大学化学第一章(化学工业)doc

第一章化学反应的基本原理1.某乙醇溶液的质量为196.07g，其中H2O为180g，求所含C2H5OH物质的量。解：由题意可知：n(C2H5OH)=m/M=(196.07-180)/46=0.35mol2.已知化学反应方程式：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)，求1t含95%碳酸钙的石灰石在完全分解时最多能得到氧化钙和二氧化碳各多少千克？解：由题意可知：m(CaO)=(56×1000×95%)/100=532kgm(CO2)=(44×1000×95%)/100=418kg3.已知铝氧化反应方程式：4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s)，试问：当反应过程中消耗掉2molAl时，该反应的反应进度为多少？分别用Al，O2，Al2O3进行计算。解：由题意可知：4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s)ξ(Al)=Δn(Al)/ν(Al)=(-2mol)/(-4)=0.5molξ(O2)=Δn(O2)/ν(O2)=(-1.5mol)/(-3)=0.5molξ(Al2O3)=Δn(Al2O3)/ν(Al2O3)=1mol/2=0.5mol4.水分解反应方程式：H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g)，反应进度ξ=3mol时,问消耗掉多少H2O，生成了多少O2？解：H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g),ξ=3molΔn(H2O)=ξ×ν(H2O)=(-1)×3mol=-3molΔn(O2)=ξ×ν(H2O)=(1/2)×3mol=1.5mol5.甲烷是天然气的主要成分，试利用标准生成焓的数据，计算甲烷完全燃烧时反应的标准焓变ΔrHmθ(298.15K)。1molCH4完全燃烧时能释放多少热能？解：由题意可知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔfHmθ/kJ·mol-1-74.850-393.50-241.82ΔrHmθ(298.15K)={ΔfHmθ(CO2)+2ΔfHmθ(H2O)-ΔfHmθ(CH4)-2ΔfHmθ(O2)}=-802.29kJ·mol-16.已知N2H4(l)和N2O4(g)在298.15K时的标准摩尔生成焓分别为50.63kJ·mol-1.和9.66kJ·mol-1。计算火箭燃料联氨和氧化剂四氧化二氮反应2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(l)的标准标准摩尔焓变。计算32g液态联氨完全氧化时所放出的热量。解：由题意可知：2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(l)ΔfHmθ/kJ·mol-150.639.660-285.83ΔrHmθ(298K)={4ΔfHmθ(H2O)+3ΔfHmθ(N2)-2ΔfHmθ(N2H4)-ΔfHmθ(N2O4)}=[4×(-285.83)+3×0-2×50.63-9.66]=-1254.24kJ·mol-1Q=1/2ΔrHmθ=1/2×(-1254.24)=-627.12kJ7.(1)S[He(l)]﹤S[He(l)](2)S[H2O(l)]﹤S[H2O2(l)](3)S(金刚石)﹤S(石墨)8.CaC2与H2O作用生成用于焊接的乙炔气，其反应为CaC2(s)+2H2O(l)=Ca(OH)2(s)+C2H2(g)，利用附录3的热力学数据计算该反应在298.15K时的标准摩尔焓变，标准摩尔熵变，该反应的自发性是否与温度有关？解：由题意可知CaC2(s)+2H2O(l)=Ca(OH)2(s)+C2H2(g)ΔfHmθ/kJ·mol-1-62.76-285.83-986.09266.73Smθ/J·mol-1·K-170.0969.9183.39200.83ΔrHmθ={ΔfHmθ(C2H2)+ΔfHmθ(Ca(OH)2)-2ΔfHmθ(H2O)-ΔfHmθ(CaC2)}=(-986.09+226.73)-[2×(-285.83)+(-62.76)]=-84.94kJ·mol-1ΔrSmθ={Smθ(C2H2)+SmθCa(OH)2)-2Smθ(H2O)-Smθ(CaC2)}=200.83+83.39-2×69.91-70.09=74.3J·mol-1·K-1由于ΔrHmθ0，ΔrSmθ0，且ΔrGmθ=ΔrHmθ-TΔrSmθ，所以该反应的自发性与温度无关。9.用两种方法计算反应Cu(s)+H2O(g)=CuO(s)+H2(g)在25℃的标准摩尔吉布斯函数变。如果p(H2O)︰p(H2)=2︰1，判断该反应能否自发进行。解：由题意可知：Cu(s)+H2O(g)=CuO(s)+H2(g)ΔfHmθ/kJ·mol-10-241.82-157.30Smθ/J·mol-1·K-133.15188.7242.63130.574ΔfGmθ/kJ·mol-10-228.59-129.70方法Ⅰ：ΔrGmθ={ΔfGmθ(CuO)+ΔfGmθ(H2)-ΔfGmθ(H2O)-ΔfGmθ(Cu)}=-129.7+0-(-228.59)-0=98.89kJ·mol-1方法Ⅱ：ΔrHmθ={ΔfHmθ(CuO)+ΔfHmθ(H2)-ΔfHmθ(H2O)-ΔfHmθ(Cu)}=84.52kJ·mol-1ΔrSmθ={Smθ(CuO)+Smθ(H2)-Smθ(H2O)-Smθ(Cu)}=-48.666J·mol-1·K-1ΔrGmθ=ΔrHmθ-TΔrSmθ=84.52-(-48.666)×298.15×10-3=99.03kJ·mol-1当p(H2O)：p(H2)=2：1时，ΔrGm=ΔrGmθ+RT㏑Qp′=98.89+8.314×298.15lnp(H2)/p(H2O)=97.17kJ·mol-110.近似计算下列反应在1800K时的ΔrGmθ，即TiO2(金红石，s)+C(石墨)=Ti(s)+CO2(g)当反应处在p(CO2)=80kPa的气氛中时，能否自发进行？