普通化学赵士铎第三版习题答案.docx
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普通化学赵士铎第三版习题答案
普通化学
(第三版)习题答案
中国农业大学
无机及分析化学教研组编
第一章分散系
(1)溶液的凝固点下降
(2)土壤溶液浓度过大,渗透压大于植物根细胞液的渗透压
(3)溶液的凝固点下降
1.2沸点不断上升,至溶液达到饱和后,沸点恒定;
蒸气凝结温度恒定,等于溶剂的沸点。
凝固点自高至低顺序:
葡萄糖溶液、醋酸溶液、氯化钾溶液
b=molkg-1
Tb=Kbb=kgmol-1molkg-1=
Tb==100.61℃
Tf=Kfb=kgmol-1molkg-1=
Tf==-
=cRT=
化合物中C、H、O原子数比为21:
30:
2
故该化合物的化学式为C21H30O2
第二章化学热力学基础
(1)错误;
(2)正确;(3)错误;(4)错误;(5)正确;(6)正确;(7)错误;(8)错误
(1/4)[反应式
(1)-反应式
(2)]得:
(1/2)N2(g)+(1/2)O2(g)=NO(g)
fHm(NO,g)=(1/4){rHm
(1)-rHm
(2)}
=(1/4)[-1107kJmol-1-(-1150kJmol-1)]
=90kJmol-1
(1/4)[反应式(3)-反应式(4)+3反应式
(2)-反应式
(1)]得:
N2(g)+2H2(g)=N2H4(l)(5)
fHm(N2H4,,g)=(1/4){rHm(3)-rHm(4)+3rHm
(2)-rHm
(1)}=
(1/4){-143kJmol-1-(-286kJmol-1+3(-317kJmol-1)-(-1010kJmol-1))=
kJmol-1
2反应式(4)-反应式(5)得:
N2H4(l)+)O2(g)=N2(g)+2H2O(l)
rHm=2rHm(4)-rHm(5)=2(-286kJmol-1)-mol-1=kJmol-1
rHm=2fHm(CO2,g)+3fHm(H2O,l)+(-1)fHm(CH3OCH3,l)+(-3)fHm(O2,g)
fHm(CH3OCH3,l)=2fHm(CO2,g)+3fHm(H2O,l)-rHm=-183kJmol-1
C(s)+O2(g)rHm
(1)CO2(g)
rHm
(2)rHm(3)
CO(g)+(1/2)O2(g)
由题意知,rHm
(1)<0,rHm
(2)<0,rHm(3)<0
rHm
(1)=rHm
(2)+rHm(3)
rHm
(1)-rHm(3)=rHm
(2)<0
即:
以碳直接作燃料时放热较多
2.6C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)
rHm=fHm(CO,g)+(-1)fHm(H2O,g)=
kJmol-1-(-)kJmol-1=kJmol-1
C(s)+O2(g)+H2O(g)rHm
(1)CO2(g)+H2O(g)
rHm
(2)rHm(3)
CO(g)+H2(g)+O2(g)
rHm
(1)=rHm
(2)+rHm(3)rHm
(1)-rHm(3)=rHm
(2)>0
由题意知,rHm
(1)<0,rHm(3)<0故:
以水煤气作燃料时放热较多
均为熵增过程。
标准状态下:
rHm
rSm
<0
<0
低温自发
<0
>0
任意温度均自发
>0
>0
高温自发
>0
<0
任意温度均不可能自发
(2)(反应为气体物质的量增加的过程,rSm>0)
不可以。
因为物质的Sm,不是指由参考状态的元素生成该物质(B=+1)反应的标准摩尔熵。
H:
-40kJ-40kJ
G:
-38kJ-38kJ
S:
K-1JK-1
Sn(白锡)=Sn(灰锡)
rHm(298K)=fHm(灰锡)+(-1)fHm(白锡)=mol-1<0
rSm(298K)=Sm(灰锡)-Sm(白锡)=mol-1K-1<0
反应在标准状态,低温自发。
在转变温度,rGm(T)=0
rGm(T)rHm(298K)-TrSm(298K)
