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工程化学习题答案
第1章物质的聚集状态
思考题与习题
1、填空题
1.27℃时,在压力为30.39kPa下测定某气体1dm3的质量为0.537g,此气体的摩尔质量是44.1g/mol。
2.在101.325kPa和25℃时,用排水集气法收集到1molH2,其体积24.46dm2
3.比较下列气体在25℃,101325kPa时的混合气体的分压:
1.00gH2>1.00gNe>1.00gN2>1.00gCO2
4.101.325kPa下,空气中氧气的分压为21278.25kPa。
5.恒温恒压下,混合气体中某组分气体的物质的量等于其体积分数。
6.下列溶液蒸汽压由低到高的顺序为BDCA,沸点由低到高为ACDB。
A.0.1mol.kg-1HAc溶液B.0.1mol.kg-1H2SO4溶液
C.0.1mol.kg-1蔗糖溶液D.0.1mol.kg-1NaCl溶液
7.按照范德华的想法,实际气体的分子本身有体积,分子间有作用力。
8.油酸钠C17H35COONa的HLB值为18.025。
9.稀溶液依数中的核心性质是蒸汽压下降。
10.下列水溶液蒸汽压最大的是A;沸点最高的是B;凝固点最低的是A。
A.0.2mol.kg-1C11H22O11溶液B.0.2mol.kg-1HAc溶液
C.0.2mol.kg-1NaCl溶液D.0.2mol.kg-1CaCl2溶液
2、选择题
1.真实气体与理想气体的行为较接近的条件是D。
A.低温和低压B.高压和低温C.高温和高压D.低压和高温
2.在压力为p,温度为T时,某理想气体的密度为ρ,则它的摩尔质量M的表达式为A。
A.M=(ρ/p)RTB.M=(p/ρ)RTC.M=(nρ/p)RTD.M=(p/nρ)RT
3.在气体状态方程pV=nRT中,如果R的数值为8.314,体积的单位是m3,则压力的单位为C。
A.大气压(atm)B.毫米汞柱(mmHg)C.帕(Pa)D.千帕(kPa)
4.在1000℃和98.66kPa下,硫蒸汽的密度为0.597g/dm3,则此时硫的分子式为B。
A.SB.S2C.S4D.S8
5.若气体压力降为原来的1/4,热力学温度是原来的两倍,则气体的现体积变化为原体积的A倍。
A.8B.2C.1/2D.1/8
6.质量摩尔浓度为1mol.kg-1的溶液是指C中含有1mol溶质的溶液。
A.1L溶液B.1L溶剂C.1000g溶剂D.1000g溶液
7.水溶液的蒸汽压大小的正确的次序为A。
A.1mol.kg-1H2SO4<1mol.kg-1NaCl<1mol.kg-1C6H12O6<0.1mol.kg-1NaCl<0.1mol.kg-1C6H12O6
B.1mol.kg-1H2SO4>1mol.kg-1NaCl>1mol.kg-1C6H12O6>0.1mol.kg-1NaCl>0.1mol.kg-1C6H12O6
C.1mol.kg-1H2SO4<1mol.kg-1NaCl<0.1mol.kg-1C6H12O6<0.1mol.kg-1NaCl<0.1mol.kg-1C6H12O6
D.1mol.kg-1H2SO4>1mol.kg-1NaCl>0.1mol.kg-1C6H12O6>0.1mol.kg-1NaCl>0.1mol.kg-1C6H12O6
8.将18.6g非电解质溶于250g水中,若溶液的凝固点降低了0.744℃,则该溶质的分子量为A
(假设Kfp=1.86)
A.186B.93.0C.298D.46.5
9.12g尿素CO(NH2)2溶于200g水,则此溶液的沸点为D。
A.98.14℃B.101.86℃C.101.75℃D.100.52℃
10.37℃的人的血液的渗透压775kPa,与血液具有同样的渗透压的葡萄糖静脉注射液的浓度应为C。
A.85.0g.dm-3B.5.41g.dm-3C.54.1g.dm-3D.8.50g.dm-3
3、简答题
1.将32g氮气和32氢气在一容器中混合,设气体的总压力为P总,试求氮气和氢气的分压。
解:
nN2=
=
=
mol
nH2=
=16mol
H2分压PH2=
=0.933P总
N2分压PN2=
=0.067P总
2.在一个10dm3的容器中盛有N2、O2和CO2三种气体,在30℃测得混合气体的总压为1.2×105Pa。
如果已知其中O2和CO2的质量分别为8g和6g,试计算:
(1)容器中混合气体的总物质的量;
(2)N2、O2和CO2三种气体的物质的量分数;(3)N2、O2和CO2三种气体的分压;(4)容器中N2质量。
