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1、第1-4章 習(xí)題,大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué),第一章 氣體,2. 某氣體化合物是氮的氧化物,其中含氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω(N)=30.5%;某一容器中充有該氮氧化物的質(zhì)量是4.107g,其體積為0.500L,壓力為202.65kPa,溫度為0℃。試求:(1)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,該氣體的密度;(2)該氧化物的相對分子質(zhì)量Mr和化學(xué)式。解 (1)已知p1=202.65kPa,V1=0.500L,T1=273.15K。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,T2=273.15K,p2=
2、101.325kPa。n一定,T不變時(shí),p1V1=p2V2,則,該氣體的密度,(2)該氣體的摩爾質(zhì)量,也可以先根據(jù)pV=nRT求n,再根據(jù)n=m/M求M。,該氣體化合物的相對分子質(zhì)量Mr=92.0。,在該化合物分子中,,所以該氮氧化物的分子式為N2O4,4.在容積為50.0L的容器中,充有140.0g的CO和20.0g的H2,溫度為300K。試計(jì)算:(1)CO與H2的分壓;(2)混合氣體的總壓。,6.在實(shí)驗(yàn)室中用排水集氣法收集制取的
3、氫氣。在23℃、100.5kPa壓力下,收集了370.0mL的氣體(23 ℃ 時(shí),水的飽和蒸氣壓2.800kPa)。試求:(1)23 ℃時(shí)該氣體中氫氣的分壓;(2)氫氣的物質(zhì)的量;(3)若在收集氫氣之前,集氣瓶中已充有氮?dú)?0.0mL,其溫度也是23 ℃,壓力為100.5kPa;收集氫氣之后,氣體的總體積為390.0mL。計(jì)算此時(shí)收集的氫氣分壓,與(2)相比,氫氣的物質(zhì)的量是否發(fā)生變化?,解,(3)在收集氫氣前,收集氫氣后,系統(tǒng)的壓力、
4、溫度不變,體積為390mL?;旌蠚怏w中H2與N2的分壓之和為,此題也可以根據(jù)分體積的概念來解。收集氫氣前,20.0mL氮?dú)庵泻酗柡退魵狻J占瘹錃夂?,系統(tǒng)中溫度、壓力不變,總體積為390mL,水蒸氣的量增加了。氫氣與增加的水蒸氣的分體積之和為370mL,與(1)中的情況相同,p(H2)=97.7kPa,氫氣的物質(zhì)的量不變,即n(H2)=0.0147mol。在390mL混合氣體中,氫氣的分壓為p‘(H2)。,9.為了行車安全,可在汽
5、車上裝備氣袋,以便遭到碰撞時(shí)使司機(jī)不受到傷害。這種氣袋是用氮?dú)獬涮畹模玫獨(dú)馐怯莎B氮化鈉與三氧化二鐵在火花的引發(fā)下反應(yīng)生成的??偡磻?yīng)為,在25℃、748mmHg下,要產(chǎn)生75.0L的N2需要疊氮化鈉的質(zhì)量是多少?,解,第二章 熱化學(xué),2.在0℃,760mmHg下,氮?dú)馇蝮w積為875L,n(He)為多少?當(dāng)38.0 ℃,氣球體積在定壓下膨脹至997L。計(jì)算這一過程中系統(tǒng)的Q、W和△U(氦的摩爾定壓熱容Cp,m是20.8J·
6、K-1·mol-1)。,氣體在定壓下膨脹所做的體積功為,定壓過程系統(tǒng)所吸收的熱為,此系統(tǒng)為封閉系統(tǒng),其熱力學(xué)能的變化為,△U=Q+W=30.8+(-12.4)=18.4(kJ),解,9.有一種甲蟲,名為投彈手,它能用由尾部噴射出來的爆炸性排泄物的方法作為防衛(wèi)措施,所涉及到的化學(xué)反應(yīng)是氫醌被過氧化氫氧化生成醌和水:,根據(jù)下列熱化學(xué)方程式計(jì)算該反應(yīng)的,解 反應(yīng)方程式(1)-(2)+2×(3)+2 × (4)得,
7、10.已知298K下,下列熱化學(xué)方程式:,僅由這些熱化學(xué)方程式確定298K下 和,解 反應(yīng)方程式(3)即CH3CH2CH3(g)的燃燒反應(yīng),所以,由于,所以,,15.(1)寫出H2(g),CO(g),CH3OH(l)燃燒反應(yīng)的熱化學(xué)方程式;(2)甲醇的合成反應(yīng)為:,利用,計(jì)算該反應(yīng)的 。,解,2.當(dāng)?shù)V物燃料燃燒時(shí),空氣中的氮和氧反應(yīng)生成一氧化氮,它同氧再反應(yīng)生成二氧
