物理化学下册答案化工专用.docx
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物理化学下册答案化工专用
RevisedonNovember25,2020
物理化学下册答案化工专用
已知25℃时水的离子积Kw=×10-14,NaOH、HCl和NaCl的分别等于S·m2·mol-1,S·m2·mol-1和S·m2·mol-1。
(1)求25℃时纯水的电导率;
(2)利用该纯水配制AgBr饱和水溶液,测得溶液的电导率κ(溶液)=×10-5S·m-1,求AgBr(s)在纯水中的溶解度。
已知:
(Ag+)=×10-4S·m2·mol-1,(Br-)=×10-4S·m2·mol-1。
解:
(1)水的无限稀释摩尔电导率为
纯水的电导率
即有:
(2)κ(溶液)=κ(AgBr)+κ(H2O)
即:
κ(AgBr)=κ(溶液)-κ(H2O)
=×10-5–×10-6=×10-5S·m-1
现有25℃时,·kg-1BaCl2溶液。
计算溶液的离子强度I以及BaCl2的平均离子活度因子γ±和平均离子活度。
解:
离子强度
根据:
25℃时,电池Zn|ZnCl2(mol·kg-1)|AgCl(s)|Ag的电动势E=。
已知E(Zn2+|Zn)=,E(Cl-|AgCl|Ag)=,电池电动势的温度系数为:
(1)写出电池反应;
(2)计算反应的标准平衡常数K;
(3)计算电池反应的可逆热Qr,m;
(4)求溶液中ZnCl2的平均离子活度因子γ±。
解:
(1)电池反应为
Zn(s)+2AgCl(s)=Zn2++2Cl-+2Ag(s)
(2)
即:
K=×1033
(3)
(4)
γ±=
为了确定亚汞离子在水溶液中是以Hg+还是以形式存在,涉及了如下电池
测得在18℃时的E=29mV,求亚汞离子的形式。
解:
设硝酸亚汞的存在形式为,则电池反应为
电池电动势为
作为估算,可以取
。
所以硝酸亚汞的存在形式为。
在电池Pt│H2(g,100kPa)│HI溶液(a=1)│I2(s)│Pt中,进行如下电池反应:
(1)H2(g,100kPa)+I2(s)2HI(a=1)
(2)H2(g,p)+I2(s)HI(aq,a=1)
应用表7.7.1的数据计算两个电池反应的E、和K。
解:
(1)电池反应为H2(g,100kPa)+I2(s)2HI(a=1)时,电池反应处于标准态,即有:
E=E{I-(a=1)│I2│Pt}-E{H+(a=1)│H2(g,100kPa)│Pt}
=E{I-溶液(a=1)│I2(s)│Pt}
=
(2)电动势值不变,因为电动势是电池的性质,与电池反应的写法无关,E=
Gibbs自由能的变化值降低一半,因为反应进度都是1mol,但发生反应的物质的量少了一半,即
根据平衡常数与Gibbs自由能变化值的关系,
已知25℃时E(Fe3+|Fe)=,E(Fe3+,Fe2+)=。
试计算25oC时电极Fe2+|Fe的标准电极电势E(Fe2+|Fe)。
解:
上述各电极的电极反应分别为
Fe3++3e-=Fe
(1)
Fe3++e-=Fe2+
(2)
Fe2++2e-=Fe(3)
显然,(3)=
(1)-
(2),因此
46气相反应的机理为
试证:
证:
应用稳态近似法
41.对于两平行反应:
若总反应的活化能为E,试证明:
证明:
设两反应均为n级反应,且指前因子相同,则反应速率方程为
上式对T求导数
35.反应的速率方程为
(1);300K下反应20s后
,问继续反应20s后
(2)初始浓度同上,恒温400K下反应20s后,,求活化能。
解:
反应过程中,A和B有数量关系,方程化为
(2)400K下
34.某反应由相同初始浓度开始到转化率达20%所需时间,在40oC时为15min,60oC时为3min。
试计算此反应的活化能。
解:
根据Arrhenius公式
由于对于任意级数的化学反应,如果初始浓度和转化率相同,则,因此
25.65oC时气相分解的速率常数为,活化能为,求80oC时的k及。
解:
根据Arrhenius公式
根据k的单位,该反应为一级反应
16.NO与进行如下反应:
在一定温度下,某密闭容器中等摩尔比的NO与混合物在不同初压下的半衰期如下:
95
102
140
176
224
求反应的总级数。
解:
在题设条件下,,速率方程可写作,根据半衰期和初始浓度间的关系
处理数据如下
,总反应级数为级。
14.溶液反应
的速率方程为
20oC,反应开始时只有两反应物,其初始浓度依次为,,反应20h后,测得,求k。
解:
题给条件下,在时刻t有,因此
积分得7解:
设放出的CO2(g)可看作理想气体,硝基乙酸的初始量由时放出的CO2(g)算出:
在时刻t,硝基乙酸的量为,列表
1
作图,由于反应不是从开始,用公式拟合
得到。
5对于一级反应,使证明转化率达到%所需时间为转化率达到50%所需时间的3倍。
对于二级反应又应为多少
解:
转化率定义为,对于一级反应,
对于二级反应,
1.反应为一级气相反应,320oC时。
问在320oC加热90min的分解分数为若干
解:
根据一级反应速率方程的积分式
答:
的分解分数为%
2.某一级反应的半衰期为10min。
求1h后剩余A的分数。
解:
同上题,
答:
还剩余A%。
三、计算
1、测得300C时某蔗糖水溶液的渗透压为252KPa。
求
(1)该溶液中蔗糖的质量摩尔浓度;
(2)该溶液的凝固点降低值;
