北师大《无机化学》第四版习题答案5

第五章化学热力学基础5-1从手册中查出常用试剂浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、浓氨水的密度和质量分数计算它们的（体积）物质的量浓度和质量摩尔浓度。解：经查阅:p(HCl)=1.19g/mlw(HCl)=37.23%p(H2SO4)=1.83g/mlw(H2SO4)=98%p(HNO3)=1.42g/mlw(HNO3)=69.80%p(NH3.H2O)=0.9g/mlw(NH3.H2O)=26%由公式c=pw/M可得：c(HCl)=12mol·L–1c(H2SO4)=18.3mol·L–1c(HNO3)=15.7mol·L–1c(NH3.H2O)=13.8mol·L–1设1㎏水中含溶质nmol,则由w=m/(m+1000)（m为溶质质量）可得：m(HCl)=16.2mol/㎏m(H2SO4)=500mol/㎏m(HNO3)=36.69mol/㎏m(NH3.H2O)=20.67mol/㎏5-2从手册查出常温下的饱和水蒸气压，计算当时相对湿度为40%时，水蒸气压多大。解：在298K下，P（饱和水蒸气压）=3.167Kpa，P（不饱和）/P（饱和）=40%，则P（不饱和）/P（饱和）=40%×P（饱和）=0.4×3.167=1.2668Kpa答：水蒸气压为1.2668Kpa.5-3化学实验中经常用蒸馏水冲洗已用自来水洗净的烧杯。设洗净烧杯内残留“水”为1mL,试计算，用30mL蒸馏水洗1次和2次，烧杯中残留的“自来水的浓度”分别多大？解：再用自来水洗之后，烧杯中自来水为1ml之后，加入30ml蒸馏水，一共为31ml水，自来水占1/31，倒掉后又倒1ml，故自来水浓度为1/31。若第一次加入的蒸馏水倒掉之后，1ml中含1/31ml的自来水；再加入30ml蒸馏水，一共为31ml水，自来水占1/312=1/963所以倒掉后自来水占1/312=1/9635-4计算15℃,97kPa下15g氯气的体积。5-520℃，97kPa下0.842g某气体的体积为0.400L，求气体的摩尔质量。解：由理想气体状态方程：p×v=n×R×T，n=m/M，得p×v=m/M×R×TM=mpT/pv=0.842×8.314×293/97×103×0.4=52.8g/mol该气体的摩尔质量为：52.8g/mol。5-6测得2.96g氯化在407℃的1L容积的真空系统里完全蒸发到的压力为60kPa，求氯化汞蒸气的摩尔质量和化学式。解：(1)设氯化汞蒸汽的摩尔质量为M，则由n=m/M,p×v=n×R×T得M=m×R×T/p×v=2.96×8.314×680/60=278.9g/mol(2)设氯化汞的化学式为HgCln,则200.6+35.5n=278.9解得n=2答：氯化汞的摩尔质量是278.9g/mol,化学式是HgCl25-7在1000℃和97kPa下测得硫蒸气的密度为0.5977gL-1,求蒸气的摩尔质量和化学式。解：（1）设硫蒸气的体积为1L，则由p×v=n×R×T得M=m×R×T/p×v=0.5977×8.314×1273/97×1=65g/mol(2)设硫蒸气的化学式为Sn，则32n=65解得n=2所以硫蒸气的摩尔质量是65g/mol化学式是S2.5-8在25℃时将相同压力的5.0L氮气和15L氧气压缩到一个10.0L的真空容器中，测得混合气体的总压为150kPa，（1）求两种气体的初始压力；（2）求混合气体中氮和氧的分压；（3）将温度上升到210℃，容器的总压。