8、化氮:,25℃下有關(guān)該反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:,(1)寫出反應(yīng)速率方程式;(2)計(jì)算25℃時(shí)反應(yīng)速率系數(shù)k;(3)c0(NO)=0.0030mol·L-1, c0(O2)=0.0015mol·L-1時(shí),相應(yīng)的初始速率為多少?,解 (1)由表中數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)c(NO)保持不變時(shí),c(O2)增大至2倍時(shí),υ增大至原來的2倍,說明υ∝ c(O2);當(dāng)c(O2)保持不變, c(NO)增至2倍時(shí), υ增大至原來的4倍,說明
9、υ∝ [c(NO)]2。所以反應(yīng)速率方程式為,(2)將表中任意一組數(shù)據(jù)代入反應(yīng)速率方程式,可以算出反應(yīng)系數(shù)。例如:,如果將另兩組數(shù)據(jù)分別代入速率方程式求出k,將3個(gè)k取平均值,則k=7.0×103mol-2·L2·s-1。,(3)當(dāng)c0(NO)=0.0030mol·L-1, c0(O2)=0.0015mol·L-1時(shí),,4.通過實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng)速率方程式時(shí),通常以時(shí)間作為自變量,濃度作為
10、變量。但是,在某些實(shí)驗(yàn)中,以濃度為自變量,時(shí)間為變量,可能更方便。例如,丙酮的溴代反應(yīng):,以測定溴的黃棕色消失所需要的時(shí)間來研究其速率方程式。23.5℃下,該反應(yīng)的典型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:,(1)哪一物種是限制因素?,解 由于以溴的棕黃色消失的時(shí)間作為反應(yīng)所需要的時(shí)間來測定反應(yīng)速率,溴的用量要少得多,所以溴是限制因素。,(2)在每次實(shí)驗(yàn)中,丙酮濃度有很大變化嗎?HCl濃度變化嗎?并說明之。,解 由于溴的用量相對于丙酮和鹽酸的用量少得多,
11、所以每次實(shí)驗(yàn)中當(dāng)溴耗盡時(shí),丙酮和鹽酸的濃度變化不大。,(3)該反應(yīng)對Br2的反應(yīng)級數(shù)是多少?并說明之。,解 由第1、2組實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)丙酮和鹽酸的濃度不變,溴的濃度增大至2倍時(shí),反應(yīng)時(shí)間也增大至2倍,反應(yīng)速率不變,所以對Br2的反應(yīng)級數(shù)為0。,(4)該反應(yīng)對丙酮的反應(yīng)級數(shù)是多少?對HCl的反應(yīng)級數(shù)是多少?,解 由第1、3組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)鹽酸和溴的濃度不變,丙酮的濃度增大至2倍時(shí),反應(yīng)時(shí)間減少至1/2,反應(yīng)速率增大
12、至2倍,所以對丙酮的反應(yīng)級數(shù)為1。,同理,由第1、4組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,對HCl的反應(yīng)級數(shù)為1。,(5)寫出該反應(yīng)的速率方程式。,(6)如果第5次實(shí)驗(yàn)中,c0(CH3COCH3)=0.80mol/L,c0(HCl)=0.20mol/L,c0(Br2)=0.0050mol/L,則Br2的顏色消失需要多少時(shí)間?,解 第5次實(shí)驗(yàn)與第1組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比,丙酮和鹽酸的濃度都相同,溴的濃度增大至5倍,所以溴的顏色消失所需的時(shí)間是第1組的5倍,
13、即t=5×2.9×102s=1.4×103s。,(7)如果第6次實(shí)驗(yàn)中, c0(CH3COCH3)=0.80mol/L,c0(HCl)=0.80mol/L,c0(Br2)=0.0010mol/L,Br2的顏色消失需要多少時(shí)間?,解 第6次實(shí)驗(yàn)與第1次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比,丙酮和溴的濃度都相同,鹽酸的濃度增大至4倍,所以反應(yīng)速率增大至4倍,Br2的顏色消失需要的時(shí)間是第1組的1/4,即t=1/4×2.
