《无机及分析化学原理和应用》习题.docx
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《无机及分析化学原理和应用》习题
《无机及分析化学原理和应用》习题
第1章物质的聚集状态
1.1在25℃时,若电视机用显象管的真空度为4.0×10-7Pa,体积为2.0L,试求显象管中气体的分子数。
1.2实验测得在310℃、101.3kPa时,单质气态磷的密度是2.64g·L-1,求磷的化学式。
1.3收集反应中放出的某种气体并进行分析,发现C和H的质量分数分别为0.80和0.20,并测得在0℃和101.3kPa下,500mL此气体质量为0.6995g,试求:
⑴这个气态化合物的最简式;⑵它的相对分子质量;⑶它的分子式。
1.4在一只200℃的1000L锅炉中有25.0kg水蒸气,假定它是理想气体,计算它的压力。
1.5在27℃和101.3kPa下,某充满氮气的烧瓶重50.43g,同一烧瓶改充氢气后,称重为49.89g,求该烧瓶的体积?
1.6人在呼吸时呼出气体的组成与吸入空气的组成不同。
在36.8℃和101kPa时,某典型呼出气体的体积分数是:
N275.1%;O215.2%;CO23.8%;H2O5.9%。
试求:
⑴呼出气体的平均相对分子质量;⑵CO2的分压力。
1.7A球的体积为2.0L,B球为1.0L,两球可通过活塞连通。
开始时,A球充有101.3kPa空气,B球全部抽空但盛有体积小到可被忽略的固体吸氧剂。
当活塞打通,A球空气进入B球,氧被全部吸收。
平衡后气体压力为60.80kPa,求空气中氮和氧分子数目之比。
1.8炼钢炉中加入1.0×104kg含碳3%(质量分数)的生铁,通入空气后碳全部燃烧成CO和CO2,求:
⑴其中
的碳燃烧为CO,
的碳燃烧为CO2,试计算需要多少mol的氧气?
⑵这些氧气在27℃和101.3kPa下具有的体积是多少L?
⑶空气中含氧气21%(体积),试计算所需要的空气的体积(在27℃、101.3kPa下)。
1.9在使用金属铝与苛性钠溶液反应制取氢气的实验中,293K时用排水集气法收集氢气。
在水面上收集的气体体积为0.355L,压力为100.0kPa,求氢气的质量(该温度下,水的饱和蒸气压
=2.3kPa)。
1.10CHCl3在40℃时蒸气压为49.3kPa,于此温度和98.6kPa压力下,有4.00L空气缓缓通过CHCl3(即每个气泡都为CHCl3蒸气所饱和),求:
⑴空气和CHCl3混合气体的体积是多少?
⑵被空气带走的CHCl3质量是多少?
1.11100mL质量分数为30.0%的过氧化氢(H2O2)水溶液(密度1.11g·mL-1)在MnO2催化剂的作用下,完全分解变成O2和H2O。
问:
⑴在18.0℃,102kPa下用排水集气法收集氧气(未经干燥时)的体积是多少?
⑵干燥后,体积又是多少?
(在18.0℃,水的饱和蒸气压
=2.06kPa)。
1.12在15℃和100kPa压力下,将3.45gZn和过量酸作用,收集得1.20L氢气。
求Zn中杂质的质量分数(假定这些杂质和酸不起作用)。
1.13在20℃、99kPa时用排水集气法要收集1.5L氧气,至少要取多少gKClO3(用MnO2做催化剂)进行热分解(在20℃,水的饱和蒸气压
=2.3kPa)?
1.14现有K2HPO4溶液,体积为300mL,其中含有5.369gK2HPO4·3H2O,计算该溶液的物质的量浓度。
1.15取1滴含铅离子25µg的铅盐溶液(约为0.05mL),当稀释至一升时,问该溶液的浓度为多少(用µg·mL-1表示)?
