濃度、聚集狀態(tài)等）的影響，為了比較方便，國際上規(guī)定了物質的熱力學標準態(tài)。 4．簡述照明彈中的鋁、鎂、硝酸鈉和硝酸鋇等物質各起什么作用？ 答：金屬鋁、鎂在燃燒時,可以放出大量熱（= - 601.7 kJ/ mol, = - 1675.69 kJ/?mol-1）產(chǎn)生千度以上的高溫，而反應放出的熱量又能使硝酸鹽分解產(chǎn)生O2，又加速鎂、鋁的燃燒反應，使照明彈更加絢麗奪目。 在其中鋁和鎂作為還原劑；氧氣、硝酸鈉和硝酸鋇等作氧化劑。 5．通過計算說明，氧－乙炔焰為什么可以用于金屬焊接和切割？ 答： （5/2）O2 + C2H2 = 2CO2 + H2O(g) /（kJ? mol-1） 0 226.7 -393.5 -241.8 rH=f H(生成物)－（反應物） △rH=2(-393.5) + (-241.82) – 226.7 – 0 = - 1255.5 kJmol-1 因反應放出大量熱，可以熔化金屬，所以可用于焊接或切割金屬。 6．通過計算說明，為什么稱硼的氫化物（硼烷），硅的氫化物（硅烷）是高能燃料[ 已知B2H6（g）的＝36.56 kJmol-1，B2O3（s）的＝-1132.55 kJmol-1；SiH4（g）的＝34.31 kJmol-1，SiO2（s）的＝-910.7kJmol-1 ]。 解： B2H6（g） + 3O2(g) = B2O3（s） + 3H2O（g） ／（kJmol-1） 36.56 0 -1132.55 -241.82 △rH= -1132.55+3(-241.82) – 36.56 – 0 = - 1894.57 kJmol-1 SiH4（g） + 2O2(g) = SiO2（s） + 2H2O（g） ／（kJmol-1） 34.31 0 -910.7 -241.82 △rH= -910.7 + 2(-241.82) – 34.31 – 0 = - 1428.65 kJmol-1 上述兩個反應都放出大量熱，因此B2H6（g）和SiH4（g）可以作為高能燃料。 7．已知下列反應的化學反應熱 C（石墨）+ O2（g）= CO2（g） ΔrHm(1) = -393.5 kJmol-1 H2（g）+ (1/2) O2（g）=H2O（l） ΔrHm(2) = -285.8 kJmol-1 C2H6（g）+(7/2)O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l） ΔrHm (3) = -1559.8 kJmol-1 不用查表，計算由石墨和氫氣化合生成1mol C2H6（g）反應的ΔrHm。 解:根據(jù)Hess定律 ΔrHm (C2H6) = 2ΔrHm(1) + 3ΔrHm(2) -ΔrHm (3) 所以ΔrHm (C2H6) = 2(－393.5) + 3(－285.8)－(－1559.8) = －84.6 kJmol-1 8．在用硝石制硝酸時，下列反應同時發(fā)生 （1）KNO3（s）+ H2SO4（l）= KHSO4（s）+ HNO3（g） （2）2KNO3（s）+ H2SO4（l）= K2SO4（s）+ 2HNO3（g） 制得的硝酸中80%是由反應（1）產(chǎn)生的，20%是由反應（2）產(chǎn)生的。問在25℃制取1kgHNO3(g)時將放出多少熱量？已知KNO3、H2SO4、KHSO4、HNO3（g）、K2SO4的標準生成焓依次為-494.63、813.99、-1160.6、135.6、-1437.79（kJmol-1）。 解： KNO3（s）+H2SO4（l）= KHSO4（s）+ HNO3（g）方程（1） /(kJ?mol-1) -494.63 813.99 -1160.6 135.6 rH=f H(生成物)－（反應物） △rH(1) = ( －1160.6 +135.6 ) － ( －494.63 + 813.99 ) = －1344.36 kJmol-1 2KNO3（s）+H2SO4（l）= K2SO4（s）+2HNO3（g）方程（2） /（kJ?mol-1）-494.63 813.99 -1437.79 135.6 △rH(2)= [-1437.79]+ 2(135.6)]- [2 (-469.63) +(813.99)]=－991.32 kJmol-1 HNO3的相對分子量為63, 1 kg HNO3的物質的量n ==15.9 (mol) 制取1 kg HNO3(g)時的反應熱為 9．甘油三油酸脂是一種典型的脂肪，當它在人體內(nèi)代謝時發(fā)生下列反應 C57H104O6（s）+ 80 O2（g）= 57CO2（g）+52H2O（l） 該反應的= -3.3510 4 kJmol-1 ，問如以當代男大學生平均每人每日耗能10125.3kJ，且以完全消耗這種脂肪來計算，每天需消耗多少脂肪？ 解：每天消耗脂肪物質的量 該脂肪相對分子量為884； 每天消耗脂肪的質量為：0.302884=267.0 (g) 10．葡萄糖（C6H12O6）完全燃燒反應的方程式為 C6H12O6（s）+ 6O2（g）= 6CO2（g）+ 6H2O（l） 該反應的= -2820 kJmol-1，反應熱的約40%可用于肌肉活動的能量。試計算一匙葡萄糖（以3.8g計）在人體內(nèi)氧化時，可獲得的肌肉活動能量。 