14、9×102s=72s。,5.二氧化氮的分解反應(yīng),319℃時(shí),k1=0.498mol·L-1·s-1;354 ℃時(shí),k2=1.81mol·L-1·s-1,計(jì)算該反應(yīng)的活化能Ea和指前參量k0以及383℃時(shí)反應(yīng)速率系數(shù)k。,解,6.某城市位于海拔高度較高的地理位置,水的沸點(diǎn)為92℃。在海邊城市3min能煮熟的雞蛋,在該市卻花了4.5min才煮熟。計(jì)算煮熟雞蛋這一“反應(yīng)”的活化能。,解
15、在海邊城市,水的沸點(diǎn)T1=373K,煮熟雞蛋這一“反應(yīng)”的時(shí)間t1=3.0min。在海拔較高的城市,水的沸點(diǎn)降低至365K,t2=4.5min。反應(yīng)速率系數(shù)k2/k1=t1/t2。由,得,9.當(dāng)T為298K時(shí),反應(yīng),該反應(yīng)被Cl2催化,催化反應(yīng)的Ea=140kJ/mol。催化后反應(yīng)速率提高了多少倍?催化反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能是多少?,解 對于未催化的反應(yīng),,對于催化的反應(yīng),,反應(yīng)速率增大的倍數(shù)即反應(yīng)速率系數(shù)增大的倍數(shù),若兩者的k0相
16、同,則,催化反應(yīng)的 與未催化反應(yīng)的相同,由,得,5.將1.500mol的NO,1.000molCl2和2.500molNOCl在容積為15.0L的容器中混合。230℃,反應(yīng):達(dá)到平衡時(shí)測得有3.060molNOCl存在。計(jì)算平衡時(shí)NO的物質(zhì)的量和該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ。,解法一 以物質(zhì)的量變化為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。平衡時(shí)NOCl的物質(zhì)的量增加了(3.060-2.500)mol,即增加了0.560mol,由反應(yīng)方程式中
17、各物質(zhì)的計(jì)量數(shù)可以列出平衡組成。,n(NO) = (1.500-0.560) mol = 0.940 mol,n(Cl2) = (1.000-1/2×0.560) mol = 0.720 mol,解法二 該反應(yīng)為恒溫恒容下的氣相反應(yīng),各組分氣體的分壓與其物質(zhì)的量成正比,分壓的變化與方程式中個(gè)計(jì)量系數(shù)成正比,所以可以各物質(zhì)的分壓為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。反應(yīng)開始時(shí)各物質(zhì)的分壓為平衡時(shí)NOCl的分壓為NOCl的分壓增加了(
18、853-697)kPa,即增加了156kPa。標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的計(jì)算與解法一相同。,反應(yīng):(1)523K時(shí),將0.700molPCl5注入容積為2.00L的密閉容器中,平衡時(shí)有0.500molPCl5被分解了。試計(jì)算該溫度下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ和PCl5的分解率。(2)若在上述容器中反應(yīng)已達(dá)到平衡后,再注入0.100molCl2,則PCl5的分解率與(1)的分解率相比相差多少?(3)如開始時(shí)在注入0.700mol PCl
19、5的同時(shí),就注入了0.100molCl2,則平衡時(shí)PCl5的分解率又是多少?比較(2)(3)所得結(jié)果可以得出什么結(jié)論?解(1)平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓,(2)在恒溫恒容條件下,當(dāng)(1)中反應(yīng)達(dá)到平衡后,再加入0.100molCl2 ,使Cl2的分壓增加p'(Cl2):加入0.100molCl2后,平衡向左移動(dòng)。PCl5的最初分壓為PCl5的平衡分壓為與(1)中未加Cl2相比, PCl5的分解
20、率減小,說明平衡向左移動(dòng)。,(3)在PCl5未分解前加入0.100molCl2,,(2)和(3)中的計(jì)算結(jié)果完全相同,說明平衡組成與達(dá)到平衡的途徑無關(guān)。,10.乙烷裂解生成乙烯: ,已知在1273K,100.0kPa下,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),p(C2H6)=2.62kPa, p(C2H4)=48.7kPa, p(H2)=48.7kPa。計(jì)算該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ。
21、在實(shí)際生產(chǎn)中可在定溫定壓下采用加入過量水蒸氣的方法來提高乙烯的產(chǎn)率(水蒸氣作為惰性氣體加入),試以平衡移動(dòng)的原理加以說明。,解 恒溫恒壓下,加入不參加反應(yīng)的水蒸氣(可作為惰性氣體)時(shí),各組分的分壓減小相同的倍數(shù)n(0<n <1)。所以J < ,平衡正向移動(dòng),乙烯的產(chǎn)率提高。,19.在一定溫度下Ag2O(s)和AgNO3(s)受熱均能分解。相關(guān)反應(yīng)為假定反應(yīng)的 不隨溫度的變化而
22、改變,估算Ag2O和AgNO3按上述反應(yīng)方程式進(jìn)行分解時(shí)的最低溫度,并確定AgNO3分解的最終產(chǎn)物。,解 ①,Ag2O的分解溫度,由于Ag2O的分解溫度比AgNO3分解為Ag2O、NO2和O2的溫度低,所以AgNO3的最終分解產(chǎn)物為Ag、NO2和O2,②,20.(1)計(jì)算298K下反應(yīng):,的 ,并判斷在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)向何方進(jìn)行。,(2)計(jì)算298K反應(yīng):,的 ,并判斷反應(yīng)向何方進(jìn)行。,解 (1),在標(biāo)準(zhǔn)
23、狀態(tài)下, >0,反應(yīng)逆向進(jìn)行。,>0,反應(yīng)仍逆向進(jìn)行。,(2),21.反應(yīng),在298K和398K下,測得其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)分別為9.3×109和3.3×107。,(1)計(jì)算,(2)若298K~398K范圍內(nèi) 、 基本不變,計(jì)算 和 。,解 (1),,若298K~398K范圍內(nèi) 、 基本不變,
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