《无机及分析化学原理及应用》习题.docx

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《无机及分析化学原理及应用》习题

《无机及分析化学原理和应用》习题

第1章物质的聚集状态

1.1在25℃时，若电视机用显象管的真空度为4.0×10-7Pa，体积为2.0L，试求显象管中气体的分子数。

1.2实验测得在310℃、101.3kPa时，单质气态磷的密度是2.64g·L－1，求磷的化学式。

1.3收集反应中放出的某种气体并进行分析，发现C和H的质量分数分别为0.80和0.20，并测得在0℃和101.3kPa下，500mL此气体质量为0.6995g，试求：

⑴这个气态化合物的最简式；⑵它的相对分子质量；⑶它的分子式。

1.4在一只200℃的1000L锅炉中有25.0kg水蒸气，假定它是理想气体，计算它的压力。

1.5在27℃和101.3kPa下，某充满氮气的烧瓶重50.43g，同一烧瓶改充氢气后，称重为49.89g，求该烧瓶的体积？

1.6人在呼吸时呼出气体的组成与吸入空气的组成不同。

在36.8℃和101kPa时，某典型呼出气体的体积分数是：

N275.1%；O215.2%；CO23.8％；H2O5.9％。

试求：

⑴呼出气体的平均相对分子质量；⑵CO2的分压力。

1.7A球的体积为2.0L，B球为1.0L，两球可通过活塞连通。

开始时，A球充有101.3kPa空气，B球全部抽空但盛有体积小到可被忽略的固体吸氧剂。

当活塞打通，A球空气进入B球，氧被全部吸收。

平衡后气体压力为60.80kPa，求空气中氮和氧分子数目之比。

1.8炼钢炉中加入1.0×104kg含碳3％（质量分数）的生铁，通入空气后碳全部燃烧成CO和CO2，求：

⑴其中

的碳燃烧为CO，

的碳燃烧为CO2，试计算需要多少mol的氧气？

⑵这些氧气在27℃和101.3kPa下具有的体积是多少L?

⑶空气中含氧气21％（体积），试计算所需要的空气的体积（在27℃、101.3kPa下）。

1.9在使用金属铝与苛性钠溶液反应制取氢气的实验中，293K时用排水集气法收集氢气。

在水面上收集的气体体积为0.355L，压力为100.0kPa，求氢气的质量（该温度下，水的饱和蒸气压

=2.3kPa）。

1.10CHCl3在40℃时蒸气压为49.3kPa，于此温度和98.6kPa压力下，有4.00L空气缓缓通过CHCl3（即每个气泡都为CHCl3蒸气所饱和），求：