解：葡萄糖相對分子量為180；一匙葡萄糖(3.8g)的物質的量為 3.8 / 180 = 0.021(mol) 一匙葡萄糖被氧化放出的熱量為 0.021= 0.021 2820 = 59.2 kJ 可獲得的肌肉活動能量 59.240% = 23.7 kJ 11．辛烷是汽油的主要成分，據(jù)附錄的有關數(shù)據(jù)計算下列兩個反應的熱效應，并從計算結果比較得出結論（已知：（C8H18，l）=-218.97 kJmol-1）？ （1）完全燃燒 C8H18（l）+ O2（g）→CO2（g）+ H2O（l） （2）不完全燃燒 C8H18（l）+ O2（g）→C（s）+ H2O（l） 解：據(jù)附錄查得下列物質C8H18(l), O2 (g) , CO2 (g),C(s), H2O(l)的標準生成 焓變分別為218.97kJ.mol-1, 0, －393.5 kJ.mol-1, 0, －285.83 kJ.mol-1 rH=f H(生成物) － f H(（反應物） C8H18（l）+（25/2）O2（g）= 8CO2 （g） + 9H2O（l） /（kJ?mol-1）-218.97 0 - 393.5 - 285.83 △rH(1)= 8 ( - 393.5) + 9 ( - 285.83) － 0 － ( -218.97) = -5501.58 kJmol-1 C8H18（l）+（9/2）O2（g）= 16C （s） + 9H2O(l) /（kJ?mol-1） -218.97 0 0 - 285.83 △rH(2)= 0 + 9 ( - 285.83 ) －0 － ( - 218.97) = 2353.5 kJ.mol-1 △ rH(1) >> △rH(2)， 結論：完全燃燒放熱量大。 29 二、化學反應進行的方向和限度 1．下列說法是否正確？如不正確，請說明原因。 （1） 因為QP=ΔH，而ΔH與變化途徑無關，是狀態(tài)函數(shù)，所以也是 狀態(tài)函數(shù)。 答：錯, H是狀態(tài)函數(shù)，但是焓變（ΔH）不是狀態(tài)函數(shù)。熱量、功以及狀 態(tài)函數(shù)的變量“Δ”都不是狀態(tài)函數(shù)。 （2）單質的標準生成焓()和標準生成吉布斯函數(shù)變()都為零， 因此其標準熵也為零。 答：錯，因 H 和 G 的絕對值還無法得到，因此采用相對值，根據(jù)定義， 最穩(wěn)定單質的和都為零，而S有絕對值，除完美晶體在OK時的熵等于0外，其它條件下的熵（包括標準熵）皆不為零。但離子的熵也是相對值，是以氫離子為相對標準（H+的= 0） （3）對于純固、液、氣態(tài)物質而言，100kPa、298K是其標準態(tài)。 答：對。雖然熱力學標準態(tài)不指定溫度，但是任何溫度都有其對應的標準態(tài)。 （4）H、S、G都與溫度有關，但ΔH，ΔS，ΔG都與溫度關系不大。 答：錯，一般認為反應的ΔH，ΔS 與溫度關系不大，但ΔG =ΔH- TΔS 所以ΔG與溫度有關。 （5）等溫等壓條件下，用就可以判斷任何一個化學反應的方向。 答：錯，等溫等壓條件下用（>0 或<0）判斷反應方向，而不是用。 （6）化學反應進度可以度量化學反應進行的程度，所謂1mol反應是指各物質按化學計反應方程式進行的完全反應。 答：對 （7）與KC、KP在數(shù)值上是相等的，但量綱不一定相同， 答：(有關數(shù)值) KC與的數(shù)值相等；當時，與的數(shù) 值也相等。（有關量綱）沒有量綱； 當時，KC 與KP 也都沒有量綱；但是時，KC 與KP有量綱； 例如合成氨反應 設平衡時 p (NH3) =247 kPa； p (N2) =1kPa； p (H2) =10kPa。 Kp＝= = 6.110－5 (Pa)－ 2 假如單位用atm，Kp = 6.1105atm2；或用mmHg，Kp =1.06mmHg2。 Kθ = = 可以看出時，Kp有量綱，且數(shù)值與Kθ 不等。 （8）> 0，反應不能自發(fā)進行，但其平衡常數(shù)并不等于零。 答：> 0，只能說明在標準態(tài)下，過程不能自發(fā)進行。在非標準態(tài)下， 而且||又不是很大時，不能用于判斷反應方向。可逆反應平衡常數(shù)都 不應為零。 2．選擇題（將正確答案的標號填入空格內(nèi)） (1)下列物理量屬于狀態(tài)函數(shù)的是① ② ③ ⑤ ⑦ ⑧。 ①T ②p ③V ④W ⑤H ⑥ΔH ⑦S ⑧G 答：正確答案為① ② ③ ⑤ ⑦ ⑧。 (2)生產(chǎn)水煤氣的反應為 C（s）+ H2O（g）=== CO（g）+ H2（g） 該反應的= 131.3 kJmol-1，則該反應是 ①（∵系統(tǒng)ΔH > 0，ΔS > 0）。 ①低溫下正向不自發(fā)，高溫下正向自發(fā)；②低溫下正向自發(fā)，高溫下正向不自發(fā)；③任何溫度下正向都自發(fā)；④任何溫度下正向都不自發(fā) 答：正確答案為①。 3．不用查表，將下列物質按標準熵值由大到小的順序排列。 （1）Si（s） （2）Br（l） （3）Br（g） 答： （3）>（2）>（1） 4．