T[rHm(298K)/rSm(298K)]283K
2Fe2O3(S)+3C(S)=4Fe(S)+3CO2(g)
rHm(298K)=3fHm(CO2,g)+(-2)fHm(Fe2O3,s)=mol-1
rSm(298K)=4Sm(Fe,s)+3Sm(CO2,g)+(-2)Sm(Fe2O3,s)+
(-3)Sm(C,s)=mol-1K-1
反应在标准状态下自发进行:
rGm(T)rHm(298K)-TrSm(298K)
T>[rHm(298K)/rSm(298K)],即T>839K
故以木炭为燃料时,因最高温度低于839K,反应不可能自发。
2CuO(s)+C(s)=2Cu(s)+CO2(g)
rHm(298K)=kJmol-1>0
rSm(298K)=189Jmol-1K-1>0
反应在标准状态,任意温度均自发
(略)
2AsH3(g)=2As(s)+3H2(g)
rHm(298K)=mol-1<0
rSm(298K)=mol-1K-1<0
标准状态,任意温度下AsH3的分解反应均自发。
加热的目的是加快反应速率。
第三章化学平衡原理
(1)正确,
(2)错误,(3)错误。
K=40
4×(3)-2×
(1)-2×
(2)得所求反应式
故:
ΔrGm=4ΔrGm(3)-2ΔrGm
(1)-2ΔrGm
(2)
pV=nRT
故对于反应H2(g)+I2(g)=2HI(g)
(1)O2(g)=O2(aq)
P(O2)=时:
故:
c(O2,aq)=×10-4mol·L-1
(2)K=×10-3=×104
Q=4逆向自发Q=逆向自发
3.8Ag2CO3(s)=Ag2O(s)+CO2(g)
ΔrGm(383K)=·mol-1
lnK(383K)=-ΔrGm(383K)/RT=
K(383K)=×10-3
K=p(CO2)/p
为防止反应正向自发,应保证Q>K
故:
p(CO2)>×10-1kPa
CCl4(g)CCl4(l)
ΔfHm/kJ·mol-1
Sm/J·K-1·mol-1
CCl4(g)=CCl4(l)
ΔrHm=·mol-1
ΔrSm=kJ·mol-1·K-1
所以CCl4的正常沸点为T1=348K
根据克拉贝龙——克劳休斯方程计算,可得在20kPa时,其沸点为304K。
第四章化学反应速率
不能
4.2A的物理意义为PZ0,f的物理意义为相对平均动能超过Ec的A、B分子间的碰撞频率与A、B分子间碰撞频率的比值。
Z0基本不变,P不变,f大,k大,v大。
直线
略
解:
解:
解:
第五章原子结构
原子发射光谱,电子衍射
确定,动量,不确定,轨道
(2),(4)正确
波函数,电子的几率密度
(1)
n
l
m
ms
1
2
0
0
+1/2
2
2
0
0
-1/2
3
2
1
0
+1/2
4
2
1
+1
+1/2
5
2
1
-1
+1/2
(3)
He+E(3s)=E(3p)=E(3d)KE(3s)MnE(3s)(略)
4s,3d,4p
能级组,外层电子结构,主族元素基态原子内层轨道,或全满,或全空(稳定构型)
一,二,三主族元素,镧系元素,第六周期镧后元素
He>H,Ba>Sr,Ca>Sc,Cu>Ni,La>Y,Zr>Ti,Zr>Hf
(3),
(2)
Mg失去2个最外层s电子后成稳定的电子构型,故I3明显大于I2,常见氧化数为+2;Al失去3个最外层电子后成稳定的电子构型,故I4明显大于I3,常见氧化数为+3。
Mg元素第一、第二电离能之和小于Al元素第一、第二、第三电离能之和,所以气态Mg原子的金属性强于Al。
第六章化学键与分子结构
(1)错,
(2)错,(3)错,(4)错,(5)对,(6)错
离子,BeO>MgO>CaO>SrO>BaO,
BaCO3>SrCO3>CaCO3>MgCO3>BeCO3
Fe2+:
[Ar]3d6,9~17,
Fe3+:
[Ar]3d5,9~17,
Pb2+:
[Xe]5d106s218+2,
Sn4+:
[Kr]4d10,18,
Al3+:
[He]2s22p6,8,
S2-:
[Ne]3s23p6,8,
Hg2+:
[Xe]5d10,18.