⑴空气和CHCl3混合气体的体积是多少？

⑵被空气带走的CHCl3质量是多少？

1.11100mL质量分数为30.0％的过氧化氢（H2O2）水溶液（密度1.11g·mL－1）在MnO2催化剂的作用下，完全分解变成O2和H2O。

问：

⑴在18.0℃，102kPa下用排水集气法收集氧气（未经干燥时）的体积是多少？

⑵干燥后，体积又是多少？

（在18.0℃，水的饱和蒸气压

=2.06kPa）。

1.12在15℃和100kPa压力下，将3.45gZn和过量酸作用，收集得1.20L氢气。

求Zn中杂质的质量分数（假定这些杂质和酸不起作用）。

1.13在20℃、99kPa时用排水集气法要收集1.5L氧气，至少要取多少gKClO3（用MnO2做催化剂）进行热分解（在20℃，水的饱和蒸气压

=2.3kPa）？

1.14现有K2HPO4溶液，体积为300mL，其中含有5.369gK2HPO4·3H2O，计算该溶液的物质的量浓度。

1.15取1滴含铅离子25µg的铅盐溶液（约为0.05mL），当稀释至一升时，问该溶液的浓度为多少（用µg·mL-1表示）？

1.16在20℃，I2在水中的溶解度为0.0285g/100gH2O，求这种饱和溶液中I2的摩尔分数。

1.17制备250g、质量分数为25.0％的硫酸溶液，需要用多少g浓硫酸（质量分数为98％）？

1.18计算在60.0mL相对密度1.065、质量分数为58.0％的醋酸溶液中所含醋酸的克数。

1.19现需1500g、质量分数为86%的酒精作溶剂。

实验室存有质量分数为70％的回收酒精和质量分数为95％的酒精，应各取多少进行配制？

1.20腐蚀印刷线路版常用质量分数为35％的FeCl3溶液，怎样用FeCl3·6H2O配制1.5kg这种溶液？

这种溶液中FeCl3的摩尔分数是多少？

1.21现拟制备一种质量分数为20％的氨水溶液，它的密度为0.925g·mL－1，问制备250L此溶液需要用多少体积的氨气（在标准状况下）？

1.22计算0.01135mol·L－1HCl溶液对CaO的滴定度。

第2章化学分析、测量误差与数据处理

2.1若将H2C2O4·2H2O基准物长期保存于保干器中，用来标定NaOH溶液的浓度时，结果是偏高还是偏低？

分析纯的NaCl试剂若不作任何处理就用来标定AgNO3溶液的浓度，结果会偏高还是偏低？

试解释之。

2.2称取纯金属锌0.3250g，溶于HCl后，稀释到250mL容量瓶中，计算Zn2+溶液的物质的量浓度。

2.3胃酸中盐酸的浓度近似为0.170mol·L－1。

计算中和50.0mL这种胃酸所需的下列抗酸剂的质量：

⑴NaHCO3；⑵Al（OH）3；⑶MgO。

2.4用0.4000mol·L－1HCl和2.600gNa2CO3完全反应，问需要此HCl溶液多少mL？

2.5将0.4238g的某一元酸样品溶解在水中，34.70mL0.1000mol·L－1NaOH溶液与此酸样品完全反应。

求此酸的摩尔质量。

2.6滴定0.1560g草酸的试样，用去0.1011mol·L－1NaOH22.60mL，求草酸试样中H2C2O4·2H2O的质量分数。

2.7分析不纯CaCO3（其中不含干扰物质）。

称取试样0.3500g，加入浓度为0.2000mol·L－1HCl溶液50.00mL，煮沸除去CO2，用浓度为0.2012mol·L－1的NaOH溶液返滴定过量的酸，消耗15.84mL，试计算试样中CaCO3的质量分数。

2.8下列情况分别引起什么误差？

如果是系统误差，应如何消除？

⑴砝码被腐蚀；

⑵天平两臂不等长；

⑶容量瓶和移液管不配套；

⑷天平称量时最后一位读数估计不准；

⑸以质量分数为0.99的邻苯二甲酸氢钾作基准物标定碱溶液。

2.9有一铜矿试样，经两次测定，得知铜的质量分数为0.2487、0.2493，而铜的实际质量分数为0.2505。

求分析结果的绝对误差和相对误差。

2.10测定某样品中氮的质量分数，六次平行测定的结果是0.2048，0.2055，0.2058，0.2060，0.2053，0.2050。

⑴计算这组数据的平均值、平均偏差、标准差和变异系数；

⑵若此样品是标准样品，其中氮的质量分数为0.2045，计算以上测定结果的绝对误差和相对误差。

2.11用某一方法测定矿样中锰含量的标准差S是0.0012，锰的质量分数的平均值为0.0956，设分析结果是根据四次、九次测得的，计算两种情况下的平均值的置信区间（95%置信度）。