給出下列過程的，，的正負號（或零） （1）電解水生成H2和O2； （2）H2O（g）273K H2O（l）； （3）H2O（l） 268K H2O（s） 答：各變化量的符號如下表所示 （1） + + + （2） - - - （3） - - - 5．SiC是耐高溫材料，問以硅石（SiO2）為原料，在標準狀態(tài)和298K時能否制得SiC。 解： SiO2 + C = SiC + C /( kJmol-1) -856.67 0 -62.76 0 ＞ 0。 結論：不能在此條件下制備SiC。 6．由二氧化錳制備金屬錳可采取下列兩種方法 （1）MnO2（s）+ 2H2（g）= Mn（s）+ 2H2O（g） =37.22 kJmol-1 =94.96Jmol-1K-1 （2）MnO2（s）+2 C（s）= Mn（s）+ 2CO（g） =299.8 kJmol-1； =363.3Jmol-1K-1 試通過計算確定上述兩個反應在298K、標態(tài)下的反應方向？如果考慮工作溫度越低越好，則采用那種方法較好？ 解：（1）MnO2(s) + 2H2 (g) = Mn(s) + 2H2O(g) △rG=△rH－T△r S=37.22kJmol-1－29894.9610 -3=8.922 (kJmol-1) (2) MnO2(s) + 2C(s) = Mn(s) + 2CO(g) △rG=△rH－T△rH= 299.8 ― 298 363.3 10 –3 = 191.5 kJmol-1 上述兩個反應的均大于0，所以298K，100 kPa下反應都不能自發(fā)正向進行。 （K） （K） 答：若考慮工作溫度越低越好，易采用方程（1）的方法。 7．汞的冶煉可采用朱砂（HgS）在空氣中灼燒 2HgS（s）+ 3O2（g）= 2HgO（s）+ 2SO2（g） 而爐中生成的HgO又將按下式分解 2HgO（s）= 2Hg（g）+ O2（g） 試估算爐內(nèi)的灼燒溫度不得低于多少時，才可以得到Hg（g）？ 已知HgS（s），HgO（s）的分別是 -58.2 kJmol-1，-90.83 kJmol-1；分別是-50.6，-58.56（kJmol-1）；分別是82.4 Jmol-1K-1和70.29 Jmol-1K-1。 解： 查表得 2HgS（s） + 3O2 = 2HgO + 2SO2 /（kJmol-1） -58.2 0 - 90.83 -297.04 /（Jmol-1K-1）82.4 205.03 70.29 248.11 ＜０； ＜ 0 ， 低溫自發(fā)，高溫非自發(fā)。 結論（1）：當升溫至T ＞ 4607.7K 時, 反應由自發(fā)轉變?yōu)榉亲园l(fā)。 2HgO = 2Hg + O2 kJmol-1 90.83 0 0 Jmol-1K-1 70.29 76.02 205.03 ＞０； ＞ 0 ， 低溫非自發(fā)，高溫自發(fā)。 ； 結論（２）當升溫至T ＞ 839.11K 時, 反應由非自發(fā)轉變?yōu)樽园l(fā)進行。 所以，當839.11K ＜ T ＜ 4607.9K時。才可得到Hg(g)。 8．汽車尾氣中含有CO，能否用熱分解的途徑消除它？ 已知熱分解反應為CO（g）= C（s）+ O2（g），該反應的= 110.5 kJmol-1，= - 89Jmol-1K-1 。 解: ∵△rG=△rH- T△rS， 此反應△rH＞0， △rS＜0 ∴△rG永遠大于零，說明此反應在任何溫度下反應都不能自發(fā)進行，又因 >> 0，很小（9.510-25），平衡產(chǎn)率很低，故不能用熱解法除CO。 9．在298K，100kPa條件下，金剛石和石墨的標準熵分別為2.45 Jmol-1K-1和5.71 Jmol-1K-1，它們的燃燒反應熱分別為-395.40 kJmol-1和-393.51 kJmol-1，試求： （1）在298K，100kPa條件下，石墨變成金剛石的。 （2）說明在上述條件下，石墨和金剛石那種晶型較為穩(wěn)定？ 解: 已知: S(石)=5.71Jmol1K-1, S(金)=2.45 Jmol-1K-1 C(石)+O2(g)=CO2(g) △rH(1) = - 39351 kJmol-1 C(金)+O2(g)=CO2(g) △rH(2)= - 395.40 kJmol-1 方程(1) —方程 (2) 得方程（3）C(石)→C（金） 根據(jù)Hess定律 該反 △rH (3)= △rH(1) - △rH(2) = -393.51 - (-395.40) = 1.89 kJmol-1 △rS=2.45 - 5.71= - 3.26 Jmol-1K-1 △rG=△rH-T△rS= 1.89 - 298 ( - 3.26) 10-3 = 2.86 kJmol-1 ∵△rG> 0 ∴298K, 100kPa下, 石墨較穩(wěn)定 10．計算合成氨反應 N2（g）+ 3H2（g）= 2NH3（g） 在673K時的標準平衡常數(shù)，并指出在673K，下列三種情況下反應向何方向進行？ （1）p（NH3）= 304kPa，p（N2）= 171kPa，p（H2）= 2022kPa； （2）p（NH3）= 600kPa，p（N2）= 625kPa，p（H2）= 1875kPa； （3）p（NH3）= 100kPa，p（N2）= 725kPa，p（H2）= 2175kPa； 解：首先用熱力學數(shù)據(jù) 求出。 