大学基础化学课后习题解答(1)

大学基础化学课后习题解答第一章溶液和胶体溶液第二章化学热力学基础2-1什么是状态函数？它有什么重要特点？2-2什么叫热力学能、焓、熵和自由能？符号H、S、G、∆H、∆S、∆G、θfmH、θcmH、θfmG、θrmH、θmS、θrmS、θrmG各代表什么意义？2-3什么是自由能判据？其应用条件是什么？2-4判断下列说法是否正确，并说明理由。（1）指定单质的θfmG、θfmH、θmS皆为零。（2）298.15K时，反应O2(g)+S(g)=SO2(g)的θrmG、θrmH、θrmS分别等于SO2(g)的θfmG、θfmH、θmS。（3）θrmG＜0的反应必能自发进行。2-5298.15K和标准状态下，HgO在开口容器中加热分解，若吸热22.7kJ可形成Hg（l）50.10g，求该反应的θrmH。若在密闭的容器中反应，生成同样量的Hg（l）需吸热多少？解：HgO=Hg(l)+1/2O2(g)θrmH=22.7×200.6/50.1=90.89kJ·mol-1Qv=Qp-nRT=89.65kJ·mol-12-6随温度升高，反应（1）：2M(s)+O2(g)=2MO(s)和反应（2）：2C(s)+O2(g)=2CO(g)的摩尔吉布斯自由能升高的为(1)，降低的为(2)，因此，金属氧化物MO被硫还原反应2MO(s)+C(s)＝M(s)+CO(g)在高温条件下正向自发。2-7热力学第一定律说明热力学能变化与热和功的关系。此关系只适用于：A.理想气体；B.封闭系统；C.孤立系统；D.敞开系统2-8纯液体在其正常沸点时气化，该过程中增大的量是：A.蒸气压；B.汽化热；C.熵；D.吉布斯自由能2-9在298K时，反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)，θrmH＜0则标准状态下该反应A.任何温度下均自发进行；B.任何温度下均不能自发进行；C.高温自发；D.低温自发2-10298K，标准状态下，1.00g金属镁在定压条件下完全燃烧生成MgO(s),放热24.7kJ。则θfmH（MgO，298K）等于600.21kJ·mol-1。已知M(Mg)=24.3g﹒mol-1。2-11已知298.15K和标准状态下(1)Cu2O(s)+1/2O2(g)2CuO(s)mrH=-146.02kJ·mol-1(2)CuO(s)+Cu(s)Cu2O(s)mrH=-11.30kJ·mol-1求(3)CuO(s)Cu(s)+1/2O2(g)的mrH解：θrmH=-[(1)+(2)]=157.32kJ·mol-12-12已知298.15K和标准状态下（1）Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)θrmH=-24.77kJ·mol-1(2)3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)θrmH=-52.19kJ·mol-1(3)Fe3O4(s)+CO(g)=FeO(s)+CO2(g)θrmH=-39.01kJ·mol-1求（4）Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g)的θrmH。解：θrmH=[(3)×2+(2)-(1)×3]÷6=-9.32kJ·mol-12-13甘氨酸二肽的氧化反应为C4H8N2O3(s)+3O2(g)=H2NCONH2(s)+3CO2(g)+2H2O(l)已知θfmH（H2NCONH2,s）=-333.17kJ·mol-1,θfmH（C4H8N2O3,s）=-745.25kJ·mol-1。计算：（1）298.15K时，甘氨酸二肽氧化反应的标准摩尔焓变θrmH=-1340.15kJ·mol-1。（2）298.15K和标准状态下，1g固体甘氨酸二肽氧化时放热多少？10.15kJ·g-12-14由θfmH的数据计算下列反应在298.15K和标准状态下的θrmH。（1）4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)θrmH=-1169.78kJ·mol-1(2)8Al(s)+3Fe3O4(s)=4Al2O3(s)+9Fe(s)θrmH=-6327.86kJ·mol-1(3)CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)θrmH=2.88kJ·mol-12-15液态乙醇的燃烧反应：C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)利用附录提供的数据，计算298K和标准状态时，92g液态乙醇完全燃烧放出的热量。解：θrmH=-393.51×2-285.85×3-(-276.98)=-1367.59kJ·mol-1-2735.18kJ·mol-12-16由葡萄糖的θcmH和水及二氧化碳的θfmH数据，求298K和标准状态下葡萄糖的θfmH。解：θrmH=-393.51×6+(-285.85)×6-(-2815.8)=-1260.36kJ·mol-12-17已知298K时，下列反应BaCO3(s)=BaO(s)+CO2(g)θfmH(kJ·mol-1)-1216.29-548.10-393.51θrmH=274.68θmS(J·mol-1·K-1)112.1372.09213.64θmS=173.60求298.15K时该反应的θrmH，θrmS和θrmG，以及该反应可自发进行的最低温度。解：θrmG=222.95kJ·mol-1T≥274680/173.6=1582K2-18将空气中的单质氮变成各种含氮化合物的反应叫固氮反应。利用附录提供的θfmG数据计算下列三种固氮反应的θrmG，从热力学角度判断选择哪个反应最好？（1）N2(g)+O2(g)=2NO(g)θrmG=173.38kJ·mol-1(2)2N2(g)+O2(g)=2N2O(g)θrmG=207.32kJ·mol-1(3)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)θrmG=-32.24kJ·mol-12-19已知298.15K时和标准状态下，θmS(S,单斜)=32.6J·mol-1·K-1，θmS(S,正交)=31.8J·mol-1·K-1。