2.12标定HCl溶液时，得下列数据：

0.1011，0.1010，0.1012，0.1016mol·L－1。

用Q检验法进行检验，第四个数据是否应该舍弃？

设置信度为90%。

2.13测定某一热交换器中水垢的P2O5和SiO2的质量分数如下（已校正系统误差）：

ω（P2O5）：

0.0844，0.0832，0.0845，0.0852，0.0869，0.0838

ω（SiO2）：

0.0150，0.0151，0.0168，0.0120，0.0163，0.0172

根据Q检验对可疑数据决定取舍，然后求出平均值、标准差和置信度为90%时平均值的置信区间。

2.14下列各数含有的有效数字是几位？

⑴0.0376；⑵1.2067；⑶0.2180；

⑷6.022×1023；⑸4.80×10-10；⑹998；

⑺1.000；⑻1.0×103；⑼pH=5.2时的[H+]。

2.15应用有效数字计算规则计算下列各式。

⑴

⑵

⑶124.165+8.2–1.4250

⑷pH=2.03，求[H+]

2.16有人用分光光度法测定某药物中主成分的含量，称取此药物0.0250g，最后计算其主成分的质量分数为0.9624，问此结果合理不合理？

应如何表示？

第3章化学反应的基本原理

3.1判断下列热力学过程中，哪个的ΔrUm最大：

（1）体系放出了50kJ热，并对环境做了30kJ功。

（2）体系吸收了50kJ热，环境对体系做了30kJ功。

（3）体系吸收了30kJ热，并对环境做了50kJ功。

（4）体系放出了30kJ热，环境对体系做了50kJ功。

3.2已知乙醇在100kPa大气压力下正常沸点温度（351K）时的蒸发热为39.2kJ·mo1-1。

试估算1mol液态C2H5OH在该蒸发过程中的体积功w和ΔU。

3.32.00mol理想气体在350K和152kPa条件下，经恒压冷却至体积为35。

0L此过程放出了1260J热量。

试计算：

（1）起始体积；

（2）终态温度；（3）体系作功；（4）热力学能变化；（5）焓变。

3.4根据书后附表中的ΔfHmθ数据，计算下列反应的ΔrHmθ。

由计算结果说明为什么金属钠着火时不能用水或CO2灭火剂来扑救。

（1）4Na（s）+O2（g）→2Na2O（s）

（2）2Na（s）+2H2O（l）→2NaOH（aq）+H2（g）

（3）2Na（s）+CO2（g）→Na2O（s）+CO（g）

3.5设反应物和生成物均处于标准状态，试通过计算说明298K时究竟是乙炔（C2H2）还是乙烯（C2H4）完全燃烧会放出更多热量？

（以kJ·mo1-1表示）

3.6已知298.15K时反应：

3H2（g）+N2（g）→2NH3（g）；ΔrHmθ

（1）=–92.22kJ·mo1-1

2H2（g）+O2（g）→2H2O（g）；ΔrHmθ

（2）=–483.636kJ·mo1-1

试计算下列反应的ΔrHmθ（3）：

4NH3（g）+3O2（g）→2N2（g）+6H2O（g）

3.7利用ΔfHmθ数据计算下列反应的ΔrHmθ。

（1）C2H4（g）+O3（g）→CH3CHO（g）+O2（g）

（2）O3（g）+NO（g）→NO2（g）+O2（g）

（3）CO2（g）+H2（g）→CO（g）+H2O（g）

（4）3NO2（g）+H2O（l）→2HNO3（l）+NO（g）

3.8试由下列数据计算N—H键能和H2N—NH2中N—N键能。

已知NH3（g）的ΔfHmθ＝－46kJ·mo1-1，H2N—NH2（g）的ΔfHmθ＝+95kJ·mo1-I，H—H的键能＝+436kJ·mo1-1，N≡N的键能＝+946kJ·mo1-1

3.9判断下列反应中，哪些是熵增加过程，并说明理由。

①I2（s）→I2（g）；

②H2O（l）→H2（g）+

O2（g）；

③2CO（g）十O2（g）→2CO2（g）；

3.10下列各热力学函数中，哪些数值是零?