1.16在20℃,I2在水中的溶解度为0.0285g/100gH2O,求这种饱和溶液中I2的摩尔分数。
1.17制备250g、质量分数为25.0%的硫酸溶液,需要用多少g浓硫酸(质量分数为98%)?
1.18计算在60.0mL相对密度1.065、质量分数为58.0%的醋酸溶液中所含醋酸的克数。
1.19现需1500g、质量分数为86%的酒精作溶剂。
实验室存有质量分数为70%的回收酒精和质量分数为95%的酒精,应各取多少进行配制?
1.20腐蚀印刷线路版常用质量分数为35%的FeCl3溶液,怎样用FeCl3·6H2O配制1.5kg这种溶液?
这种溶液中FeCl3的摩尔分数是多少?
1.21现拟制备一种质量分数为20%的氨水溶液,它的密度为0.925g·mL-1,问制备250L此溶液需要用多少体积的氨气(在标准状况下)?
1.22计算0.01135mol·L-1HCl溶液对CaO的滴定度。
第2章化学分析、测量误差与数据处理
2.1若将H2C2O4·2H2O基准物长期保存于保干器中,用来标定NaOH溶液的浓度时,结果是偏高还是偏低?
分析纯的NaCl试剂若不作任何处理就用来标定AgNO3溶液的浓度,结果会偏高还是偏低?
试解释之。
2.2称取纯金属锌0.3250g,溶于HCl后,稀释到250mL容量瓶中,计算Zn2+溶液的物质的量浓度。
2.3胃酸中盐酸的浓度近似为0.170mol·L-1。
计算中和50.0mL这种胃酸所需的下列抗酸剂的质量:
⑴NaHCO3;⑵Al(OH)3;⑶MgO。
2.4用0.4000mol·L-1HCl和2.600gNa2CO3完全反应,问需要此HCl溶液多少mL?
2.5将0.4238g的某一元酸样品溶解在水中,34.70mL0.1000mol·L-1NaOH溶液与此酸样品完全反应。
求此酸的摩尔质量。
2.6滴定0.1560g草酸的试样,用去0.1011mol·L-1NaOH22.60mL,求草酸试样中H2C2O4·2H2O的质量分数。
2.7分析不纯CaCO3(其中不含干扰物质)。
称取试样0.3500g,加入浓度为0.2000mol·L-1HCl溶液50.00mL,煮沸除去CO2,用浓度为0.2012mol·L-1的NaOH溶液返滴定过量的酸,消耗15.84mL,试计算试样中CaCO3的质量分数。
2.8下列情况分别引起什么误差?
如果是系统误差,应如何消除?
⑴砝码被腐蚀;
⑵天平两臂不等长;
⑶容量瓶和移液管不配套;
⑷天平称量时最后一位读数估计不准;
⑸以质量分数为0.99的邻苯二甲酸氢钾作基准物标定碱溶液。
2.9有一铜矿试样,经两次测定,得知铜的质量分数为0.2487、0.2493,而铜的实际质量分数为0.2505。
求分析结果的绝对误差和相对误差。
2.10测定某样品中氮的质量分数,六次平行测定的结果是0.2048,0.2055,0.2058,0.2060,0.2053,0.2050。
⑴计算这组数据的平均值、平均偏差、标准差和变异系数;
⑵若此样品是标准样品,其中氮的质量分数为0.2045,计算以上测定结果的绝对误差和相对误差。
2.11用某一方法测定矿样中锰含量的标准差S是0.0012,锰的质量分数的平均值为0.0956,设分析结果是根据四次、九次测得的,计算两种情况下的平均值的置信区间(95%置信度)。
2.12标定HCl溶液时,得下列数据:
0.1011,0.1010,0.1012,0.1016mol·L-1。
用Q检验法进行检验,第四个数据是否应该舍弃?