(3)在大气压力下,该溶液的沸点升高值
已知Kf=mol–1Kg–1,Kb=mol–1Kg–1,△vapH0m=40662Jmol–1
2、有理想气体反应2H2(g)+O2(g)=H2O(g),在2000K时,已知K0=×107
1、计算H2和O2分压各为×104Pa,水蒸气分压为×105Pa的混合气体中,进行上述反应的△rGm,并判断反应自发进行的方向。
2、当H2和O2分压仍然分别为×104Pa时。
欲使反应不能正向自发进行,水蒸气分压最少需多大
△rGm=﹡105Jmol–1;正向自发;P(H2O)=﹡107Pa。
在真空的容器中放入固态的NH4HS,于250C下分解为NH3(g)与H2S(g),
平衡时容器内的压力为。
(1)当放入NH4HS时容器中已有的H2S(g),求平衡时容器内的压力;
(2)容器中已有的NH3(g),问需加多大压力的H2S(g),才能形成NH4HS固体。
1)2)P(H2S)大于166kPa。
4、已知250C时φ0(Fe3+/Fe)=,φ0(Fe3+/Fe2+)=
求250C时电极Fe2+|Fe的标准电极电势φ0(Fe2+/Fe)。
答案:
φ0(Fe2+/Fe)=
5、dm-3醋酸水溶液在250C时的摩尔电导率为×10-3Sm2mol–1,无限稀释时的摩尔电导率为×10-3Sm2mol–1
计算
(1)醋酸水溶液在250C,dm-3时的pH值。
(2)250C,dm-3醋酸水溶液的摩尔电导率和pH值。
答案:
(1)pH=;
(2)摩尔电导率=×10-3Sm2mol–1pH=
6、溴乙烷分解反应的活化能为mol–1,650K时的速率常数k=×10-4S-1,
求:
(1)该反应在679K条件下完成80%所需时间。
(2)该反应在679K时的半衰期。
答案:
k=×10-3S-1;t=×103S,t1/2=529S。
7、环氧乙烷在3800C时的反应是一级反应,其半衰期为363min,反应的活化能为mol–1,欲使该反应在15min内完成75%,问将反应温度应控制在多少度。
答案:
K1=*10–3min–1,K2=*10–2min–1
T2=t1/2=min
8、250C时,电池(Pt)H2(1P0)|HCl(b=–1)|AgCl-Ag(s),
其电池动势E=,求该HCl溶液中的离子平均活度系数r±。
(φ0Ag/AgCl=)
答案:
r±=
9、250C时氯化银饱和水溶液的电导率为*10-4Sm-1。
已知同温下配制此溶液所用的水的电导率为*10-4Sm-1,银离子的极限摩尔电导率为*10-4Sm2mol–1,氯离子的极限摩尔电导率为*10-4Sm2mol–1。
计算250C时氯化银的溶解度和溶度积。
c=m3;Ksp=mol/m3)2
10、200C时HCl溶于苯中达平衡。
气相中HCl的分压为时,溶液中HCl的摩尔分数为。
已知200C时苯的饱和蒸气压为,若200C时HCl和苯蒸气总压为,求100g苯中溶解多少克HCl,
11、已知水在1000C时的饱和蒸气压为,气化热为2260Jg–1。
试求:
(1)水在950C时饱和蒸气压;
(2)水在110.00KPa时的沸点。
12、800C时纯苯的蒸气压为100KPa,纯甲苯的蒸气压为。
两液体可形成理想液态混合物。
若有苯-甲苯的气-液平衡混合物,800C时气相中苯的摩尔分数y(苯)=,求液相中苯和甲苯的摩尔分数。
答案:
x(苯)=,x(甲苯)=。
13、已知醋酸酐的分解反应为一级反应,其速度常数K(S-1)与温度T(K)具有关系式,
试问
(1)欲使此反应在10分钟内转化率达到90%温度应控制多少度
(2)求该温度下的速度常数K(S-1)。
(3)求该温度下的半衰期。
(4)求该反应的活化能。
答案:
(1)T=522K
(2)K=×10-3S–1(3)t1/2=182S(4)Ea=mol–1
1.
14、00C时某有机酸在水和乙醚中的分配系数为。
今有该有机酸5g溶于100cm3
水中形成的溶液。
(1)若用40cm3乙醚一次萃取(所用乙醚已事先被水饱和,因此萃取时不会有水溶于
乙醚)求水中还剩下多少有机酸
(2)将40cm3乙醚分为两份,每次用20cm3乙醚萃取,连续萃取两次,问水中还剩下
多少有机酸
答案:
(1)W1=;
(2)W2=。
装订线
15、(9分)250C时,电池:
Ag|AgCl(s)|HCl(b)|Cl2(g,100KPa)|Pt的电动势E=,电动势温度系数(E/T)P=×10-4VK-1。
电池反应为:
Ag+1/2Cl2(g,100KPa)=AgCl(s)
计算250C时该反应的△rHm、△rSm、△rGm,以及电池恒温可逆放电时该反应过程的。
16、某金属钚的同位素进行β放射,14d后,同位素活性下降了%。
试求该同位素的:
(1)蜕变常数,
(2)半衰期,(3)分解掉90%所需时间。
17、乙烷可按下式脱氢:
CH3CH3(g)═CH2CH2(g)+H2(g)(设反应的△rCp=0)
试计算
(1)在标准压力及298K时,求该反应的△rH0m;△rG0m;△rS0m;K0(298K);
(2)在标准压力及1000K时,求该反应的K0(2000K);乙烷的平衡转化率是多少
热力学数据(298K):
△fH0m/(KJmol–1)
△fG0m/(KJmol–1)
S0m/(JK–1mol–1)
CH3CH3(g)
CH2CH2(g)
H2(g)
0
0
△rH0m=KJmol–1;△rG0m