S(S,单斜)+O2(g)=SO2(g)θrmH=-297.2kJ·mol-1S(S,正交)+O2(g)=SO2(g)θrmH=-296.9kJ·mol-1计算说明在标准状态下，温度分别为25℃和95℃时两种晶型硫的稳定性。解：S(s,单斜)=S(s,正交)θrmH=-0.3kJ·mol-1θmS=-0.8J·mol-1·K-125℃时θrmG=-0.3-298.15×(-0.8)/1000=-0.06kJ·mol-1正交硫稳定。95℃时θrmG=-0.3-368.15×(-0.8)/1000=-0.0kJ·mol-12-20已知2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)θfmG/kJ﹒mol-186.5751.30计算298K时，上述反应的θrmG，并说明NO2气体的稳定性。解：θrmG=（51.30-86.57）×2=-70.54kJ·mol-1第三章化学反应速率和化学平衡3-1什么是反应的速率常数？它的大小与浓度、温度、催化剂等因素有什么关系？3-2什么是活化能？3-3在1073K时，测得反应2NO（g）+2H2（g）=N2（g）+2H2O（g）的反应物的初始浓度和N2的生成速率如下表：（1）写出该反应的速率方程并指出反应级数；（2）计算该反应在1073K时的速率常数（3）当c(NO)=4.00×10-3mol·L-1，c(H2)=4.00×10-3mol·L-1时，计算该反应在1073K时的反应速率。解：（1）22(NO)(H)vkcc(2）k=8.4×104mol-2·L2·s-1(3)v=8×104×(4.00×10-3)2×4.00×10-3=5.12×10-3mol·L-1·s-13-4已知反应N2O5(g)===N2O4(g)+1/2O2(g)在298K时的速率常数为3.46×105s-1，在338K时的速率常数为4.87×107s-1，求该反应的活化能和反应在318K时的速率常数。解：72125112()(338.15298.15)4.8710lnln4.953.46108.314338.15298.15aaETTEkkRTTEa=103.57kJ·mol-1K=4.8×106s-13-5反应A+B==C，若A的浓度为原来的2倍，反应速率也为原来的2倍；若B的浓度为原来的2倍，反应速率为原来的4倍。写出该反应的速率方程。解：v=kc(A)c2(B)3-6在791K时，反应CH3CHO===CH4+CO的活化能为190kJ·mol-1，加入I2作催化剂约使反应速率增大4×103倍，计算反应有I2存在时的活化能。解：122211lnln8.294aaEEvkvkRTEa2=135kJ·mol-13-7写出下列反应的标准平衡常数表示式(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(2)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)(3)CaCO3(s)Ca(s)+CO2(g)(4)NO(g)+12O2(g)NO2(g)(5)2MnO4-(aq)+5H2O2(aq)+6H+(aq)2Mn2+(aq)+5O2(g)+8H2O(1)解：(1)θ2θ3θθ322[(NH)/][(N)/][(H)/]ppKpppp(2)θθ2θ22θθ242[(CO)/][(HO)/][(CH)/][(O)/]ppccKpppp实验序号初始浓度/mol·L-1生成Ｎ２的初始速率/C(NO)C(H2)mol·L-1·s-112.00×10-36.00×10-31.92×10-321.00×10-36.00×10-30.48×10-33２.00×10-33.00×10-30.96×10-3(3)Kθ=p(CO2)/pθ(4)θθ2θθ1/22[(NO)/][(NO)/][(O)/]ppKpppp(5)2θ2θ5θ2-θ2θ5θ6422[(Mn)/][(O)/][(MnO)/][(HO)/][(H)/]ccppKcccccc3-8已知在某温度时22CO(g)22CO(g)+O(g)＝Ａ2K(1)(2)2SnO(s)+2CO(g)1K2Sn(s)+2CO(g)=B则同一温度下的反应（3）2SnO(s)2Sn(s)+O(g)的3K应为多少？解：K3θ=K1θ·K2θ=AB3-9反应在298K时K=210，设空气中O2的分压为21kPa，计算使血液中10%红细胞（Hb·O2）变为Hb·CO所需CO的分压。解：θθθ2θθθ2[(HbCO)/][(O)/]10%(21/100)210[(HbO)/][(CO)/]90%[(CO)/]ccppKccppppp(CO)=11.11Pa3-10计算反应：在298K和500K时的K值（注意：298K和500K时水的聚集状态不同，利用rrmmHS、计算。解：298.15K时，△rGmθ=-250.12-298.15×(-133.18)×10-3=-RTlnKθ=-150.83Kθ=2.75×1026500.15K时，Kθ=2.15×10103-11反应在1773K时K=2.1×103，1273K时K=1.6×102，问（1）计算反应的rmH，并说明是吸热反应还是放热反应；（2）计算1773K时反应的rmG，并说明正反应是否自发；（3）计算反应的rmS。解：(1)221112()lnKHTTKRTT△H=96.62kJ·mol-1Hb.O2(aq)+CO(g)Hb.CO(g)+O2(g)Hb.O2(aq)+CO(g)Hb.CO(g)+O2(g)2CO+3H42CH+HO2CO+3H42CH+HO2C(s)+CO(g)2CO(g)2C(s)+CO(g)2CO(g)(2)△G=-RTlnK=-112.76kJ·mol-1(3)-1-1118.1J?K?molHGST3-12Ag2O遇热分解已知298K时2AgO(s)的fmH=-30.6k