设置信度为90%。
2.13测定某一热交换器中水垢的P2O5和SiO2的质量分数如下(已校正系统误差):
ω(P2O5):
0.0844,0.0832,0.0845,0.0852,0.0869,0.0838
ω(SiO2):
0.0150,0.0151,0.0168,0.0120,0.0163,0.0172
根据Q检验对可疑数据决定取舍,然后求出平均值、标准差和置信度为90%时平均值的置信区间。
2.14下列各数含有的有效数字是几位?
⑴0.0376;⑵1.2067;⑶0.2180;
⑷6.022×1023;⑸4.80×10-10;⑹998;
⑺1.000;⑻1.0×103;⑼pH=5.2时的[H+]。
2.15应用有效数字计算规则计算下列各式。
⑴
⑵
⑶124.165+8.2–1.4250
⑷pH=2.03,求[H+]
2.16有人用分光光度法测定某药物中主成分的含量,称取此药物0.0250g,最后计算其主成分的质量分数为0.9624,问此结果合理不合理?
应如何表示?
第3章化学反应的基本原理
3.1判断下列热力学过程中,哪个的ΔrUm最大:
(1)体系放出了50kJ热,并对环境做了30kJ功。
(2)体系吸收了50kJ热,环境对体系做了30kJ功。
(3)体系吸收了30kJ热,并对环境做了50kJ功。
(4)体系放出了30kJ热,环境对体系做了50kJ功。
3.2已知乙醇在100kPa大气压力下正常沸点温度(351K)时的蒸发热为39.2kJ·mo1-1。
试估算1mol液态C2H5OH在该蒸发过程中的体积功w和ΔU。
3.32.00mol理想气体在350K和152kPa条件下,经恒压冷却至体积为35。
0L此过程放出了1260J热量。
试计算:
(1)起始体积;
(2)终态温度;(3)体系作功;(4)热力学能变化;(5)焓变。
3.4根据书后附表中的ΔfHmθ数据,计算下列反应的ΔrHmθ。
由计算结果说明为什么金属钠着火时不能用水或CO2灭火剂来扑救。
(1)4Na(s)+O2(g)→2Na2O(s)
(2)2Na(s)+2H2O(l)→2NaOH(aq)+H2(g)
(3)2Na(s)+CO2(g)→Na2O(s)+CO(g)
3.5设反应物和生成物均处于标准状态,试通过计算说明298K时究竟是乙炔(C2H2)还是乙烯(C2H4)完全燃烧会放出更多热量?
(以kJ·mo1-1表示)
3.6已知298.15K时反应:
3H2(g)+N2(g)→2NH3(g);ΔrHmθ
(1)=–92.22kJ·mo1-1
2H2(g)+O2(g)→2H2O(g);ΔrHmθ
(2)=–483.636kJ·mo1-1
试计算下列反应的ΔrHmθ(3):
4NH3(g)+3O2(g)→2N2(g)+6H2O(g)
3.7利用ΔfHmθ数据计算下列反应的ΔrHmθ。
(1)C2H4(g)+O3(g)→CH3CHO(g)+O2(g)
(2)O3(g)+NO(g)→NO2(g)+O2(g)
(3)CO2(g)+H2(g)→CO(g)+H2O(g)
(4)3NO2(g)+H2O(l)→2HNO3(l)+NO(g)
3.8试由下列数据计算N—H键能和H2N—NH2中N—N键能。
已知NH3(g)的ΔfHmθ=-46kJ·mo1-1,H2N—NH2(g)的ΔfHmθ=+95kJ·mo1-I,H—H的键能=+436kJ·mo1-1,N≡N的键能=+946kJ·mo1-1
3.9判断下列反应中,哪些是熵增加过程,并说明理由。
①I2(s)→I2(g);
②H2O(l)→H2(g)+
O2(g);
③2CO(g)十O2(g)→2CO2(g);
3.10下列各热力学函数中,哪些数值是零?
