大学基础化学课后习题解答

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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？

θθθ2-2 什么叫热力学能、焓、熵和自由能？符号H、S、G、?H、?S、?G、?fHm、?cHm、?fGm、θθθθ、Sm、?rSm、?rGm各代表什么意义？ ?rHm2-3 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。

θθθ（1）指定单质的?fGm、?fHm、Sm皆为零。

θθθ（2）298.15K时，反应 O2(g) +S(g) = SO2(g) 的?rGm、?rHm、?rSm分别等于SO2(g)的θθθ、?fHm、Sm。 ?fGmθ（3）?rGm＜0的反应必能自发进行。

2-5 298.15K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）

θ50.10g，求该反应的?rHm。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)

θ=22.73200.6/50.1=90.89 kJ·mol-1 Qv=Qp-nRT=89.65 kJ·mol-1 ?rHm2-6 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

θ2-9 在298K时，反应N2(g)+3H2(g) = 2NH3(g)，?rHm＜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

2-10 298K，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。

θ则?fHm（MgO，298K）等于 600.21 kJ·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)??rHm= -146.02kJ·mol-1

(2)CuO(s)+Cu(s)Cu2O(s)??rHm= -11.30kJ·mol-1

求(3) CuO(s)?Cu(s) +1/2O2(g)的?rHm

θ解：?rHm=-[(1)+(2)]=157.32 kJ·mol-1

2-12 已知298.15K和标准状态下

θ （1）Fe2O3(s) +3CO(g) =2 Fe(s) +3CO2(g) ?rHm= -24.77 kJ·mol-1 θ (2 ) 3Fe2O3(s) + CO(g) = 2 Fe3O4(s) + CO2(g) ?rHm= -52.19 kJ·mol-1 θ (3 ) Fe3O4(s) + CO(g) = FeO(s) + CO2(g) ?rHm= -39.01 kJ·mol-1 θ 求（4）Fe(s) + CO2(g) = FeO(s) + CO(g) 的?rHm。 θ解：?rHm=[(3)32+(2)-(1)33]÷6=-9.32kJ·mol-1

2-13 甘氨酸二肽的氧化反应为

C4H8N2O3(s) + 3O2(g) = H2NCONH2 (s) +3CO2(g) +2 H2O(l)

θθ已知?fHm（H2NCONH2, s）=-333.17 kJ·mol-1, ?fHm（C4H8N2O3, s）=-745.25 kJ·mol-1。

计算：

（1）298.15K时，甘氨酸二肽氧化反应的标准摩尔焓变?rHm= -1340.15 kJ·mol-1。

θ（2）298.15K和标准状态下，1g固体甘氨酸二肽氧化时放热多少？10.15 kJ·g-1

θ2-14 由?fHm的数据计算下列反应在298.15K和标准状态下的?rHm。

θ （1） 4NH3(g) + 5O2(g) = 4NO(g) +6H2O(l) ?rHm= -1169.78 kJ·mol-1

θ (2 ) 8Al(s) + 3Fe3O4(s) = 4Al2O3(s) +9Fe(s) ?rHm= -6327.86kJ·mol-1

θ(3) CO(g) +H2O(l) = CO2(g) + H2(g) ?rHm= 2.88kJ·mol-1

θ2-15 液态乙醇的燃烧反应：

C2H5OH(l) +3O2(g) = 2 CO2(g) +3 H2O(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：?rHm=-393.5132-285.8533-(-276.98)=-1367.59 kJ·mol-1 -2735.18 kJ·mol-1

θθθ2-16 由葡萄糖的?cHm和水及二氧化碳的?fHm数据，求298K和标准状态下葡萄糖的θ。 ?fHm解：?rHm=-393.5136+(-285.85)36-(-2815.8)=-1260.36kJ·mol-1

θ2-17 已知298K时，下列反应

BaCO3(s) = BaO(s) + CO2(g)

θθ (kJ·mol-1) -1216.29 -548.10 -393.51 ?rHm=274.68 ?fHmmol-1·K-1) 112.13 72.09 213.64 Sm=173.60 Sm (J·

θθθ求298.15K时该反应的?rHm，?rSm和?rGm，以及该反应可自发进行的最低温度。 θ解：?rGm=222.95kJ·mol-1 T≥274680/173.6=1582K

θ2-18 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?fGm数θ据计算下列三种固氮反应的?rGm，从热力学角度判断选择哪个反应最好？ θ（1）N2 (g) + O2 (g) = 2NO (g) ?rGm=173.38kJ·mol-1 θ(2) 2 N2 (g) + O2 (g) = 2N2O (g) ?rGm=207.32kJ·mol-1 θ(3) N2 (g) + 3H2(g) = 2NH3(g) ?rGm=-32.24kJ·mol-1