OF2:
非等性sp3杂化,V型,极性;
NF3:
非等性sp3杂化,三角锥,极性;
BH3:
等性sp2杂化,正三角型,非极性;
SiCl4:
等性sp3杂化,正四面体,非极性;
NH3:
非等性sp3杂化,三角锥,极性;
HCN:
等性sp杂化,直线型,极性;
PCl3:
非等性sp3杂化,三角锥,极性;
PCl5:
sp3d杂化,三角双锥,非极性;
CS2:
sp杂化,直线型,非极性;
SnCl2:
非等性sp3杂化,V型,极性。
6.5C2H6:
sp3;C2H4:
sp2;
CH3CCH:
sp3spsp;
CH3CH2OH:
sp3;H2CO:
sp2;COCl2:
sp2.
正丁烷:
否;
1,3-丁二烯:
否;
2-丁炔:
是
HFHClHBrHI;HFHClHBrHI;HIHBrHClHF;HFHIHBrHCl
(1)~c;
(2)~d;(3)~a;(4)~b
(1)Fe3+电荷高、半径小,极化力大于Fe2+;
(2)Zn2+18电子构型,极化力、变形性大于Ca2+;
(3)Cd2+18电子够型,极化力、变形性大于Mn2+。
ClO-,ClO2-,ClO3-,ClO4-。
HClO酸性强于HBrO。
成酸元素原子电负性大,含氧酸酸性强。
第七章酸碱反应
1(略)
2H3O+,OH-
3
(2)
4
(2)
5H++OH-=H2O,1/Kw
H++B=HB(略去电荷),Kb/Kw
HB+OH-=B-+H2O,Ka/Kw
HA+B=A+HB(略去电荷)KaKb/Kw
6
(1)K(正)=×105>K(逆),易于正向反应
(2)K(正)=2×10-11(3)K(正)=×102>K(逆),易于正向反应
(4)K(正)=×10-87×10-5,×10-13,小于
C6H5NH2+H+=C6H5NH3+
c(C6H5NH3+)=·L-1
Ka(C6H5NH3+)=Kw/Kb(C6H5NH2)=×10-5
应用最简式计算溶液酸度:
c(H+)=×10-4mol/LpH=
Kb1/Kb2>
所以可忽略第二步离解,按最简式计算:
c(C10H14N2)=·L-1-×10-4mol·L-1=mol·L-1
c(C10H14N2H+)=c(OH-)=×10-4mol·L-1
c(C10H14N2H22+)=cKb2=×10-11mol·L-1
Kb1(S2-)=Kw/Ka2(H2S)=
Kb2(S2-)=Kw/Ka1(H2S)=×10-8
经判断,可忽略第二步离解,依近似式计算
S2-+H2O=HS-+OH-
Ceq/mol·L-1xx
x=
即:
c(OH-)=mol·L-1
pH=
c(S2-)=mol·L-1-mol·L-1=mol·L-1
c(HS-)=c(OH-)=mol·L-1
c(H2S)=cKb2=×10-8mol·L-1
pH=
故:
c(S2-)=×10-20mol·L-1
pOH=
c(NH4+)=L/=L
M{(NH4)2SO4}=0.5c(NH4+)V(NH4+)M{(NH4)2SO4}=11.9g
因系统中含有2缓冲对,且酸与碱的浓度比均在缓冲范围内,所以此溶液具有酸碱缓冲能力。
若两级酸常数相差较大,则酸碱浓度比将超出缓冲范围,失去缓冲性质。
甘氨酸:
不移动;谷氨酸:
向正极运动;赖氨酸:
向负极运动
第八章沉淀—溶解反应
Ksp(AgBr)={c(Ag+)/c}{c(Br-)/c}
Ksp(Ag2S)={c(Ag+)/c}2{c(S2-)/c}
Ksp{Ca3(PO4)2}={c(Ca2+)/c}3{c(PO43-)/c}
Ksp(MgNH4AsO4)={c(Ca2+)/c}{c(NH4+)/c}{c(AsO43-)/c}
(1)
(2)
(3)
PbCO3计算结果偏低
因氢氧化铁在水中溶解度极小,溶液pH约等于
(2)
CaF2=Ca2++2F-
F-+H+=HF
根据:
2c(Ca2+)=c(HF)+c(F-)=2s,得:
c(F-)=2s/
Ksp(CaF2)=(s/c)(2s/1.028c)2S=×10-4mol/L
CaF2、CaCO3和MnS,KClO4
此系统为多重平衡系统,所以:
8.9c(NH3)=L
故有氢氧化镁沉淀生成。
为防止沉淀生成,c(OH-)/c的最大值为:
故不被沉淀的离子M2+的硫化物的溶度积最小为:
Ksp={c(M2+)/c}{c(S2-)/c}=××10-21=1×10-23,所以,Mn2+,Ni2+不被沉淀。
离子被完全定性沉淀时,c(M2+)≤10-5mol/L,g故可被沉淀完全的硫化物溶度积的最大值为:
Ksp=10-5×1×10-21=10-26
所以可被沉淀完全的离子为:
Pb2+,Cd2+,Hg2+,Cu2+。
欲使Fe(OH)3沉淀完全:
欲使Fe(OH)2不发生沉淀:
所以应控制pH约在~范围。
(略)
CuCO3(计算得CuCO3的溶解度为×10-5mol/L,即CuCO3饱和水溶液的体积浓度为L)
8.14c(CO32-)/c=Ka2(H2CO3)=×10-11
{c(Ca)/c}{c(CO32-)/c}=×10-12所以无沉淀生成,不能用硝酸钙溶液代替氢氧化钙溶液来检验CO2。
原因是溶液碱度较低,CO32-不是CO2的主要存在形体,即其浓度过低。
(有关数据:
Ksp(CaCO3)=×10-9,Ksp(ZnCO3)=×10-10,
Ksp(MgCO3)=×10-6,Ksp(NiCO3)=×10-7,Ksp{Ca(OH)2}=×10-6,Ksp{Zn(OH)2}=×10-7,Ksp{Mg(OH)2}=×10-12,
Ksp{Ni(OH)2}=×10-16,Ksp{Fe(OH)3}=×10-39)
在c(CO32-)=L的碳酸钠水溶液中:
对于两价离子M2+的氢氧化物:
Q={c(M2+)/c}{c(OH-)/c}2=×10-6
对于两价离子的碳酸盐:
Q={c(M2+)/c}{c(CO32-)/c}=10-2
所以生成的沉淀是:
CaCO3,Mg2(OH)2CO3,Zn2(OH)2CO3,Ni2(OH)2CO3
对于三价离子Fe3+:
Q={c(Fe3+)/c}{c(OH-)/c}3=×10-9>Ksp{Fe(OH)3}
所以生成Fe(OH)3
16(4)
17溶度积,离子浓度,沉淀类型。
Ksp(CaSO4)=×10-5Ksp(CaSO4)=(s/c)2
得:
s=×10-3mol/L
s=c(SO42-)M(SO42-)=×10-3mol/L××104mg/mol
=806mg/L
所以不可饮用。
第九章氧化还原反应
9.3还原,氧化
9.4不变,不变,变为{K}n
9.5
(1)
9.6
(2)
9.7(4)
9.8(3)
9.9
(1)2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+
(2)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
(3)2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2+8H2O
(4)H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O
(5)PbO2+2Cl-+4H2O=Pb2++Cl2+2H2O
(6)Hg2Cl2+Sn2+=2Hg+Sn4++2Cl-
(7)2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2+4H+
9.10
(1)
Zn|Zn2+L)||Ni2+L)|Ni
(2)Cl-L)|Cl2(100kPa)||Fe3+L),Fe2+L)
ε=–=
(3)Cl-L)|Cl2(100kPa)||Cr2O42-L),H+(10mol/L),Cr3+L)
(结果说明,在强酸性介质中,重铬酸根亦可以氧化氯离子)