查表得 N2(g) + 3H2(g) = 2 NH3(g) △rH/（ kJ?mol-1） 0 0 －46.11 S/（Jmol-1K-1）191.50 130.57 192.34 △rH= 2（- 46.11）= - 92.22 kJmol-1 △rS= 2192.34 - 3130.57 - 191.50 = - 198.53 Jmol-1K-1 △rG(673K)= △rH- T△rS= - 92.22 - 673(- 198.53)10-3 = 41.39kJmol-1K-1 === - 7.397 ； K= 6.1310 – 4， 再求出各條件下的，與進行比較。 (1) J1==6.510 - 4 J1> K∴反應逆向進行 在計算壓力商（J）時，各項一定要用相對壓力，而且注意分子和分母的單位要一致，在此單位用的是kPa，得出的結果J 與K進行比較后，做出判斷。 (2) J2==8.710 - 4 J2> K∴逆向進行 (3) J3==1.310 -5 J3< K∴正向進行 11．試通過計算說明1000K時能否用碳將Fe2O3、Cr2O3和CuO中的金屬還原出來？ 解： (1) 2Fe2O3 +3C = 4Fe + 3CO2 △fH/（kJ? mol-1） 824.25 0 0 393.51 S/（J? mol-1K-1） 87.40 5.74 27.28 213.64 △rH= 3 (393.51) – 2 (824.25) = - 467.97 kJmol-1 △rS= 3 213.64 + 4 27.28 – 3 5.74 – 2 87.40 = 558.02 J mol-1K-1 △rG=△rH- T△rS= - 467.97 - 1000558.0210-3= - 1025.99 kJmol-1 ∵△rG<0， ∴1000K可用C還原出Fe。 (2) 2Cr2O3 + 3C = 4Cr + 3CO2 △fH/（kJ? mol-1） 1139.72 0 0 393.51 S/（Jmol-1K-1） 81.17 5.74 23.77 213.64 △rH= 3 (393.51) - 2(1139.72) = -1098.91 kJmol-1 △rS= 3213.64 + 423.77 - 35.74 - 81.172 = 556.44 Jmol-1K-1 △rG= △rH-T△rS=-1098.91-1000556.4410-3 = -1655.35 Jmol-1 △rG< 0，∴可用C還原出Cr。 (3) 2CuO + C = 2Cu + CO2 △rH/（kJ? mol-1） 157.32 0 0 393.51 S/（Jmol-1K-1） 48.63 5.74 33.15 213.64 △rH= 3 (393.51) – 2 (157.32) = 865.89 Jmol-1 △rS= 213.64 + 2 33.15 - 5.74 – 2 48.63 = 176.94 Jmol-1K-1 △rG= 865.89 – 1000 176.94 10-3 = 689.95 （kJ mol-1） △rG> 0， ∴不能用C還原出Cu 12．已知SiF4（g）、SiCl4（g）的標準生成吉布斯函數(shù)（）分別為-1506和-569.8（kJmol-1），試用計算說明為什么HF（g）可以腐蝕SiO2，而HCl（g）則不能？ 解： 4HF(g) + SiO2(g) = SiF4(g) + 2H2O(1) △fG/（kJ? mol-1） 273.22 856.67 -1506 237.18 ΔrG= 2 (237.18)+ (-1506)– (856.67) – 4 (273.22 ) = –2981.19 kJmol-1 ΔrG＜＜ 0， ∴反應可正向進行，HF可被用來腐蝕SiO2。 4HCl(g) + SiO2 (g) = SiCl4(g) + 2H2O(l) △fG/（kJ? mol-1） –95.30 –856.67 –569.8 –237.18 △rG=2(–237.18) + (–569.8) -(–856.67) - 4(–95.30) = 193.71 kJ mol-1 ∵△rG> 0 ∴不能正向進行，HCl不能被用來腐蝕SiO2。 13．試通過計算說明，為什么用BaCO3熱分解制取BaO，反應溫度要在1580K左右，而將BaCO3與碳黑或碎炭混合，按下式反應： BaCO3（s）+ C（s）= BaO（s）+ 2CO（g） 則所需溫度可顯著降低。已知BaCO3（s）和BaO（s）的分別是-1216 kJ mol-1，-548.1 kJ mol-1；分別是112 Jmol-1K-1和72.09Jmol-1K-1。 解 BaCO3 = BaO + CO2 △fH/（kJ? mol-1） －1216 －548.1 －393.5 S/（Jmol-1K-1）112 72.09 213.64 △rH= －393.5 +（－548.1）—（－1216）= 274.4 kJ mol－1 △rS= 213.64 + 72.09 — 112 = 173.73 Jmol－1K－1 ＞０； ＞ 0 ， 低溫非自發(fā)，高溫自發(fā)。 