①ΔfHmθ(O3,g,298K);
②ΔfGmθ(I2,g,298K);
③ΔfHmθ(Br2,s,298K);
④Smθ(H2,g,298K);
⑤ΔfGmθ(N2,g,298K);
3.11已知反应:
SO2(g)+
O2(g)=SO3(g)
ΔfHmθ/kJ·mo1-1–296.8–395.7
Smθ/J·mo1-1·K-1248.2205.2256.8
通过计算说明在1000K时,SO3、SO2、O2的分压分别为0.1、0.025、0.025Mpa时,正反应是否自发进行?
3.12通过计算说明下列反应2CuO(s)→Cu2O(s)+
O2(g)
(1)在298.15K、标准状态下能否自发进行?
(2)在什么温度下,该反应在标准状态下能自发进行?
3.13工业上由CO和H2合成甲醇:
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔrHmθ298=–90.67kJ·mo1-1,ΔrSmθ298=–221.4J·mo1-1·K-1。
为了加速反应必须升高温度,但温度不宜过高。
通过计算说明此温度最高不得超过多少?
3.14利用标准热力学函数估算反应CO2(g)+H2(g)→CO(g)+H2O(g)在873K时的标准摩尔吉布斯函数变和标准平衡常数。
若此时系统中各组分气体的分压为
,计算此条件下反应的摩尔吉布斯函数变,并判断反应进行的方向。
3.15已知反应2NO(g)+Cl2(g)→2NOCl(g)为基元反应,求:
(1)写出该反应的速率方程。
(2)该反应的总级数是多少?
(3)其它条件不变,如果将容器的体积增加到原来的2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,反应速率又将怎样变化?
3.16已知反应2NOCl(g)→2NO(g)+Cl2(g),350K时,k1=9.3×10–6s–1;400K时,k2=6.9×10–4s–1。
计算该反应的活化能Ea以及450K下的反应速率常数k。
3.17某反应A→B,当A的浓度为0.40mol·L-1时,反应速率为0.020mo1·L-1·s-1。
分别求出①反应是一级反应;②反应是二级反应时的速率常数k。
3.18在没有催化剂存在时,H2O2的分解反应:
H2O2(l)→H2O(l)+
O2(g)的活化能为75kJ·mo1-1。
当有铁催化剂存在时,该反应的活化能就降低到54kJ·mo1-1。
计算在298K时此两种反应速率的比值。
3.19当T为298K时,反应:
2N2O(g)→2N2(g)+O2(g),ΔrHmθ=–164.1kJ·mo1-1,Ea=240kJ·mo1-1。
该反应被Cl2催化,催化反应的Ea=140kJ·mo1-1。
催化后反应速率提高了多少倍?
催化反应的逆反应活化能是多少?
3.20写出下列反应的标准平衡常数表达式:
①CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g);
②Al2O3(s)+3H2(g)
2Al(s)+3H2O(g);
③2MnO4—(aq)+5H2O2(aq)+6H+(aq)
2Mn2+(aq)+5O2(g)+8H2O
(1)
3.21在21.8℃时,反应:
NH4HS(s)
NH3(g)+H2S(g)的平衡常数Kθ=0.07。
求:
(1)平衡时该气体混合物的总压。
(2)在同样的实验中,NH3的最初分压为25.3kPa时,H2S的平衡分压为多少?
3.22根据吕·查德里原理,讨论下列反应:
2Cl2(g)+2H2O(g)
4HCl(g)+O2(g)ΔrHmθ>0。
将C12,H2O(g),HCl,O2四种气体混合,反应达到平衡时,下列左面的操作条件改变对右面的平衡数值有何影响(操作条件中没有注明的,是指温度不变、体积不变)?