①ΔfHmθ（O3，g，298K）；

②ΔfGmθ（I2，g，298K）；

③ΔfHmθ（Br2，s，298K）；

④Smθ（H2，g，298K）；

⑤ΔfGmθ（N2，g，298K）；

3.11已知反应：

SO2（g）+

O2（g）=SO3（g）

ΔfHmθ/kJ·mo1-1–296.8–395.7

Smθ/J·mo1-1·K-1248.2205.2256.8

通过计算说明在1000K时，SO3、SO2、O2的分压分别为0.1、0.025、0.025Mpa时，正反应是否自发进行？

3.12通过计算说明下列反应2CuO（s）→Cu2O（s）+

O2（g）

（1）在298.15K、标准状态下能否自发进行？

（2）在什么温度下，该反应在标准状态下能自发进行？

3.13工业上由CO和H2合成甲醇：

CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）ΔrHmθ298=–90.67kJ·mo1-1，ΔrSmθ298=–221.4J·mo1-1·K-1。

为了加速反应必须升高温度，但温度不宜过高。

通过计算说明此温度最高不得超过多少？

3.14利用标准热力学函数估算反应CO2（g）+H2（g）→CO（g）+H2O（g）在873K时的标准摩尔吉布斯函数变和标准平衡常数。

若此时系统中各组分气体的分压为

，计算此条件下反应的摩尔吉布斯函数变，并判断反应进行的方向。

3.15已知反应2NO（g）+Cl2（g）→2NOCl（g）为基元反应，求：

（1）写出该反应的速率方程。

（2）该反应的总级数是多少？

（3）其它条件不变，如果将容器的体积增加到原来的2倍，反应速率如何变化？

（4）如果容器体积不变而将NO的浓度增加到原来的3倍，反应速率又将怎样变化？

3.16已知反应2NOCl（g）→2NO（g）+Cl2（g），350K时，k1=9.3×10–6s–1；400K时，k2=6.9×10–4s–1。

计算该反应的活化能Ea以及450K下的反应速率常数k。

3.17某反应A→B，当A的浓度为0.40mol·L－1时，反应速率为0.020mo1·L－1·s－1。

分别求出①反应是一级反应；②反应是二级反应时的速率常数k。

3.18在没有催化剂存在时，H2O2的分解反应：

H2O2（l）→H2O（l）+

O2（g）的活化能为75kJ·mo1-1。

当有铁催化剂存在时，该反应的活化能就降低到54kJ·mo1-1。

计算在298K时此两种反应速率的比值。

3.19当T为298K时，反应：

2N2O（g）→2N2（g）+O2（g），ΔrHmθ=–164.1kJ·mo1-1，Ea=240kJ·mo1-1。

该反应被Cl2催化，催化反应的Ea=140kJ·mo1-1。

催化后反应速率提高了多少倍？

催化反应的逆反应活化能是多少？

3.20写出下列反应的标准平衡常数表达式：

①CH4（g）+H2O（g）

CO（g）+3H2（g）；

②Al2O3（s）+3H2（g）

2Al（s）+3H2O（g）；

③2MnO4—（aq）+5H2O2（aq）+6H+（aq）

2Mn2+（aq）+5O2（g）+8H2O

（1）

3.21在21.8℃时，反应：

NH4HS（s）

NH3（g）+H2S（g）的平衡常数Kθ=0.07。

求：

（1）平衡时该气体混合物的总压。

（2）在同样的实验中，NH3的最初分压为25.3kPa时，H2S的平衡分压为多少？

3.22根据吕·查德里原理，讨论下列反应：

2Cl2（g）+2H2O（g）

4HCl（g）+O2（g）ΔrHmθ＞0。

将C12，H2O（g），HCl，O2四种气体混合，反应达到平衡时，下列左面的操作条件改变对右面的平衡数值有何影响（操作条件中没有注明的，是指温度不变、体积不变）?