轉化溫度 T = = 1580K BaCO3 + C = BaO + 2CO △fH/（kJ? mol-1）－1216 0 －548.1 －110.53 S/（Jmol-1K-1）112 5.74 72.09 197.56 △rH= 2(－110.53)+（－548.1）－0 －（－1216）= 446.84（kJ mol－1） △rS= 2197.56 + 72.09 - 5.74 – 112 = 349.47.0(Jmol－1K－1) 轉化溫度 T = = = 1278.6（K） 三、化學反應速率 1． 下列說法是否正確？如不正確，請說明原因。 （1） 每種分子都具有各自特有的活化能。 答：不正確，活化能是活化分子所具有的最低能量與反應物分子平均能量 之差。（前提:發(fā)生化學反應；特點:活化能是個差值，是對化學反應而言的。） （2） 影響反應速率的幾個主要因素對反應速率常數(shù)也都有影響。 答：溫度和催化劑同時影響反應速率和速率常數(shù)；濃度和壓強只影響反應速率。 （3）如果某反應速率方程中每一反應物的級數(shù)，都與相應化學計量方程式中的化學計量數(shù)相同，則該反應必是元反應。 答：否，例如H2+I2=2HI 速率方程為 v=kc（H2）c（I2）， 曾經(jīng)長期被認為是簡單反應。但研究表明，此反應經(jīng)歷了兩個步驟 ① （快反應，可逆平衡）； ； ； ② （慢反應，元反應）； 根據(jù)質量作用定律； [ 將帶入 ] 得到其速率方程：= 雖然其速率方程看起來是元反應，但此反應是復雜反應。 （4）加催化劑不僅可以加快反應速率，還可影響平衡，也可使熱力學認為不能進行的反應自發(fā)進行. 答：否，加催化劑只改變反應速率，不能影響化學平衡，也不能改變反應方向。 （5）反應級數(shù)只能是0或正整數(shù)。 答：錯，反應級數(shù)不僅可以為0或正整數(shù)，而且可以為小數(shù)或負數(shù)。 （6）所有化學反應速率都和溫度成正比。 答：不對，多數(shù)化學反應符合Arrhenius公式，但是一部分化學反應速率與溫度的關系比較復雜，甚至有些反應（例如NO+O2=NO2）與溫度成反比 。 （7）升高溫度可以加快所有化學反應的速率。答：錯 [見(6)]。 2．選擇題（將正確答案的標號填入空格內(nèi)） （1）已知反應A + 2B = 2D的速率方程為v=kc（A）c2（B），則該反應（③） ① 是元反應 ② 是非元反應 ③ 應由實驗確定 ④ 無法確定 答：（1）題的正確答案是③。 （2）升高溫度可以增加反應速率，主要原因是（ ② ） ① 增加分子總數(shù) ② 增加活化分子總數(shù) ③ 降低反應的活化能 ④ 使反應向吸熱方向進行 答：（2）題的正確答案是②。 （3）鏈反應的基本步驟有（ ② ），在鏈傳遞過程中，產(chǎn)生的自由基數(shù)目大于消耗掉的自由基數(shù)目的鏈反應是（ ④ ）。 ① 鏈的引發(fā)，鏈的傳遞 ② 鏈的引發(fā)，鏈的傳遞，鏈的終止 ③ 直鏈反應 ④ 支鏈反應 答：（3）題的正確答案是②和④。 3．用鋅和稀硫酸制取氫氣，該反應的ΔrH為負值，在反應開始后的一段時間內(nèi)反應速率加快，后來反應速率又變慢，試從濃度、溫度等因素來解釋此現(xiàn)象。 答：開始時，因為反應放熱，使體系溫度升高，加快反應了速率；隨反應 物的消耗，其濃度下降，反應速率隨之變慢。 4．反應 A（g）+ B（g）= 2D（g），ΔrH為負值，當達到化學平衡時，如改變下表中各項條件，試將其他各項發(fā)生的變化的情況填入表中： 改變條件 增加A的分壓 增加壓力 降低溫度 使用催化劑 正反應速率 速率常數(shù)k正 答： 改變條件 增加A的分壓 增加壓力 降低溫度 使用催化劑 正反應速率 ↗ — ↘ ↗ 速率常數(shù)k正 — — ↘ ↗ 5．化學反應發(fā)生爆炸的原因是什么？H2和O2的混合物（2:1）的爆炸半島圖上為什么存在三個爆炸極限？ 答。通常發(fā)生在自由基產(chǎn)生速率大于其銷毀速率時，溫度、壓力和混合氣體的組成都是影響爆炸的重要因素。在爆炸半島圖上，當壓力處于第一與第二爆炸極限時，支鏈反應速率加快，自由基產(chǎn)生速率大于銷毀速率而發(fā)生爆炸；當壓力升至第二和第三爆炸區(qū)間時，自由基銷毀速率大于產(chǎn)生速率，進入慢速反應區(qū)，不發(fā)生爆炸；當壓力達到第三爆炸限以上時，發(fā)生的是熱爆炸。 6．在660K時，反應2NO + O2 = 2NO2的有關實驗數(shù)據(jù)如下表 c（NO）/（molL-1） c（O2）/（molL-1） v（NO）/（molL-1s-1） 0.010 0.010 2.510-3 0.010 0.020 5.010-3 0.030 0.020 4.510-2 求：（1）反應的速率方程及反應級數(shù) （2）速率常數(shù)k （3）c（NO）= 0.035molL-1，c（O2）= 0.025molL-1時的反應速率。 解：（1）速率方程通式可寫作： 將各級濃度及相應反應速率數(shù)據(jù)代入上式， 可得 2.510-3 = k (0.01)x (0.01)y ① 5.010-3 = k (0.01)x (0.02)y ② 4.510-2 = k (0.03)x (0.02)y ③ 由（1）、（2）可得y = 1，由（1）、（3）可得x = 2。