北师大《无机化学》第四版习题5.docx

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北师大《无机化学》第四版习题5

第五章化学热力学基础

5-1从手册中查出常用试剂浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、浓氨水的密度和质量分数计算它们的（体积）物质的量浓度和质量摩尔浓度。

解：

经查阅:

p（HCl）=1.19g/mlw（HCl）=37.23%

p（H2SO4）=1.83g/mlw（H2SO4）=98%

p（HNO3）=1.42g/mlw（HNO3）=69.80%

p（NH3.H2O）=0.9g/mlw（NH3.H2O）=26%

由公式c=pw/M可得：

c（HCl）=12mol·L–1c（H2SO4）=18.3mol·L–1

c（HNO3）=15.7mol·L–1c（NH3.H2O）=13.8mol·L–1

设1㎏水中含溶质nmol,则由w=m/（m+1000）（m为溶质质量）可得：

m（HCl）=16.2mol/㎏

m（H2SO4）=500mol/㎏

m（HNO3）=36.69mol/㎏

m（NH3.H2O）=20.67mol/㎏

5-2从手册查出常温下的饱和水蒸气压，计算当时相对湿度为40%时，水蒸气压多大。

解：

在298K下，P（饱和水蒸气压）=3.167Kpa，P（不饱和）/P（饱和）=40%，

则P（不饱和）/P（饱和）=40%×P（饱和）=0.4×3.167=1.2668Kpa

答：

水蒸气压为1.2668Kpa.

5-3化学实验中经常用蒸馏水冲洗已用自来水洗净的烧杯。

设洗净烧杯内残留“水”为1mL,试计算，用30mL蒸馏水洗1次和2次，烧杯中残留的“自来水的浓度”分别多大？

解：

再用自来水洗之后，烧杯中自来水为1ml之后，加入30ml蒸馏水，一共为31ml水，自来水占1/31，倒掉后又倒1ml，故自来水浓度为1/31。

若第一次加入的蒸馏水倒掉之后，1ml中含1/31ml的自来水；

再加入30ml蒸馏水，一共为31ml水，自来水占1/312=1/963

所以倒掉后自来水占1/312=1/963

5-4计算15℃,97kPa下15g氯气的体积。

5-520℃，97kPa下0.842g某气体的体积为0.400L，求气体的摩尔质量。

解：

由理想气体状态方程：

p×v=n×R×T，n=m/M，得p×v=m/M×R×T

M=mpT/pv=0.842×8.314×293/97×103×0.4=52.8g/mol

该气体的摩尔质量为：

52.8g/mol。

5-6测得2.96g氯化在407℃的1L容积的真空系统里完全蒸发到的压力为60kPa，求氯化汞蒸气的摩尔质量和化学式。

解：

（1）设氯化汞蒸汽的摩尔质量为M，则由n=m/M,p×v=n×R×T

得M=m×R×T/p×v=2.96×8.314×680/60=278.9g/mol

（2）设氯化汞的化学式为HgCln,则

200.6+35.5n=278.9

解得n=2

答：

氯化汞的摩尔质量是278.9g/mol,化学式是HgCl2

5-7在1000℃和97kPa下测得硫蒸气的密度为0.5977gL-1,求蒸气的摩尔质量和化学式。

解：

（1）设硫蒸气的体积为1L，则由p×v=n×R×T得

M=m×R×T/p×v=0.5977×8.314×1273/97×1=65g/mol

（2）设硫蒸气的化学式为Sn，则32n=65解得n=2

所以硫蒸气的摩尔质量是65g/mol化学式是S2.