①增大容器体积nH2O，g⑥减小容器体积PCl2

②加O2nH2O,g⑦减小容器体积Kθ

③加O2nO2⑧升高温度Kθ

④加O2nHCl⑨加氮气nHCl

⑤减小容器体积nCl2,g⑩加催化剂nHCl

3.23某温度时8.0molSO2和4.0molO2在密闭容器中进行反应生成SO3气体，测得开始时和平衡时体系的总压力分别为300kPa和220kPa（假设体系温度不变）。

试利用上述实验数据求该温度时反应：

2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）的标准平衡常数和SO2的转化率。

3.24已知反应：

Ag2S（s）+H2（g）

2Ag（s）+H2S（g），在740K时的Kθ=0.36。

若在该温度下，在密闭容器中将1.0molAg2S还原为银，试计算最少需用H2的物质的量。

3.25在700K时，反应H2（g）+I2（g）

2HI（g）的Kθ=55.4，如果将2.00molH2和2.00molI2作用于4.00L的容器内，问该温度下达到平衡时，有多少HI生成？

3.26320K时反应：

2HI（g，80.5kPa）=H2（g，0.101kPa）+I2（g，0.101kPa）

已知ΔfHmθ/kJ·mol-126.5062.4

Smθ/J·mol-1·K-1206.6130.7260.7

计算该反应的平衡常数Kθ，△rGm，并说明320K时反应自发进行的方向。

3.27一容器中含有N2O4和NO2的混合物，其反应为N2O4（g）

2NO2（g），若使N2O4与NO2的摩尔比为10：

1，在一定温度、100kPa压力下发生上述反应，测得Kθ=0.315，求达平衡时各物质的分压及N2O4（g）的离解百分数。

3.282NO2（g）

2NO（g）+O2（g）在500℃的标准吉布斯自由能ΔrGmθ和平衡常数Kθ？

（设25℃~500℃范围内ΔrHmθ、ΔrSmθ保持不变。

已知

=33.2kJ·mol－1；

=91.3kJ·mol－1；

=240.1J·mol－1·K－1；

=210.8J·mol－1·K－1；

=205.2J·mol－1·K－1；

3.29在250℃时，反应PCl5（g）

PCl3（g）+Cl2（g）的标准平衡常数Kθ=1.78。

如果将一定量的PCl5注入一密闭容器中，在250℃、200kPa下，反应达到平衡，求PCl5的分解率是多少？

3.30反应PCl5（g）

PCl3（g）+Cl2（g）。

（1）523K时，将0.700molPCl5注入容积为2.00L的密闭容器中，平衡时有0.500molPCl5被分解了。

试计算该温度下的标准平衡常数Kθ和PCl5的分解百分率？

（2）若上述容器中反应已达到平衡后，再注入0.100molCl2，则PCl5的分解率与

（1）的分解率相比相差多少？

（3）如果开始时在注入0.700molPCl5的同时，就注入0.100molCl2，则平衡时PCl5的分解率又是多少？

比较

（2）（3）所得结果可以得出什么结论？

3.31反应

Cl2（g）+

F2（g）

ClF（g），在298K和398K下，测得其标准平衡常数分别为9.3×109和3.3×107。

（1）计算ΔrGmθ298K；

（2）若在298K~398K范围内，ΔrHmθ、ΔrSmθ保持基本不变，计算ΔrHmθ、ΔrSmθ。

第4章酸碱平衡

4.1指出下列各种酸的共轭碱：

H2O、H3PO4、HCO3-、NH4+

4.2指出下列各种碱的共轭酸：

H2O、HPO42-、C2O42-、HCO3-

4.3从下列物质中找出共轭酸碱对，并按酸性由强到弱的顺序排列：

H2PO4-、NH3、H2S、-COOH、PO43-、H2SO3、HS-、NH4+、HCOOH、HSO3-

4.4试计算0.20mol·L-1氨水在以下情况的解离度以及[OH-]：

（1）将溶液稀释一倍；

（2）加入NH4Cl，使NH4Cl浓度为0.10mol·L-1；（3）上述浓度氨水。

4.5已知H2C2O4的pKa1=1.23，pKa2=4.19。