①增大容器体积nH2O,g⑥减小容器体积PCl2
②加O2nH2O,g⑦减小容器体积Kθ
③加O2nO2⑧升高温度Kθ
④加O2nHCl⑨加氮气nHCl
⑤减小容器体积nCl2,g⑩加催化剂nHCl
3.23某温度时8.0molSO2和4.0molO2在密闭容器中进行反应生成SO3气体,测得开始时和平衡时体系的总压力分别为300kPa和220kPa(假设体系温度不变)。
试利用上述实验数据求该温度时反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)的标准平衡常数和SO2的转化率。
3.24已知反应:
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还原为银,试计算最少需用H2的物质的量。
3.25在700K时,反应H2(g)+I2(g)
2HI(g)的Kθ=55.4,如果将2.00molH2和2.00molI2作用于4.00L的容器内,问该温度下达到平衡时,有多少HI生成?
3.26320K时反应:
2HI(g,80.5kPa)=H2(g,0.101kPa)+I2(g,0.101kPa)
已知ΔfHmθ/kJ·mol-126.5062.4
Smθ/J·mol-1·K-1206.6130.7260.7
计算该反应的平衡常数Kθ,△rGm,并说明320K时反应自发进行的方向。
3.27一容器中含有N2O4和NO2的混合物,其反应为N2O4(g)
2NO2(g),若使N2O4与NO2的摩尔比为10:
1,在一定温度、100kPa压力下发生上述反应,测得Kθ=0.315,求达平衡时各物质的分压及N2O4(g)的离解百分数。
3.282NO2(g)
2NO(g)+O2(g)在500℃的标准吉布斯自由能ΔrGmθ和平衡常数Kθ?
(设25℃~500℃范围内ΔrHmθ、ΔrSmθ保持不变。
已知
=33.2kJ·mol-1;
=91.3kJ·mol-1;
=240.1J·mol-1·K-1;
=210.8J·mol-1·K-1;
=205.2J·mol-1·K-1;
3.29在250℃时,反应PCl5(g)
PCl3(g)+Cl2(g)的标准平衡常数Kθ=1.78。
如果将一定量的PCl5注入一密闭容器中,在250℃、200kPa下,反应达到平衡,求PCl5的分解率是多少?
3.30反应PCl5(g)
PCl3(g)+Cl2(g)。
(1)523K时,将0.700molPCl5注入容积为2.00L的密闭容器中,平衡时有0.500molPCl5被分解了。
试计算该温度下的标准平衡常数Kθ和PCl5的分解百分率?
(2)若上述容器中反应已达到平衡后,再注入0.100molCl2,则PCl5的分解率与
(1)的分解率相比相差多少?
(3)如果开始时在注入0.700molPCl5的同时,就注入0.100molCl2,则平衡时PCl5的分解率又是多少?
比较
(2)(3)所得结果可以得出什么结论?
3.31反应
Cl2(g)+
F2(g)
ClF(g),在298K和398K下,测得其标准平衡常数分别为9.3×109和3.3×107。
(1)计算ΔrGmθ298K;
(2)若在298K~398K范围内,ΔrHmθ、ΔrSmθ保持基本不变,计算ΔrHmθ、ΔrSmθ。
第4章酸碱平衡
4.1指出下列各种酸的共轭碱:
H2O、H3PO4、HCO3-、NH4+
4.2指出下列各种碱的共轭酸:
H2O、HPO42-、C2O42-、HCO3-
4.3从下列物质中找出共轭酸碱对,并按酸性由强到弱的顺序排列:
H2PO4-、NH3、H2S、-COOH、PO43-、H2SO3、HS-、NH4+、HCOOH、HSO3-
4.4试计算0.20mol·L-1氨水在以下情况的解离度以及[OH-]:
(1)将溶液稀释一倍;
(2)加入NH4Cl,使NH4Cl浓度为0.10mol·L-1;(3)上述浓度氨水。
4.5已知H2C2O4的pKa1=1.23,pKa2=4.19。
在pH=1.00和4.00时,溶液中H2C2O4、HC2O4-、C2O42-三种形式的分布系数δ2、δ1和δ0各为多少?
