山东大学《无机化学》课后习题25.docx
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山东大学《无机化学》课后习题25
第二章物质的状态
习题
2.1什么是理想气体？
实际气体在什么条件下可用理想气体模型处理？
实际气体方程是怎么推导出来的？
实际气体在什么条件下可以用理想气体模型处理？
2.2为什么家用加湿器都是在冬天使用，而不在夏天使用？
2.3常温常压下，以气体形式存在的单质、以液体形式存在的金属和以液体形式存在的非金属单质各有哪些？
2.4平均动能相同而密度不同的两种气体，温度是否相同？
压力是否相同？
为什么？
2.5同温同压下，N2和O2分子的平均速度是否相同？
平均动能是否相同？
2.6试验测得683K、100kPa时气态单质磷的密度是2.64g·dm－3。
求单质磷的分子量。
2.71868年Soret用气体扩散法测定了臭氧的分子式。
测定结果显示，臭氧对氯气的扩散速度之比为1.193。
试推算臭氧的分子量和分子式。
2.8常压298K时，一敞口烧瓶盛满某种气体，若通过加热使其中的气体逸出二分之一，则所需温度为多少？
2.9氟化氙的通式为XeFx（x＝2、4、6…），在353K、1.56×104Pa时，实验测得某气态氟化氙的密度为
0.899g·dm－3。
试确定该氟化氙的分子式。
2.10温度为300K、压强为3.0×1.01×105Pa时，某容器含640g氧气，当此容器被加到400K恒定后，问当容器内氧气的压力降到1.01×105Pa时，共放出多少克氧气？
2.11为什么饱和蒸气压与温度有关，而与液体上方空间的大小无关？
试计算
（1）303K、空气的相对湿度为100％时，每升空气中水汽的质量。
（2）323K、空气的相对湿度为80％时，每升空气中水汽的质量。
已知303K时，水的饱和蒸气压为4.23×103Pa；323K时，水的饱和蒸气压为1.23×104Pa。
2.12在303K，1.01×105Pa时由排水集气法收集到氧气1.00dm3。
问有多少克氯酸钾按下式分解？
2KClO3===2KCl＋3O2
已知303K时水的饱和蒸气压为4.23×103Pa。
2.13298K，1.23×105Pa气压下，在体积为0.50dm3的烧瓶中充满NO和O2气。
下列反应进行一段时间后，瓶内总压变为8.3×104Pa，求生成NO2的质量。
2NO＋O2===2NO2
2.14一高压氧气钢瓶，容积为45.0dm3，能承受压强为3×107Pa，问在298K时最多可
装入多少千克氧气而不致发生危险？
2.15将总压强为101.3kPa的氮气和水蒸气的混合物通入盛有足量P2O5干燥剂的玻璃瓶
中，放置一段时间后，瓶内压强恒定为99.3kPa。
（1）求原气体混合物中各组分的物质的量分数；
（2）若温度为298K，实验后干燥剂增重1.50g，求瓶的体积。
（假设干燥剂的体积
可忽略且不吸附氮气）
2.16水的“三相点”温度和压强各是多少？
它与水的正常凝固点有何不同？
2.17国际单位制的热力学温标是以水的三相点为标准，而不用水的冰点或沸点，为什么？
2.18已知苯的临界点为289C，4.86Mpa，沸点为80C；三相点为5C，2.84kPa。
在三相点时液态苯的密度为0.894g·cm－3，固态苯的密度为1.005g·cm－3。
根据上述数据试画出0－300C范围内苯的相图（参照水的相图，坐标可不按比例制作）。
2.19在下列各组物质中，哪一种最易溶于苯中？
H2，N2，CO2
CH4，C5H12，C31H64
NaCl，C2H5Cl，CCl4
2.20由C2H4和过量H2组成的混合气体的总压为6930Pa。
使混合气体通过铂催化剂进行下列反应：
C2H4（g）＋H2（g）===C2H6（g）
待完全反应后，在相同温度和体积下，压强降为4530Pa。
求原混合气体中C2H4的物质的量分数。
2.21某反应要求缓慢加入乙醇（C2H5OH），现采用将空气通过液体乙醇带入乙醇气体的方法进行。
在293K，1.01×105Pa时，为引入2.3g乙醇，求所需空气的体积。
已知293K时乙醇的饱和蒸气压为5866.2Pa。
2.22已知金（Au）的晶胞属面心立方，晶胞边长为0.409nm，试求：
（1）金的原子半径；