解：方法1：1）假设压缩两种气体的总压力为P,分压为P1、P2，则由玻意耳定律得:P1V1=P2V2P=P2V2/V1=75kPaP1=75×5/(5+15)=18.75kPaP2=75×15(5+15)=56025kPa（2）假设混合气体的分压分别为P3、P4,则有:P3=150×5/(5+15)=18.75kPaP4=150×15(5+15)=112.5kPa（3）假设210℃时，容器的总压为P5，则由盖吕莎克定律得：P/T=P5/T5P5=P×T5/T=243kPa方法2：（1）两种气体的初始压力为p，则由p1v1=p1v1得p(VN2+VO2)=p混V混则p=p混×v混/(vN2+vO2)=150×10/(5+15)=75Kp（2）同温同压下,n(N2):n(O2)=V(N2):V(O2)=1:3P(O2)=P×X(O2)=1/4×150kPa=37.5kPaP(N2)=P×X(N2)=3/4×150kPa=122.5kPa(3)P2V2=nRT2①PV=nRT②两式相比,得P2/P=T2/T150kPa/P=298K/483KP=243kPa5-9在25℃，1.47MPa下把氨气通入容积为1.00刚性壁密闭容器中，在350℃下用催化剂使部分氨分解为氮气和氢气，测得总压为5MPa，求氨的解离度和各组分的摩尔分数和分压。解:P1V1=n（NH3）RT1→n（NH3）=0.5933molP2V2=n（混）RT→n（混）=0.9653mol设有2xmol的NH3在1123K下分解,则有xmolN2和3xmolH2生成,则nNH3-2x+x+3x=n总x=0.186molX(NH3)=(nNH3-2x)/n总=0.229molX(N2)=X/n总=0.193molX(H2)=3x/n总=0.578molP(NH3)=P×X(NH3)=1.146MPaP(N2)=P×X(N2)=1.965MPaP(H2)=P×X(H2)=2.89MPaNH3的解离度=(n(NH3)-2x)/n(NH3)=0.627％。5-10某乙烯和足量的氢气的混合气体的总压为6930Pa，在铂催化剂催化下发生如下反应：C2H4(g)+H2(g)＝C2H6(g)反应结束时温度降至原温度后测得总压为4530Pa。求原混合气体中乙烯的摩尔分数。解：由等温变化得：P1V1/n1=P2V2/n2原混合气体中乙烯的摩尔分数为Ni；设气体总体积为16930*1/n=4530*1/（1-Ni）n得=0.346答：原混合气体中乙烯的摩尔分数为0.345—11以下哪些关系式是正确的（p、V、n表示混合气体的总压、总体积和总物质的量）?说明理由。pVB=nBRTpBV=nBRTpBVB=nRTpV=nRT答:PVB=nBRT错误PBV=nBRT正确,它表示B物质的分压力PBVB=nRT错误PV=nRT正确,它就是气体的状态方程.5-12以下系统内各有几个相？（1）水溶性蛋白质的水溶液；（2）氢氧混合气体；（3）盐酸与铁块发生反应的系统；（4）超临界状态的水。解（1）一个相，因为溶液均匀分布的；（2）一个相，因为混合气体均匀分布的；（3）三个相，因为反映系统中有未反映的铁固体，生成H2气体以及溶液液体。（4）一个相，因为超临界状态的水，既有水固体，又有水液体和水蒸汽。5-1310g水在373k和100kPa下气化，所做的功多大？解:系统接受环境所给的功：W=P×△V=RT△n=0.008314×373×10/18=1.723kJ5—14反应CaC2(s)+2H2O(l)=Ca(OH)2(s)+C2H2(g)在298K下的标准摩尔热力学能变化量为-128.0Kjmol–1，求该反应的标准摩尔焓变。解：该反应是在恒温恒压条件下进行，反应的标准摩尔生成焓：△rHm=U+P△V=-128.0+0.008314×298×(1-0)=-125.5kJmol–15-15人类登月使用的阿波罗的第一级火箭使用了550吨煤油在2.5min内与氧发生燃烧反应产生巨大推力。以C12H26(l)为煤油的平均分子式的燃烧热为-7513KJmol-1，试计算这个燃烧反应的功率。解：设这个燃烧反应的功率为P，在2.5min内产生的热量为WkJ;则由：C6H12O6+18.5O2=12CO2+13H2O;H=–7513kJ/moL170g7513kJ55010001000gWkJW=2.431010kJP=W/t=1.62108kW5—16已知Al2O3(s)和MnO2(s)的标准摩尔生成焓为-1676KJmol-1和-521KJmol-1，计算1g铝与MnO2(s)足量反应（铝热法）产生的热量。