5-8在25℃时将相同压力的5.0L氮气和15L氧气压缩到一个10.0L的真空容器中，测得混合气体的总压为150kPa，

（1）求两种气体的初始压力；

（2）求混合气体中氮和氧的分压；（3）将温度上升到210℃，容器的总压。

解：

方法1：

1）假设压缩两种气体的总压力为P,分压为P1、P2，则由玻意耳定律得:

P1V1=P2V2

P=P2V2/V1=75kPa

P1=75×5/（5+15）=18.75kPa

P2=75×15（5+15）=56025kPa

（2）假设混合气体的分压分别为P3、P4,则有:

P3=150×5/（5+15）=18.75kPa

P4=150×15（5+15）=112.5kPa

（3）假设210℃时，容器的总压为P5，则由盖吕莎克定律得：

P/T=P5/T5

P5=P×T5/T=243kPa

方法2：

（1）两种气体的初始压力为p，则由p1v1=p1v1得

p（VN2+VO2）=p混V混

则p=p混×v混/（vN2+vO2）

=150×10/（5+15）

=75Kp

（2）同温同压下,n（N2）:

n（O2）=V（N2）:

V（O2）=1:

3

P（O2）=P×X（O2）=1/4×150kPa=37.5kPa

P（N2）=P×X（N2）=3/4×150kPa=122.5kPa

（3）P2V2=nRT2①

PV=nRT②两式相比,得P2/P=T2/T

150kPa/P=298K/483KP=243kPa

5-9在25℃，1.47MPa下把氨气通入容积为1.00刚性壁密闭容器中，在350℃下用催化剂使部分氨分解为氮气和氢气，测得总压为5MPa，求氨的解离度和各组分的摩尔分数和分压。

解:

P1V1=n（NH3）RT1→n（NH3）=0.5933mol

P2V2=n（混）RT→n（混）=0.9653mol

设有2xmol的NH3在1123K下分解,则有xmolN2和3xmolH2生成,则nNH3-2x+x+3x=n总

x=0.186mol

X（NH3）=（nNH3-2x）/n总=0.229mol

X（N2）=X/n总=0.193mol

X（H2）=3x/n总=0.578mol

P（NH3）=P×X（NH3）=1.146MPa

P（N2）=P×X（N2）=1.965MPa

P（H2）=P×X（H2）=2.89MPa

NH3的解离度=（n（NH3）-2x）/n（NH3）=0.627％。

5-10某乙烯和足量的氢气的混合气体的总压为6930Pa，在铂催化剂催化下发生如下反应：

C2H4（g）+H2（g）＝C2H6（g）反应结束时温度降至原温度后测得总压为4530Pa。

求原混合气体中乙烯的摩尔分数。

解：

由等温变化得：

P1V1/n1=P2V2/n2

原混合气体中乙烯的摩尔分数为Ni；设气体总体积为1

6930*1/n=4530*1/（1-Ni）n

得=0.346

答：

原混合气体中乙烯的摩尔分数为0.34

5—11以下哪些关系式是正确的（p、V、n表示混合气体的总压、总体积和总物质的量）?

说明理由。

pVB=nBRTpBV=nBRTpBVB=nRTpV=nRT

答:

PVB=nBRT错误

PBV=nBRT正确,它表示B物质的分压力

PBVB=nRT错误

PV=nRT正确,它就是气体的状态方程.

5-12以下系统内各有几个相？

（1）水溶性蛋白质的水溶液；

（2）氢氧混合气体；

（3）盐酸与铁块发生反应的系统；（4）超临界状态的水。

解

（1）一个相，因为溶液均匀分布的；

（2）一个相，因为混合气体均匀分布的；

（3）三个相，因为反映系统中有未反映的铁固体，生成H2气体以及溶液液体。

（4）一个相，因为超临界状态的水，既有水固体，又有水液体和水蒸汽。

5-1310g水在373k和100kPa下气化，所做的功多大？

解:

系统接受环境所给的功：

W=P×△V=RT△n=0.008314×373×10/18=1.723kJ

5—14反应CaC2（s）+2H2O（l）=Ca（OH）2（s）+C2H2（g）在298K下的标准摩尔热力学能变化量为-128.0Kjmol–1，求该反应的标准摩尔焓变。