(1)
ΔrGm=-2F{-}=×103J/mol
ΔrGm=-2F{-}=×103J/mol
K=
因为:
(Sn2+/Sn)<(Pb2+/Pb)
或因:
ΔrGm>0
或因:
Q=10>K
所以反应逆向自发进行。
(2)
(NO3-/NO)=
(Fe3+/Fe2+)=
ΔrGm=-3F{(NO3-/NO)-(Fe3+/Fe2+)}=
-3×96500C/mol×{}=×104J/mol
ΔrGm=-3F{(NO3-/NO)-(Fe3+/Fe2+)}=-3×96500C/mol×{}=×104J/mol
因为:
(NO3-/NO)<(Fe3+/Fe2+)
或因:
ΔrGm>0
或因:
Q=×1012>K
所以反应逆向自发进行
结果说明,定性分析中利用棕色环法检验NO3-,若在pH约等于3的醋酸介质中,反应不能进行。
该反应应在浓硫酸介质中进行。
(3)
(HNO2/NO)=
(Fe3+/Fe2+)=
ΔrGm=-F{(HNO2/NO)-(Fe3+/Fe2+)}=-96500C/mol×{}=×104J/mol
ΔrGm=-F{(HNO2/NO)-(Fe3+/Fe2+)}=-96500C/mol×{}=×103J/mol
因为:
(HNO2/NO)>(Fe3+/Fe2+)
或因:
ΔrGm<0
或因:
Q=×103所以反应正向自发进行。
结果说明,可在pH约等于3的醋酸介质中利用棕色环反应定性检验亚硝酸根。
Pb2++2e-=Pb
PbSO4=Pb2++SO42-
所以:
所以不能利用反应Cu2++Br-制备CuBr。
同理可证,不能利用Cu2++Cl-制备CuCl。
所以可利用反应CuCl2+Cu=2CuCl制备CuCl。
答案:
若
(1)为正极,c(H+)=L
若
(2)为正极,c(H+)=L
(所求实际为c(H+)=10-14mol/L时,O2/H2O电极的电极电势)
(Hg2Cl2/Hg)=
所以:
(H+/H2)=(Hg2Cl2/Hg)-ε=-=
若亚汞离子为Hg+,则电极反应为:
Hg++e-=Hg
根据此电极反应,可写出二电极的Nernst方程并可计算电池电动势:
计算结果与实验数据不符。
若亚汞离子为Hg22+,则电极反应为:
Hg22++2e-=2Hg
根据此电极反应,可写出二电极的Nernst方程并可计算电池电动势:
计算结果与实验数据相符,故可知亚汞离子为Hg22+。
Hg22+=Hg2++Hg
根据标准电极电势图:
(PbO2/Pb2+)=
(O2/H2O2)=
(H2O2/H2O)=
下列反应可自发进行:
(1)PbO2+H2O2+2H+=Pb2++O2+2H2O
(2)Pb2++H2O2=PbO2+2H+
(1)+
(2):
2H2O2=2H2O+O2
故PbO2(MnO2等)可催化过氧化氢歧化分解。
(1)KClO3+6HCl=3Cl2+KCl+3H2O
(2)3I2+6KOH=KIO3+5KI+3H2O
(3)2H2S+SO2=3S+2H2O
(4)Bi(OH)3+Cl2+3NaOH=NaBiO3+2NaCl+3H2O
(5)Sn+4HNO3=SnO2+4NO2+2H2O
(6)Pb+4HNO3=Pb(NO3)2+2NO2+2H2O
(7)MnSO4+O2+4NaOH=Na2MnO4+Na2SO4+2H2O
(8)2Pb2++Cr2O72-+H2O=2PbCrO4+2H+
(9)2Cr(OH)4-+3HO2-=2CrO42-+5H2O+OH-
(10)2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2+4H+
(11)Hg(NO3)2=Hg+2NO2+O2
(12)2Cu(NO3)2=2CuO+4NO2+O2
(13)2KNO3=2KNO2+O2
(14)Cr2O72-+3H2O2+8H+=2Cr3++3O2+7H2O
(15)Cr2O72-+4H2