（2）晶胞体积；（3）一个晶胞中金的原子个数；（4）金的密度。
2.23下面说法是否正确，为什么？
（1）凡有规则外形的固体都是晶体；
（2）晶体一定具有各向异性；
（3）晶胞就是晶格；
（4）每个面心立方晶胞中有14个质点。
2.24已知石墨为层状结构，每个碳原子与同一个平面的三个碳原子相连，相互间的键
角均为120。
试画出石墨的一个晶胞结构图，每个石墨晶胞中含有几个碳原子？
2.25计算下列几种市售试剂的物质的量浓度
（1）浓盐酸，HCl的质量分数为37%，密度为1.18g·cm－3；
（2）浓硫酸，H2SO4的质量分数为98%，密度为1.84g·cm－3；
（3）浓硝酸，HNO3的质量分数为69%，密度为1.42g·cm－3；
（4）浓氨水，NH3的质量分数为28%，密度为0.90g·cm－3。
2.26303K时，丙酮（C3H6O）的饱和蒸气压是37330Pa，当6g某非挥发性有机物溶于120g丙酮时，丙酮的饱和蒸气压下降至35570Pa。
试求此有机物的相对分子质量。
2.27尿素（CON2H4）溶液可用作防冻液，欲使水的冰点下降10K，问应在5kg水中溶解多少千克尿素？
已知水的凝固点下降常数Kf＝1.86K·mol－1·kg。
2.28298K时，含5.0g聚苯乙烯的1dm3苯溶液的渗透压为1013Pa。
求该聚苯乙烯的相对分子质量。
2.29人血液凝固点为－0.56℃，求36.5℃时人体血液的渗透压。
已知水的凝固点下降常数Kf＝1.86K·mol－1·kg。
2.30一密闭容器放有一杯纯水和一杯蔗糖水溶液，问经过足够长的时间会有什么现象发生？
第三章化学热力学初步
习题
3.0（课本上的3.1，下面的各题序号加1）举例并加以说明：
体系、环境、介苗、宇宙、敞开体系、封闭体系、孤立体系，状态、状态函数、量度性质、强度性质，过程、途径、恒温过程、恒压过程、恒容过程。
3.1什么类型的化学反应QP等于QV？
什么类型的化学反应QP大于QV？
什么类型的化学反应QP小于QV？
3.2在373K时，水的蒸发热为40.58kJ·mol－1。
计算在373K，1.013×105Pa下，1mol水气化过程的△U和△S（假定水蒸气为理想气体，液态水的体积可忽略不计）。
3.3反应H2（g）＋I2（g）===2HI（g）的rHm是否等于HI（g）的标准生成焓fHm?
为什么？
3.4乙烯加氢反应和丙烯加氢反应的热效应几乎相等，为什么？
3.5金刚石和石墨的燃烧热是否相等？
为什么？
3.6试估计单质碘升华过程焓变和熵变的正负号。
3.7已知下列数据，求ZnSO4（s）的标准生成热。
（1）2Zn（s）＋O2（g）===2ZnO（s）rHm
（1）＝－696.0kJ·mol－1
（2）S（斜方）＋O2（g）===SO2（g）rHm
（2）＝－296.9kJ·mol－1
（3）2SO2（g）＋O2（g）===2SO3（g）rHm（3）＝－196.6kJ·mol－1
（4）ZnSO4（s）===ZnO（s）＋SO3（g）rHm（4）＝235.4kJ·mol－1
3.8已知CS2
（1）在101.3kPa和沸点温度（319.3K）时气化吸热352J·g－1。
求1molCS2
（1）在沸点温度时气化过程的U、H、S。
3.9水煤气是将水蒸气通过红热的碳发生下列反应而制得
C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）
CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）
将反应后的混合气体冷至室温即得水煤气，其中含有CO、H2及少量CO2（水汽可忽略不计）。
若C有95%转化为CO，5%转化为CO2，则1dm3此种水煤气燃烧产生的热量是多少（假设燃烧产物都是气体）？
已知CO（g）CO2（g）H2O（g）
fHm（kJ·mol－1）：
－110.5－393.5－241.8
3.10计算下列反应的中和热HCl（aq）＋NH3（aq）===NH4Cl（aq）
3.11阿波罗登月火箭用联氨N2H4
（1）作燃料，用N2O4（g）作氧化剂，燃烧产物为N2（g）和H2O
（1）。
若反应在300K，101.3kPa下进行，试计算燃烧1.0kg联氨所需N2O4（g）的体积，反应共放出多少热量?