θθ2-19 已知298.15K时和标准状态下，Sm (S,单斜)=32.6 J·mol-1·K-1，Sm (S,正交)=31.8

θθJ·mol-1·K-1。

θS(S,单斜) + O2 (g) = SO2(g) ?rHm=-297.2 kJ·mol-1 θS(S,正交) + O2 (g) = SO2(g) ?rHm=-296.9 kJ·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。

θθ解：S(s,单斜)= S(s,正交) ?rHm=-0.3kJ·mol-1 Sm=-0.8 J·mol-1·K-1 θ25℃时?rGm=-0.3-298.153(-0.8)/1000=-0.06 kJ·mol-1 正交硫稳定。 θ95℃时?rGm=-0.3-368.153(-0.8)/1000=-0.0kJ·mol-1

2-20 已知 2NO(g)+O2(g) = 2 NO2(g)

-1θ/kJ﹒mol 86.57 51.30 ?fGmθ计算298K时，上述反应的?rGm，并说明NO2气体的稳定性。 θ解：?rGm=（51.30-86.57）32=-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)=4.00×10-3 mol·L-1，c(H2)=4.00×10-3 mol·L-1时，计算该反应在1073K时的反应速率。

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-1

1 2.00×10-3 6.00×10-3 1.92×10-3

2 1.00×10-3 6.00×10-3 0.48×10-3 3 ２.00×10-3 3.00×10-3 0.96×10-3 解：（1）v?kc2(NO)c(H2)

(2）k=8.4310mol2L 2s

4-32-3-3-1-1

(3) v=83103(4.00310)34.00310=5.12310 mol2L2s 3-4 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。

4

-2

2

-1

Ea(338.15?298.15)k2Ea(T2?T1)4.87?107解：ln??ln??4.95 5k1RTT3.46?108.314?338.15?298.1512Ea=103.57kJ2mol 6-1

K=4.8310s

3-5 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：ln-1

E?Ea2v2k?ln2?a1?8.294 v1k1RT-1

Ea2=135 kJ2mol

3-7 写出下列反应的标准平衡常数表示式

(1)N2(g) +3H2(g)(2)CH4(g) +2O2(g)(3)CaCO3(s)(4)NO(g) +12O2(g)2NH3(g)CO2(g) + 2H2O(l)Ca(s) + CO2(g)2Mn2+(aq) + 5 O2(g) + 8 H2O(1)NO2(g)(5)2MnO4-(aq) + 5H2O2(aq) + 6H+(aq)

[p(NH3)/pθ]2解：(1)K? θθ3[p(N2)/p][p(H2)/p]θ[p(CO2)/pθ][c(H2O)/cθ]2(2) K?

[p(CH4)/pθ][p(O2)/pθ]2θ

(3) K=p(CO2)/p

θθ

[p(NO2)/pθ](4) K? θθ1/2[p(NO)/p][p(O2)/p]θ[c(Mn2?)/cθ]2[p(O2)/pθ]5(5) K?

[c(MnO4-)/cθ]2[c(H2O2)/cθ]5[c(H?)/cθ]6θ 3-8 已知在某温度时

(1)2 CO2(g) 2CO(g)+2O(g) K1? ＝Ａ?

(2)SnO2(s)+ 2CO(g)K)Sn(s)+2 2CO(g 2 = B

则同一温度下的反应

2(s)（3）SnOSn(s)+2O(g)

的K3?应为多少？

解：K3= K12K2=AB 3-9 反应

Hb.O2(aq) +CO(g)

?θ

θ

θ

Hb.CO(g) + O2(g)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。

[c(Hb?CO)/cθ][p(O2)/pθ]10%?(21/100)解：K???210 θθθ[c(HbO2)/c][p(CO)/p]90%[p(CO)/p]θp(CO)=11.11Pa

2O3-10 计算反应： CO+3H 2 CH 4 +H 在298K和500K时的K值（注意：298K

??和500K时水的聚集状态不同，利用?rHm计算。 、?rSm解：298.15K时，△rGmθ=-250.12-298.153(-133.18)310-3=-RTlnKθ=-150.83

26

Kθ=2.75310

10

500.15K时，Kθ=2.15310 3-11 反应 C(s)+CO 2(g) 在1773K时K=2.1×103，1273K时2CO(g) 2K=1.6×10，问

?（1）计算反应的?rHm，并说明是吸热反应还是放热反应；

（2）计算1773K时反应的?rGm?，并说明正反应是否自发；

?（3）计算反应的?rSm。

解：(1) lnK2?H(T2?T1)? △H=96.62 kJ·mol-1 K1RTT12

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