將x =2, y = 1代入速率方程，可得k [c（NO）]2 [c (O2)]；反應級數(shù)為3級 （2）將y =1，x =2代入①②③中任意式， 可得 k = 2.510 3 moll-1s-1 （3）將k值及濃度數(shù)據(jù)代入速率方程， v = 2.5 103 (0.035)2 0.025 = 7.6 10-2 moll-1s-1 7．放射性所產(chǎn)生的強γ輻射，廣泛用于癌癥治療。放射性物質的強度以“居里”表示。某醫(yī)院一個20居里的鈷源，經(jīng)一定時間后鈷源的剩余量只有5.3居里。問這一鈷源已有多少時間了。已知的半衰期為5.26a。 解：此反應為一級反應， 將k = 0.132a-1 、c0 = 20居里、ct = 5.3居里， 代入ln， 則ln= - 0.132 t； t = 10.06a 8． 某藥物分解反應為一級反應，在37℃時，反應速率常數(shù)k為0.46h-1， 若服用該藥0.16g， 問該藥在胃中停留多長時間方可分解90%。 解：將ct = ( 1- 90%) 0.16 = 0.016g代入一級反應速率方程為ln，，得 ln= － 0.46t ； t = 5h 9． 在500K時，硝基甲烷（CH3NO2）的半衰期是650s。試求該一級反應 的 （1）速率常數(shù)。 （2）硝基甲烷的濃度由0.05molL-1減至0.0125molL-1所需時間。 （3）繼（2）之后1h硝基甲烷的濃度。 解：（1）一級反應； （s -1） （2）ct = 0.0125molL- 1, co = 0.05molL1代入一級反應速率方程，可得 lnln= －1.07103 t ； t = 1300s （或推論，反應由0.05molL-1 減至0.0125molL1經(jīng)歷兩個半衰期，因此t = 2=1300s） （3）繼（2）以后，反應時間為t = 1300 +3600 = 4900（s）， 代入速率方程表達式，得ln= - 1.0710 - 34900 ； ct = 2.6410 – 4 10．在稀的蔗糖溶液中（即水大量存在）發(fā)生下列反應： C12H22O11（aq）+ H2O（l） 2C6H12O6（aq） 該反應為一級反應，若該反應的速率常數(shù)k為0.034h-1，且蔗糖溶液的起始濃度為0.010 molL-1， 試求：（1）蔗糖水解反應的起始速率；（2）5h后蔗糖的濃度。 解：（1）該一級反應的速率方程可寫作v = k c（C12H22O11） 起始速率v = 0.034 0.010 = 3.410 - 4molL-1s-1 （2）ln= - k t ct = 0.0084 molL-1 11．某病人發(fā)燒至40℃，使體內(nèi)某一酶催化反應的速率常數(shù)增大為正常體 溫（37℃）時的1.23倍。試求該催化反應的活化能。 解：由阿氏公式k = AeEa/RT ， 可得 將T1 = 273 + 37 = 310K, T2 = 273 + 40 = 313K, k2 = 1.23k1 代入公式，有 ； ln ∴Ea = 55.70 kJ?mol -1 12．反應2NOCl（g）= 2NO（g）+ Cl2（g）的活化能為101kJmol-1， 300K時，速率常數(shù)k1為2.8010-5 Lmol-1s-1，試求400K時的速率常數(shù)k2。 解：由 ； 有 ； k2 = 0.698 Lmol-1s-1 13；已知青霉素G的分解反應是一級反應，37℃時其活化能為84.8 kJmol-1，指前因子A為4.21012h-1，試求37℃時該反應的速率常數(shù)k。 解：代入阿氏公式 k = Ae - Ea/RT得 =7.210 –3 h-1 14．300K時，下列反應 H2O2（aq）= H2O（l）+ （1/2）O2（g） 的活化能為75.3kJmol-1。若用I -催化，活化能降為56.5kJmol-1；若用酶 催化，活化能降為25.1kJmol-1。試計算在相同溫度下，該反應用I–催化及酶催化時，其反應速率分別是無催化劑時的多少倍？ 解： 由Arrhenius公式，有k = Ae - Ea/RT 用I- 催化時，=1.9103倍 有酶催化時，=5.5108倍 四、溶液及溶液中的離子平衡 1．下列說法是否正確？如不正確，請說明原因。 （1） 物質的量濃度的優(yōu)點是與溫度無關，而質量摩爾濃度和物質的量分數(shù) 與溫度有關。 答：否，（體積）物質的量濃度與溫度有關，而質量摩爾濃度和物質的量分數(shù)濃度都與溫度無關。 （2） 直鏈羧酸通式為CH3(CH2)nCOOH，當n值增大時，羧酸在極性溶劑 水中的溶解度變小，而在非極性溶劑如CCl4中的溶解度將增大。 答：對。 （3） 溶液的蒸氣壓隨著溶解的質量的增加而增加。 答：錯，溶液的蒸氣壓隨所溶解的難揮發(fā)溶質的質量增加而降低，從而引起溶液的沸點上升和凝固點降低。對難揮發(fā)、非電解質的稀溶液，其蒸氣壓下降滿足下式 Δp = Δp：蒸氣壓下降值； Kp：凝固點降低常數(shù)，與溶劑的性質有關； b：質量摩爾濃度。