解:n(Al)=1/27mol4Al+3MnO2=2Al2O3+3MnQp=△H=(-1676+521)×1/27=16.6kJmol–15-17已知Cl-1(aq)的标准摩尔生成焓为–167.5kJmol–1，计算1molHCl(g)溶于足量的水释放多少热？[注]计算得到的值为氯化氢的溶解热；HCl(g)的标准摩尔生成焓可从本书附表中查获。假设水量的多少与程度无关（事实上是有关的，因此溶解热的数值通常设定为无限稀释。）解:假设溶于定量的水释放的热量为△H，则有：HCl(g)=H(∞aq)++Claq–因规定△fHmO(H(∞aq))=0△H(Cl–)=–167.5kJ/mol又可查表得：H(HCl)=–92.307kJ/mol△rHmO=△fHmO(H(∞aq))+△fHmO(Claq–)–△fHmO(HCl(g))=0+（–167.5）–（–92.307）=75.2kJmol–1所以1molHCl(g)溶于足量水的释放热为75.2kJmol–15-18：用标准摩尔生成焓的数据计算SiF4(g)与足量H2O(l)的反应生成SiO2(s)和HF(g)的摩尔反应焓。解:反应方程式为：SiF4(g)+2H2O(l)=SiO2(s)+4HF(g)△rHmO=△rHmO(SiO2)+4△rHmO(HF)–△rHmO(SiF4)–2△rHmO(H2O)=(–910.94kJmol-1)+4*(–271.1kJmol–1)–2*(285.830kJmol-1)–(–1416.98kJmol–1)=191.3(kJmol–1)所以为：SiF4(g)+2H2O(l)=SiO2(s)+4HF(g)△rHmO=191.3(kJmol-1)5-19利用本书附表与下列数据计算石灰岩[以CaCO3(方解石)计]被CO2(g)溶解发育成喀斯特地形的如下反应的标准摩尔反应焓：CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2HCO–-3(aq)△rHmθ/kJmol-1:Ca2+(aq)–543.0HCO-3(aq)–691.1解：CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2HCO-3(aq)△rHmθ=△rHmθ(Ca2+(aq))+2△rHmθ(HCO-3(aq))–△rHmθ（CaCO3(s)）–△rHmθ(CO2(g))–△rHmθ(H2O(l))=(–543.0kJmol–1)+2×(–691.1kJmol–1)–2×(–1260.92kJmol–1)–(–393.509kJmol–1)–(–285.830kJmol–1)=–38.941(kJ·mol–1)5-20火柴头中的P4S3(s)标准摩尔燃烧热为-3677kJmol-1[注：燃烧产物为P4O10(s)和SO2(g)]，利用本书附表的数据计算P4S3(s)的标准摩尔生成焓。解：P4S3(s)+8O2(g)=P4O10(s)+3SO2(g)△rHmθ=△rHmθ(P4O10(s))+3△rHmθ(SO2(g))–△rHmθ（P4S3(s)）–8△rHmθ(O2(g))–(–2984.0kJmol–1)+3×(–296.830kJmol–1)–△rHmθ（P4S3(s)）–(0kJmol–1)=–3677(kJmol–1)∴△rHmθ（P4S3(s)）=–197.4kJmol–1即P4S3(s)的标准摩尔生成焓为197.4kJmol–15-21诺贝尔发明的炸药爆炸可使产生的气体因热膨胀体积增大1200倍，其化学原理是硝酸甘油发生如下分解反应：4C3H5（NO3）3(l)=6N2(g)+10H2O(g)+12CO2(g)+O2(g)已知C3H5（NO3）3(l)的标准摩尔生成焓为–355kJmol–1，计算爆炸反应的标准摩尔反应焓。解：4C3H5（NO3）3=6N2+10