解：

该反应是在恒温恒压条件下进行，反应的标准摩尔生成焓：

△rHm=U+P△V=-128.0+0.008314×298×（1-0）=-125.5kJ▪mol–1

5-15人类登月使用的阿波罗的第一级火箭使用了550吨煤油在2.5min内与氧发生燃烧反应产生巨大推力。

以C12H26（l）为煤油的平均分子式的燃烧热为-7513KJmol-1，试计算这个燃烧反应的功率。

解：

设这个燃烧反应的功率为P，在2.5min内产生的热量为WkJ;则由：

C6H12O6+18.5O2=12CO2+13H2O;H=–7513kJ/moL

170g7513kJ

55010001000gWkJ

W=2.431010kJ

P=W/t=1.62108kW

5—16已知Al2O3（s）和MnO2（s）的标准摩尔生成焓为-1676KJmol-1和-521KJmol-1，计算1g铝与MnO2（s）足量反应（铝热法）产生的热量。

解:

n（Al）=1/27mol

4Al+3MnO2=2Al2O3+3Mn

Qp=△H=（-1676+521）×1/27=16.6kJmol–1

5-17已知Cl-1（aq）的标准摩尔生成焓为–167.5kJmol–1，计算1molHCl（g）溶于足量的水释放多少热？

[注]计算得到的值为氯化氢的溶解热；HCl（g）的标准摩尔生成焓可从本书附表中查获。

假设水量的多少与程度无关（事实上是有关的，因此溶解热的数值通常设定为无限稀释。

）

解:

假设溶于定量的水释放的热量为△H，则有：

HCl（g）=H（∞aq）++Claq–

因规定△fHmO（H（∞aq））=0△H（Cl–）=–167.5kJ/mol

又可查表得：

H（HCl）=–92.307kJ/mol

△rHmO=△fHmO（H（∞aq））+△fHmO（Claq–）–△fHmO（HCl（g））

=0+（–167.5）–（–92.307）=75.2kJ▪mol–1

所以1molHCl（g）溶于足量水的释放热为75.2kJ▪mol–1

5-18：

用标准摩尔生成焓的数据计算SiF4（g）与足量H2O（l）的反应生成SiO2（s）和HF（g）的摩尔反应焓。

解:

反应方程式为：

SiF4（g）+2H2O（l）=SiO2（s）+4HF（g）

△rHmO=△rHmO（SiO2）+4△rHmO（HF）–△rHmO（SiF4）–2△rHmO（H2O）

=（–910.94kJ▪mol-1）+4*（–271.1kJ▪mol–1）–2*（285.830kJ▪mol-1）–（–1416.98kJ▪mol–1）

=191.3（kJ▪mol–1）

所以为：

SiF4（g）+2H2O（l）=SiO2（s）+4HF（g）△rHmO=191.3（kJ▪mol-1）

5-19利用本书附表与下列数据计算石灰岩[以CaCO3（方解石）计]被CO2（g）溶解发育成喀斯特地形的如下反应的标准摩尔反应焓：

CaCO3（s）+CO2（g）+H2O（l）=Ca2+（aq）+2HCO–-3（aq）

△rHmθ/kJ▪mol-1:

Ca2+（aq）–543.0HCO-3（aq）–691.1

解：

CaCO3（s）+CO2（g）+H2O（l）=Ca2+（aq）+2HCO-3（aq）

△rHmθ=△rHmθ（Ca2+（aq））+2△rHmθ（HCO-3（aq））–△rHmθ（CaCO3（s））–△rHmθ（CO2（g））–△rHmθ（H2O（l））

=（–543.0kJ▪mol–1）+2×（–691.1kJ▪mol–1）–2×（–1260.92kJ▪mol–1）–（–393.509kJ▪mol–1）–（–285.830kJ▪mol–1）=–38.941（kJ·mol–1）

5-20火柴头中的P4S3（s）标准摩尔燃烧热