已知N2H4（l）N2O4（g）H2O（g）
fHm（kJ·mol－1）：
50.69.16－285.8
3.12已知下列键能数据
键N＝NN－ClN－HCl－ClCl－HH－H
E（kJ·mol－1）：
945201389243431436
（1）求反应2NH3（g）＋3Cl2（g）===N2（g）＋6HCl（g）的rHm；
（2）由标准生成热判断NCl3（g）和NH3（g）相对稳定性高低。
3.13假设空气中含有百万分之一的H2S和百万分之一的H2，根据下列反应判断，通常条件下纯银能否和H2S作用生成Ag2S?
2Ag（s）＋H2S（g）===Ag2S（s）＋H2（g）
4Ag（s）＋O2（g）===2Ag2O（s）
4Ag（s）＋2H2S（g）＋O2（g）===2Ag2S（s）＋2H2O（g）
3.14通过计算说明，常温常压下固体Na2O和固体HgO的热稳定性高低。
3.15反应A（g）＋B（s）===C（g）的rHm＝－42.98kJ·mol－1，设A、C均为理想气体。
298K，标准状况下，反应经过某一过程做了最大非体积功，并防热2.98kJ·mol－1。
试求体系在此过程中的Q、W、rUm、rHm、rSm、rGm。
3.16炼铁高炉尾气中含有大量的SO3，对环境造成极大污染。
人们设想用生石灰CaO吸收SO3生成CaSO4的方法消除其污染。
已知下列数据CaSO4（s）CaO（s）SO3（g）
△fHm°/kJ·mol－1－1433－635.1－395.7
Sm°/J·mol－1·K－1107.039.7256.6
通过计算说明这一设想能否实现。
3.17由键焓能否直接求算HF（g）、HCl（g）、H2O（l）和CH4（g）的标准生成焓？
如能计算，请与附录中的数据进行比较。
3.18高炉炼铁是用焦炭将Fe2O3还原为单质铁。
试通过热力学计算说明还原剂主要是CO而非焦炭。
相关反应为
2Fe2O3（s）＋3C（s）===4Fe（s）＋3CO2（g）
Fe2O3（s）＋3CO（g）===2Fe（s）＋3CO2（g）
3.19通过热力学计算说明为什么人们用氟化氢气体刻蚀玻璃，而不选用氯化氢气体。
相关反应如下：
SiO2（石英）＋4HF（g）===SiF4（g）＋2H2O（l）
SiO2（石英）＋4HCl（g）===SiCl4（g）＋2H2O（l）
3.20根据热力学计算说明，常温下石墨和金刚石的相对有序程度高低。
已知Sm°（石墨）＝5.740J·mol－1·K－1，△fHm°（金刚石）＝1.897kJ·mol－1，△fGm°（金刚石）＝2.900kJ·mol－1。
3.21NO和CO是汽车尾气的主要污染物，人们设想利用下列反应消除其污染：
2CO（g）＋2NO（g）===2CO2（g）＋N2（g）试通过热力学计算说明这种设想的可能性。
3.22白云石的主要成分是CaCO3·MgCO3，欲使MgCO3分解而CaCO3不分解，加热温度应控制在什么范围？
3.23如3.18题所示，高炉炼铁是用焦炭将Fe2O3还原为单质铁。
试通过热力学计算说明，
采用同样的方法能否用焦炭将铝土矿还原为金属铝？
相关反应为
2Al2O3（s）＋3C（s）===4Al（s）＋3CO2（g）
Al2O3（s）＋3CO（g）===2Al（s）＋3CO2（g）
3.24（非课本上的）臭化肥NH4HCO3在常温下极易分解，从而限制了它的使用。
通过热力学计算说明，在实际应用中能否通过控制温度来阻止NH4HCO3的分解？
3.24热力学上时怎样定义物质的标准状态的？
物质的标准摩尔生成热、标准摩尔生成自由能、标准熵是怎样定义的？
其单位分别是什么？
3.25比较下列各组物质熵值的大小
（1）1molO2（298K，1×105Pa）1molO2（303K，1×105Pa）
（2）1molH2O（s，273K，10×105Pa）1molH2O（l，273K，10×105Pa）
（3）1gH2（298K，1×105Pa）1molH2（298K，1×105Pa）
（4）nmolC2H4（298K，1×105Pa）2mol－（CH2）n－（298K，1×105Pa）
（5）1molNa（s，298K，1×105Pa）1molMg（s，298K，1×105Pa）
3.26试判断下列过程熵变的正负号
（1）溶解少量食盐于水中；
（2）水蒸气和炽热的碳反应生成CO和H2；
（3）冰熔化变为水；
（4）石灰水吸收CO2；
（5）石灰石高温分解。
第四章化学反应速率速率和化学平衡
习题
4.1化学反应速率是如何定义的？
反应速率的常用单位是什么？
化学反应的平均速率和瞬时速率有何区别与联系？
4.2实际反应中有没有0级反应和1级反应？