若溶質是易揮發(fā)的，則蒸氣壓上升。 （4） 由于海水和淡水的滲透壓不同，所以海水和淡水魚不能調(diào)換生活環(huán) 境，否則將會引起魚體細胞的腫脹和萎縮，使其難以生存。 答：對。 （5） 在氫硫酸（H2S）中，H+(aq)和S2-（aq）濃度之比應為2:1。 答：否，H2S溶液中c（H+） >> c（S2-）, 這是因為氫離子濃度主要來自于一級解離，而S2-離子濃度近似等于其二級解離常數(shù)，而且Ka1 >> Ka2。 （6） 緩沖溶液是指在一定范圍內(nèi)溶液的pH不因稀釋或外加酸（或堿）而 發(fā)生明顯改變的溶液。 答：不確切，緩沖溶液是指在一定范圍內(nèi),溶液的pH不因稀釋、濃縮或外 加少量酸（或堿）而發(fā)生明顯改變的溶液。 2．選擇題（將正確答案的標號填入空格內(nèi)，正確答案可以不止一個）: （1） 通常加熱可以使固體在液體中的溶解度增大是由于__①_。 ① 固體在液體中溶解多為吸熱過程， ② 固體在液體中溶解多為放熱過程 ③ 固體的熵值增加 ④ 液體的熵值增加 正確答案為①。 （2） 要提高萃取分離的效率，可__③_____。 ① 多加萃取劑 ② 升高溫度 ③ 多次萃取 ④ 降低溫 正確答案為③。 （3） 在兩只燒杯中分別裝上純水和飽和的糖水，并用鐘罩將其罩住，將發(fā)現(xiàn)_②_③__。 ① 裝有純水的燒杯中的純水逐漸增加 ② 裝有純水的燒杯中的純水逐漸減少 ③ 裝有飽和糖水的燒杯中的水逐漸增加 ④ 裝有飽和糖水的燒杯中的水逐漸減少 正確答案為②和③。 3．試用溶度積規(guī)則解釋下列事實: （1） Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液中。 答：NH4Cl為強酸弱堿鹽，顯酸性，可中和部分OH -，[ Mg(OH)2 = Mg2+ + 2OH-]使Mg(OH)2的離子積小于溶度積而溶解。 （2） ZnS能溶于鹽酸和稀硫酸，而CuS卻不能溶于鹽酸和稀硫酸，但能溶于硝酸中。 答：由式可知，c(S2 - )與溶液中c(H+)2有關，當溶 液中c(H+)增加時，c(S2—)c減小，在鹽酸和稀硫酸溶液中的c（H+）足以使c (Zn2+)與c (S2—) 的離子積小于ZnS的溶度積 （KspZnS = 1.610-24），而KspCuS = 6.310-37, 非氧化性酸不足以使 c (Cu2+) 與c (S2—)的離子積小于CuS的溶度積， 只有氧化性酸（HNO3等）可以將S2-氧化，而大大降低c (S2—) ,使CuS溶解. （3） BaSO4不溶于稀鹽酸中。 答：鹽酸中的H+ 或Cl- 不能與BaSO4中解離出來的離子（Ba2+ 或 SO42—）反應，即鹽酸不能降低溶液中c(Ba2+) 或c(SO42—)，所以BaSO4不溶于稀鹽酸。 4．填充題: （1） 熱電廠廢水排放造成熱污染的原因是___熱的廢水使天然水體的溫度 升高，溶解氧的濃度降低，厭氧菌和水藻增加，水體質量惡化___。 （2） 水中加乙二醇可以防凍的原因是水中溶解溶質后使水的凝固點降低。 （3） 氯化鈣和五氧化二磷可用作干燥劑的原因是_在它們的表面所形成的 溶液的蒸氣壓顯著下降，可不斷地吸收水蒸氣，使體系中的水分降低。 （4） 人體輸液用的生理鹽水及葡萄糖溶液的濃度不能隨意改的原因是 _ 保證所輸入的液體與人體血液的滲透壓相近或相等__。 5．鹽酸含HCl 37.0%(質量分數(shù))，密度為1.19g/cm3。計算: （1） 鹽酸的物質的量濃度(c)。 （2） 鹽酸的質量摩爾濃度(bB)。 （3） HCl和H2O的物質的量分數(shù)(x2 和x1)。 解：(1)鹽酸的分子量為36.5, c = = 12.06 molL-1 (2) bB = = 16.09 molkg-1 (3) x2 = ；x1 = 1-x2 =0.775 6． 由于食鹽對草地有損傷，因此有人建議用化肥如硝酸銨或硫酸銨代替 食鹽來融化人行道旁的冰雪。下列化合物各100g溶于1kg水中，問哪一種冰點下降的多？若各0.1mol溶于1kg水中，又問哪一種冰點下降的多？ （1） NaCl (2) NH4NO3 (3) (NH4)2SO4 答: 根據(jù)依數(shù)性定律，答案分別為（1）；（3） NaCl NH4NO3 (NH4)2SO4 100g物質含離子數(shù)（mol） 1002/58.5 1002/80 1003/132 0.1mol 物質含離子數(shù)（mol） 0.2 0.2 0.3 7． 3.62g尼古丁溶于73.4g水中，其凝固點降低了0.563℃。求尼古丁的相對分子質量。 解：由公式可得 bB = 0.563/ 1.86 = 0.303 molkg-1 尼古丁的分子量為 8．樹干內(nèi)部樹汁上升是滲透壓所致.設樹汁是濃度為0.20mol?L-1的溶液,在樹汁的半透膜外部水中非電解質濃度為0.02mol?L-1.試估計在25℃時,樹汁能夠上升多高。 解：根據(jù)求滲透壓公式Π=ΔcRT =(0.20-0.02)8.314298 =446kPa ≈48m 9. 25℃時,0.1mol l-1甲胺（CH3NH2）溶液的解離為6.9% CH3NH2(aq) + H2O(l) = CH3NH+3(aq) + OH-(aq) 試問:相同濃度的甲胺與氨水哪個堿性強? 