4.6试计算:
⑴c(H2S)=0.10mol·L-1H2S溶液的S2-浓度和pH。
⑵0.30mol·L-1HCl溶液中通入H2S并达到饱和时的S2-浓度。
4.7写出下列物质在水溶液中的质子条件式:
⑴NH4Cl;⑵NH4Ac;⑶(NH4)2HPO4;⑷HCOOH;⑸Na2S;⑹Na2C2O4
4.8计算浓度为0.12mol·L-1的下列物质水溶液的pH(括号内为pKa):
⑴苯酚(9.99);⑵丙烯酸(4.25);⑶氯化丁基铵(C4H9NH3Cl)(9.39)。
4.9计算下列溶液的pH:
⑴0.10mol·L-1KH2PO4;⑵0.05mol·L-1Na2HPO4。
4.10计算下列水溶液的pH:
⑴0.10mol·L-1乳酸和0.10mol·L-1乳酸钠(pKa=3.58);
⑵0.010mol·L-1邻硝基酚和0.012mol·L-1邻硝基酚的钠盐(pKa=7.21);
⑶0.12mol·L-1氯化三乙基铵和0.010mol·L-1三乙基胺(pKb=7.90);
4.11100gNaAc·3H2O加入15mL6.0mol·L-1HAc,用水稀释至1.0L,此缓冲溶液的pH是多少?
4.12欲配制pH为5.0的缓冲溶液,请用计算说明在下列两种体系中选择哪一种较合适?
⑴HAc-NaAc;
⑵NH3·H2O-NH4Cl。
4.13欲配制500mLpH=10.0且[NH4+]=1.0mol·L-1的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液,需比重为0.904、含氨26.0%的浓氨水多少毫升?
固体NH4Cl多少克?
4.14用0.1000mol·L-1HNO3溶液滴定20.00mL0.1000mol·L-1NaOH溶液时,化学计量点时pH为多少?
此滴定中应选用何种指示剂?
4.15以0.5000mol·L-1HNO3溶液滴定0.5000mol·L-1NH3·H2O溶液。
试计算滴定分数为0.999及1.001时溶液的pH。
应选用何种指示剂?
4.16用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定0.1000mol·L-1HCOOH溶液时,
⑴用中性红为指示剂,滴定到pH=7.0为终点;
⑵用百里酚酞为指示剂,滴定到pH=10.0为终点;
分别计算它们的滴定误差,并指出用哪一种指示剂较为合适。
4.17有一三元酸,其pKa1=2.0,pKa2=6.0,pKa3=12.0。
用NaOH溶液滴定时,第一和第二化学计量点的pH分别为多少?
两个化学计量点附近有无pH突跃?
可选用什么指示剂?
能否直接滴定至酸的质子全部被作用?
4.18用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定0.1000mol·L-1草酸溶液时,有几个pH突跃?
在第二个化学计量点时pH为多少?
应选用什么指示剂?
4.19称取2.449面粉,经消化处理后加入过量的NaOH溶液,加热,蒸出的氨吸收在100.0mL0.01086mol·L-1HCl标准溶液中,过量的HCl用0.01228mol·L-1NaOH溶液回滴,用去15.30mL,计算面粉中粗蛋白质的质量分数(对面粉,粗蛋白质含量为氮含量乘以5.7)。
4.20吸取ρ=1.004g·mL-1的醋样10.0mL,置于锥形瓶中,加2滴酚酞指示剂,用0.1014mol·L-1NaOH滴定醋中的HAc,如需要44.86mL,则醋样中HAc的含量为多少?
4.21含有SO3的发烟硫酸试样1.400g,溶于水,用0.8060mol·L-1NaOH溶液滴定时消耗36.10mL。
求试样中SO3和H2SO4的含量(假设试样中不含其他杂质)。
4.22称取混合碱试样0.8766g,加酚酞指示剂,用0.2817mol·L-1HCl溶液滴定至终点,计
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