在pH=1.00和4.00时，溶液中H2C2O4、HC2O4-、C2O42-三种形式的分布系数δ2、δ1和δ0各为多少？

4.6试计算：

⑴c（H2S）=0.10mol·L-1H2S溶液的S2-浓度和pH。

⑵0.30mol·L-1HCl溶液中通入H2S并达到饱和时的S2-浓度。

4.7写出下列物质在水溶液中的质子条件式：

⑴NH4Cl；⑵NH4Ac；⑶（NH4）2HPO4；⑷HCOOH；⑸Na2S；⑹Na2C2O4

4.8计算浓度为0.12mol·L-1的下列物质水溶液的pH（括号内为pKa）：

⑴苯酚（9.99）；⑵丙烯酸（4.25）；⑶氯化丁基铵（C4H9NH3Cl）（9.39）。

4.9计算下列溶液的pH：

⑴0.10mol·L-1KH2PO4；⑵0.05mol·L-1Na2HPO4。

4.10计算下列水溶液的pH：

⑴0.10mol·L-1乳酸和0.10mol·L-1乳酸钠（pKa=3.58）；

⑵0.010mol·L-1邻硝基酚和0.012mol·L-1邻硝基酚的钠盐（pKa=7.21）；

⑶0.12mol·L-1氯化三乙基铵和0.010mol·L-1三乙基胺（pKb=7.90）；

4.11100gNaAc·3H2O加入15mL6.0mol·L-1HAc，用水稀释至1.0L，此缓冲溶液的pH是多少？

4.12欲配制pH为5.0的缓冲溶液，请用计算说明在下列两种体系中选择哪一种较合适？

⑴HAc-NaAc；

⑵NH3·H2O-NH4Cl。

4.13欲配制500mLpH=10.0且[NH4+]=1.0mol·L-1的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液，需比重为0.904、含氨26.0％的浓氨水多少毫升？

固体NH4Cl多少克？

4.14用0.1000mol·L-1HNO3溶液滴定20.00mL0.1000mol·L-1NaOH溶液时，化学计量点时pH为多少？

此滴定中应选用何种指示剂？

4.15以0.5000mol·L-1HNO3溶液滴定0.5000mol·L-1NH3·H2O溶液。

试计算滴定分数为0.999及1.001时溶液的pH。

应选用何种指示剂？

4.16用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定0.1000mol·L-1HCOOH溶液时，

⑴用中性红为指示剂，滴定到pH=7.0为终点；

⑵用百里酚酞为指示剂，滴定到pH=10.0为终点；

分别计算它们的滴定误差，并指出用哪一种指示剂较为合适。

4.17有一三元酸，其pKa1=2.0，pKa2=6.0，pKa3=12.0。

用NaOH溶液滴定时，第一和第二化学计量点的pH分别为多少？

两个化学计量点附近有无pH突跃？

可选用什么指示剂？

能否直接滴定至酸的质子全部被作用？

4.18用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定0.1000mol·L-1草酸溶液时，有几个pH突跃？

在第二个化学计量点时pH为多少？

应选用什么指示剂？

4.19称取2.449面粉，经消化处理后加入过量的NaOH溶液，加热，蒸出的氨吸收在100.0mL0.01086mol·L-1HCl标准溶液中，过量的HCl用0.01228mol·L-1NaOH溶液回滴，用去15.30mL，计算面粉中粗蛋白质的质量分数（对面粉，粗蛋白质含量为氮含量乘以5.7）。

4.20吸取ρ=1.004g·mL-1的醋样10.0mL，置于锥形瓶中，加2滴酚酞指示剂，用0.1014mol·L-1NaOH滴定醋中的HAc，如需要44.86mL，则醋样中HAc的含量为多少？

4.21含有SO3的发烟硫酸试样1.400g，溶于水，用0.8060mol·L-1NaOH溶液滴定时消耗36.10mL。

求试样中SO3和H2SO4的含量（假设试样中不含其他杂质）。

4.22称取混合碱试样0.8766g，加酚酞指示剂，用0.2817mol·L-1HCl溶液滴定至终点，计耗去