解： 甲胺中 c(OH - )=c（CH3NH2）?= 0.1 6.9% = 0.0069 molL-1 0.1moll1氨水中 c(OH - ) === 0.00133 mol L-1 結論：相同濃度時，甲胺的堿性更強 10．在1 L 0.1mol L-1 HAc 溶液中,需加入多少克的NaAc3H2O才能使溶液的pH 為5.5？（假設NaAc3H2O的加入不改變HAc的體積）。 解：該系統(tǒng)為緩沖溶液 c（H+）= ； 10-5.5 = 1.7410 -5 ； cs = 0.055 mol?L-1。 需加醋酸 0.55136 = 74.8g 11．某一元弱堿（MOH）的相對分子量為125，在25℃時將1g此堿溶于0.1 L水中,所得溶液的pH為11.0,求該弱堿的解離常數(shù)。 解：為弱堿電離體系統(tǒng)，此弱堿的濃度， c， 求出1.2510 -5。 12．Pb(NO3)2溶液與BaCl2溶液混合，設混合液中Pb(NO3)2的濃度為0.20mol?L-1，問 (1) 在混合溶液中Cl- 的濃度等于5.010-4 mol?L-1 時，是否有沉淀生成? (2) 混合溶液中Cl-的濃度多大時，開始生成沉淀? (3) 混合溶液中Cl-的平衡濃度為6.010-2 mol?L-1時，殘留于溶液中的Pb2+的濃度為多少? 解：（1）離子積c(Pb2+)c(Cl-1)2 = 0.2(5.010-4)2 =510-8 <=1.610-5 ∴無沉淀； （2）開始生成沉淀時 c（Cl–） = = ； （3）殘留的鉛離子濃度 c（Pb2+）= / c (Cl–)2 = 1.610-5/(6.010 –2 ) 2 = 4.4410 - 3。 五、氧化還原反應與電化學 1．下列說法是否正確？如不正確，請說明原因。 （1）．氧化數(shù)就是某元素的一個原子在化合態(tài)時的電荷數(shù)。 答：不確切，氧化數(shù)是某元素的一個原子在化合態(tài)時的形式電荷數(shù)。 （2）．所有參比電極的電極電勢皆為零。 答：錯，只有氫標準氫電極的電極電勢為零，其它不為零。 （3）．因為ΔrGm的值與化學反應計量方程式的寫法（即參與反應物質的化學計量數(shù)）有關，因此也是如此。 答：錯，因電極電勢的數(shù)值反映物種得失電子的傾向，這種性質應當與物 質的量無關，因此與電極反應式的寫法無關。對電極反應a氧化態(tài) + z e- = b還原態(tài) 則有； 如果電極反應為 na氧化態(tài) + nze- = nb還原態(tài)，則有 = ，與上式相同。 而是指氧化態(tài)與還原態(tài)都是單位濃度（或標準態(tài)壓力）時的，因此與電 極反應方程式寫法無關，也是如此。 因ΔrGm = ，而，所以ΔrGm與化 學計量數(shù)有關，故也是如此，與化學反應方程式寫法有關。 （4）．插入水中的鐵棒，易被腐蝕的部位是水面以下較深部位。 答：錯，水面下的接近水線處的鐵棒容易被腐蝕。 （5）．凡是電極電勢偏離平衡電極電勢的現(xiàn)象，都稱之為極化現(xiàn)象。 答：對。 2．選擇題（將正確答案的標號填入空格內(nèi)，正確答案可以不止一個） （1）為了提高Fe2(SO4)3的氧化能力，可采用下列那些措施（ ① ）。 ①．增加Fe3+的濃度，降低Fe2+的濃度； ②．增加Fe2+的濃度，降低Fe3+的濃度； ③．增加溶液的pH值； ④．降低溶液的pH值。 （1）的正確答案是①。 （2）極化的結果總是使（ ② ③）。 ①．正極的電勢升高，負極的電勢降低； ②．原電池的實際工作電壓小于其電動勢； ③．電解池的實際分解電壓大于其理論分解電壓。 （2）的正確答案是② ③。 3．試比較下列情況下銅電極電位的高低，并說明依據(jù)。 （1）銅在0.01molL-1CuSO4溶液中； （2）銅在加有Na2S的0.01molL-1CuSO4溶液中。 解：,S2—+Cu2+ =CuS↓，使[Cu2+]降低，降低。所以（2）中的電極電勢較低。 4．試說明下列現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。 （1）硝酸能將銅氧化，而鹽酸卻不能； 答：因為（V） 說明：由Nernst方程 可以看出，濃度的影響在對數(shù)項中；影響不太大，一般情況下（除非象或這些電對），時即可以根據(jù)的相對大小判斷反應方向。 （2）Sn2+與Fe3+不能在同一溶液中共存； 答：因為 ， Fe3++Sn2+= Fe2++Sn4+，所以Sn2+與Fe3+不能在同一溶液中共存。 （3）氟不能用電解含氟化合物的水溶液制得。 答：很高，氟的氧化性非常強，能將水分解，釋放氧氣，同時生成氟化氫。 5．利用電極電勢的概念解釋下列現(xiàn)象。 （1）配好的Fe2+溶液要加入一些鐵釘； 答：（；；）因發(fā)生歸一反應，既 ，加入鐵釘可以減緩Fe2+被氧化為Fe3+的速度，（即使加入 鐵釘也不能完全防止Fe2+被氧化為Fe3+。） （2）H2SO3溶液不易保存，只能在使用時臨時配制； 答：由V可以看出，很容易被空氣中的氧氣所氧化，難以保存。 （3）海上船艦常鑲嵌鎂塊、鋅塊或鋁合金塊，防止船殼體的腐蝕。 答：被鑲嵌的鎂、鋅、鋁合金都比較活潑，電勢都較低