如果有，怎样用碰撞理论给予解释？
4.3当温度相同而反应物起始浓度不同时，同一个反应的起始速率是否相同？
速率常数是否相同？
反应级数是否相同？
活化能是否相同？
4.4什么是基元反应？
什么是非基元反应？
二者有何区别与联系？
4.5如何正确理解反应级数、反应分子数、反应速率常数等概念？
4.6反应的活化能怎样影响化学反应速率？
为什么有些反应的活化能很接近，反应速率却相差很大；但有些反应的活化能相差很大，反应速率却很接近。
4.7已知600K时，一级反应SO2Cl2（g）===SO2（g）＋Cl（g）的速率常数为2.0×10－5s－1。
问：
（1）10.0gSO2Cl2（g）分解一半需要多少时间？
（2）10.0gSO2Cl2（g）反应2.0小时之后还剩多少？
4.8实验测得反应S2O82－＋3I－===2SO42－＋I3－在不同温度下的速率常数如下：
T/K
273
283
293
303
k/mol－1·dm3·s－1
8.2×10－4
2.0×10－3
4.1×10－3
8.3×10－3
（1）试用作图法求此反应的活化能；
（2）求300K时反应的速率常数。
4.9反应H2PO2－+OH－===HPO32－+H2在373K时的有关实验数据如下：
初始浓度
/mol·dm－3·min－1
[H2PO2－]/mol·dm－3
[OH－]mol·dm－3
0.10
1.0
3.2×10－5
0.50
1.0
1.6×10－4
0.50
4.0
2.56×10－3
（1）计算该反应的级数，写出速率方程；
（2）计算反应温度下的速率常数。
4.10假设基元反应A===2B正反应的活化能为Ea＋，逆反应的活化能为Ea－。
问
（1）加入催化剂后正、逆反应的活化能如何变化？
（2）如果加入的催化剂不同，活化能的变化是否相同？
（3）改变反应物的初始浓度，正、逆反应的活化能如何变化？
（4）升高反应温度，正、逆反应的活化能如何变化？
4.11已知反应CH3CHO（g）===CH4（g）＋CO（g）的活化能Ea＝188.3kJ·mol－1，当以碘蒸气为催化剂时，反应的活化能变为Ea'＝138.1kJ·mol－1。
试计算800K时，加如碘蒸气作催化剂后，反应速率增大为原来的多少倍。
4.12判断下列叙述正确与否：
（1）反应级数就是反应分子数；
（2）含有多步基元反应的复杂反应，实际进行时各基元反应的表观速率相等；
（3）活化能大的反应一定比活化能小的反应速率慢；
（4）速率常数大的反应一定比速率常数小的反应快；
（5）催化剂只是改变了反应的活化能，本身并不参加反应，因此其质量和性质在反应前后保持不变。
4.13回答下列问题：
（1）一反应体系中各组份的平衡浓度是否随时间变化？
是否随反应物起始浓度变化？
是否随温度变化？
（2）有气相和固相参加的反应，平衡常数是否与固相的存在量有关？
（3）有气相和溶液参加的反应，平衡常数是否与溶液中各组份的量有关？
（4）有气、液、固三相参加的反应，平衡常数是否与气相的压力有关？
（5）经验平衡常数与标准平衡常数有何区别和联系？
（6）在Kp＝Kc（RT）n中R的取值和量纲如何？
（7）在△rGm°＝RTlnK中R的取值和量纲如何？
（8）平衡常数改变后，平衡位置是否移动？
平衡位置移动后，平衡常数是否改变？
（9）对△rGm°0的反应，是否在任何条件下正反应都不能自发进行？
（10）△rGm°＝0，是否意味着反应一定处于平衡态？
4.14写出下列反应的平衡常数表达式：
（1）Zn（s）＋2H＋（aq）===Zn2＋（aq）＋H2（g）
（2）AgCl（s）＋2NH3（aq）===Ag（NH3）2＋（aq）＋Cl－（aq）
（3）CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）
（4）HgI2（s）＋2I－（aq）===HgI42－（aq）
（5）H2S（aq）＋4H2O2（aq）===2H＋（aq）＋SO42－（aq）＋4H2O（l）
4.15已知Ag2O（s）的标准生成自由能△fGm°＝－11.2kJ·mol－1，标准生成焓△fHm°
＝－31.1kJ·mol－1。
问
（1）标准状况下，Ag2O（s）的分解温度是多少？
（2）常温（298K）常压（101.1kPa）下，在空气中Ag2O（s）能否分解？
（设空气中氧气的体积分数为20％）。
4.16373K时，光气分解反应COCl2（g）===CO（g）＋Cl2（g）的平衡常数K°＝8.0×10－9，
△fHm°＝104.6kJ·mol－1，试求
（1）373K下反应达平衡后，总压为202.6kPa时COCl2的解离度；
（2）反应的△rSm°。