解：(1)由题意可知：TiO2(金红石，s)+C(石墨)=Ti(s)+CO2(g)ΔfHmθ/kJ·mol-1-994.700-393.50Smθ/J·mol-1·K-150.335.74030.66213.64ΔrHmθ(298.15K)={ΔfHmθ(CO2)+ΔfHmθ(Ti)-ΔfHmθ(TiO2)-ΔfHmθ(C)}=551.20kJ·mol-1ΔrSmθ(298.15K)={Smθ(CO2)+Smθ(Ti)-Smθ(TiO2)-Smθ(C)}=188.2J·mol-1·K-1ΔrGmθ(1800K)=ΔrHmθ(298.15K)-TΔrSmθ(298.15K)=212.44kJ·mol-1(2)ΔrGm=ΔrGmθ(1800K)+RT㏑Qp′=209.10kJ·mol-1所以，反应不能自发进行。12.利用热力学数据，计算下列反应在298.15K时的Kθ值。(1)CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)；(2)2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)解：(1)由题意可知：CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)ΔfGmθ/kJ·mol-1-50.6-228.59-394.360ΔrGmθ={ΔfGmθ(CO2)+4ΔfGmθ(H2)-2ΔfGmθ(H2O)-ΔfGmθ(CH4)}=-393.46-(-50.6)-2×(-228.59)=113.42kJ·mol-1∵ΔrGmθ=-RTlnKθ∴Kθ=1.3×10-20(2)由题意可知：SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g)ΔfGmθ/kJ·mol-1-856.6700-137.15ΔrGmθ={2ΔfGmθ(CO)+ΔfGmθ(Si)-2ΔfGmθ(C)-ΔfGmθ(SiO2)}=-582.37kJ·mol-1∵ΔrGmθ=-RTlnKθ∴Kθ=e234.9413.已知反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)在500K时的Kθ=8.90×1027，p(N2)=8.0kPa，p(O2)=2.0kPa，p(NO)=1.0kPa。通过计算说明反应的自发进行的方向如何？解：由题意可知，0625.0]100/0.2[]100/0.8[]100/1[]/)(][/)([][p(NO)/pQp'2222pOppNpKθ=8.90×1027所以，反应向正反应方向进行。14.已知973K时下列反应的标准平衡常数Kθ：(1)SO2(g)+O2(g)=SO3(g)201K；(2)NO2(g)=NO(g)+O2(g)012.02K；求反应SO2(g)+NO2(g)=SO3(g)+NO(g)的Kθ。解：由题意可知，24.0012.02021KKK15.反应CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)在973K，1073K，1173K，1273K时的平衡常数分别为0.618，0.905，1.29，1.66，试问此反应是吸热反应还是放热反应？解：ln(K2/K1)=(ΔH/R)[(T2-T1)/T2·T1]ln(0.905/0.618)=(ΔH/8.314)[(1073-993)/(1073×993)ΔH=33.1kJ·mol-1﹥0，所以是吸热反应。16.某温度时8.0molSO2和4.0molO2在密闭容器中进行反应生成SO3气体，测得起始时和平衡时(温度不变)系统的总压力分别为300kPa和220kPa，试求该温度时反应2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)的平衡常数和的转化率。解：方法Ⅰ：设平衡时的分压为x，则2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)起始时300×(8/12)=200100平衡时200-x100-x/2x200-x+100-x/2+x=220x=160kPa所以，Kθ=(160/100)/[(20/100)(40/100)2]=80α=(160/200)×100%=80%方法Ⅱ：设反应中消耗的O2的物质的量为xmol，则2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)起始时8.04.00平衡时8.0-2x4.0-x2x由道尔顿分压定律知，300/8.0+4.0=220/8.0-2x+4.0-x+2xx=3.2molp(SO2)=40kPa，p(O2)=20kPa，p(SO3)=160kPa所以，α=(2x/8.0)×100%=80%Kθ=8017.已知下列反应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Ag，试计算最少需要H2的物质的量。解：设需H2的物质的量为xmolAg2S(s)+H2(g)=2Ag(s)+H2S(g)平衡时x-1.01.0Kθ={[（1/x）P]/100}/{[(x-1)/x]p}/100=0.36x=3.78mol18.根据实验，下列反应为元反应2NO(g)+Cl2(g)=2NOCl(g)(1)写出反应速率方程式。(2)反应的总级数是多少？(3)其他条件不变，如果将容器的体积增加到原来的1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，反应速率将怎样变化？解：2NO(g)+Cl2(g)=2NOCl(g)(1)v=k[c(NO)]2c(Cl2)(2)3(3)1/8(4)9-1=8提高8倍19．根据实验结果，在高温时焦炭中碳与二氧化碳的反应为C(s)+CO2(g)=2CO(g)其活化能为167.36kJ·mol-1。计算温度由900K升高到1000K时，反应的速率增大多少倍？解：由题意可知，ln(v2/v1)=ln(k2/k1)=(Ea/R)[(T2-T1)/T2·T1]=(167360/8.314)[(1000-900)/1000×900]=2.24v2/v1=9.3620.是非题—+—+—21.选择题(1)D(2)BC(3)AD(4)B