4.17根据下列数据计算，373K时CO与CH3OH合成醋酸的标准平衡常数。
CO（g）
CH3OH（g）
CH3COOH（g）
△fHm°/kJ·mol－1
－110
－200.8
－435
Sm°/J·mol－1·K－1
＋198
＋238
＋298
4.18反应CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）在1037K时平衡常数K＝1.16，若将1.0molCaCO3置于10.0dm3容器中加热至1037K。
问达平衡时CaCO3的分解分数是多少？
4.19根据热力学数据计算BCl3在常温298K时的饱和蒸气压及正常沸点。
在298K、100kPa条件下BCl3呈液态还是呈气态？
4.20在恒温523K、恒压101.3kPa条件下，PCl5发生下列分解反应：
PCl5（g）===PCl3（g）＋Cl2（g）
平衡时，测得混合气体的密度为2.695g·dm－3。
求反应的△rGm°和PCl5（g）的解离度。
4.21CuSO4·5H2O的风化若用反应式CuSO4·5H2O（s）===CuSO4（s）＋5H2O（g）表示。
（1）试求298K时反应的△rGm°及K°
（2）298K时，若空气的相对湿度为60％，CuSO4·5H2O能否风化？
4.22已知292K时，血红蛋白（Hb）在空气中氧化反应Hb（aq）＋O2（g）===HbO2（aq）的平衡常数K°为85.5，试求当氧气溶解于血液中时氧化反应Hb（aq）＋O2（aq）===HbO2（aq）的标准自由能变化△rGm°。
假设292K时，空气中氧气的分压为20.2kPa，氧气在血液中的溶解度为2.3×10－4mol·dm－3。
4.23在323K，101.3kPa时，N2O4（g）的分解率为50.0%。
问当温度保持不变，压力变为1013kPa时，N2O4（g）的分解率为多少？
4.24以合成氨为例，定量说明温度、浓度、压力以及催化剂对化学平衡移动的影响。
4.25已知下列物质在298K时的标准生成自由能分别为：
NiSO4·6H2O（s）
NiSO4（s）
H2O（g）
△fGm°/kJ·mol－1
－2221.7
－773.6
－228.4
（1）计算反应NiSO4·6H2O（s）===NiSO4（s）＋6H2O（g）在298K时的标准平衡常数K°。
（2）求算298K时与固体NiSO4·6H2O平衡的水的饱和蒸气压。
4.26在一定温度和压强下，1dm3容器中PCl5（g）的分解率为50％。
若改变下列条件，PCl5（g）
的分解率如何变化？
（1）减小压强使容器的体积增大1倍；
（2）保持容器体积不变，加入氮气使体系总压强增大1倍；
（3）保持体系总压强不变，加入氮气使容器体积增大1倍；
（4）保持体系总压强不变，逐渐加入氯气使体系体积增大1倍；
（5）保持体积不变，逐渐加入氯气使体系总压强增大1倍。
4.27联碱法生产纯碱流程的最后一步是加热分解小苏打：
2NaHCO3（s）===Na2CO3（s）＋CO2（g）＋H2O（g）
实验测得不同温度下反应的平衡常数如下表：
T/K
303
323
353
373
K°
1.66×10－5
3.90×10－4
6.27×10－3
2.31×10－1
（1）试用作图法求算在实验温度范围内反应的热效应；
（2）当平衡体系的总压达到200kPa时，反应温度为多少？
4.28（非课本）203Hg可用于肾脏扫描。
某医院购入0.200g203Hg（NO3）2试样，已知203Hg的半衰期为46.1天，试计算六个月（180天）后，未发生衰变的试样还有多少？
4.29（非课本）哪一种反应的速率与浓度无关？
哪一种反应的半衰期与浓度无关？
4.30（非课本）某放射性元素的衰变过程是一级反应，半衰期为104年，问此元素由100g减少到1g需要多少年？
4.31（非课本）N2O5的分解反应为
2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）
实验测得，340K时N2O5的浓度随时间的变化如下：
t/min
0
1
2
3
4
5
[N2O5]/mol·dm－3
1.00
0.71
0.50
0.35
0.25
0.17
求：
（1）0－3min内的平均反应速率；
（2）在第2min时反应的瞬时速率。
4.32（非课本）某化合物M在一种酶催化下进行分解反应，实验数据如下：
t/min
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14
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