解:
nN2=
mol,nO2=
mol
P总V=n总RT,得P总=9.76×104Pa
PN2=yN2.P总=
=3.35×104Pa
PO2=yO2.P总=6.21×105Pa
(1)由PV=nRT得,n总=
=0.48mol
(2)nO2=
=0.25mol,nCO2=
=0.14mol
nN2=0.09mol,XO2=
=0.52,XCO2=
=0.29
XN2=0.19
(3)PO2=XO2。
P总=6.2×104Pa
同理,PCO2=3.4×104Pa,PO2=6.2×104Pa
(4)mN2=nN2。
MN2=2.52g
4.在27℃,压力为1.013×105Pa时,取100cm3煤气,经分析知道其组成,以摩尔分数计,xco
=60.0%,xH2=10.0%,其它气体为30.0%,求煤气中CO和H2的分压以及CO和H2的物质的量。
解:
Pco=Xco.P总=0.6×1.013×105=60.78kPa
同理,PH2=0.1×P总=10.13kPa
Nco=2.44×10-3mol,NH2=4.06×10-4mol
5.今将压力为9.98×104Pa的H2150cm3,压力为4.66×104Pa的O275.0cm3,压力为3.33×104Pa的氮气50cm3压入250cm3的真空瓶内,求
(1)混合物内各气体的分压;
(2)混合气体的总压;(3)各气体的质量分数
解:
由PV=nRT可得n=
,nH2=
,nO2=
nN2=
,故P总=
=3.3256×105×2.42=8.05×104Pa
(1)P总=
×P总=5.99×104Pa,同理可得
PO2=1.4×104Pa,PN2=0.66×104Pa
(2)P总=8.05×104Pa
(3)XH2=
=0.743,同理XO2=0.174
XN2=0.083
6.用范德华方程式计算在300K下,把2molNH3(g)装在5dm3容器内,其压力是多少。
解:
由PV=nRT得
P=
=
=9.9768×105Pa
7.在20℃时,将50g的蔗糖(C12H22O11)溶于500g水中,求溶液的蒸汽压,已知20℃时水的饱和蒸汽压为2.333×103Pa。
解:
ΔP=
.P*,
=
ΔP=12Pa,P=P*-ΔP=2321Pa
8.甲醇在30℃时蒸汽压为21.3KPa,如果在一定量的甲醇中加入甘油,其蒸汽压降为17.2KPa,求混合溶液中甘油的物质的量分数。
解:
ΔP=W甘.P*得
W甘=
=0.19mol
9.一种难挥发非电解质水溶液,凝固点是-0.930℃,求:
(1)溶液的沸点;
(2)20℃时溶液的蒸汽压,已知20℃时水的饱和蒸汽压为2.333×103Pa。
解:
(1)ΔTf=-0.930℃
ΔTf=Kfb
b=
=0.049
ΔTb=Kbb
ΔTb=0.253℃
Tb=ΔTb+Tb*=100+0.253=100.253℃
(2)ΔP=
=21Pa,P=P*-ΔP=2312Pa
11.计算5%的蔗糖(C12H22O11)溶液的沸点。
解:
bB=
=
=0.1539mol.g-1
ΔTB=Kb.bB=0.079℃
沸点T=100+0.079=100.079℃
12.将蔗糖(C12H22O11)1g制成100ml水溶液,在25℃时该溶液的渗透压为多少?
解:
n=
=
PV=nRT
P=
=7.25×104Pa
13.在10.0kg水中要加多少乙二醇(C2H4(OH)2)才能保证水溶液温度降到-10.0℃时不会结冰?
该水溶液在20℃时的蒸汽压是多少?
该水溶液的沸点是多少?
解:
(1)ΔTf=Kfb,设需要加入mg乙醇才不会结冰
b=
=
,
.kf>10
m>3297g=3.297kg
(2)
=
PA=PA*.XA=2.333×103×
=2129Pa
(3)ΔTB=Kb.bB=0.512×5.32=2.724℃
沸点T=100+2.724=102.724℃
第二章化学反应的基本规律
思考题与习题
1、判断题
1.热的物体比冷的物体含有更多的能量(×)
2.G>0的反应是不可能发生的(×)
3.298K的标准状态下,最稳定单质的标准摩尔生成焓(ΔfHm○)和标准摩尔熵(Sm○)都等于零(×)
4.升高温度,反应的标准平衡常数(K〇)增大,那么,该反应一定是吸热反应(√)
5.在273K、101.235kPa下,水凝结成冰;该过程的ΔS<0、ΔG=0(√)
6.升高温度,可以提高放热反应的转化率(×)
7.活化能越大,化学反应的速率就越快(×)
8.可逆反应达到平衡时,其正、逆反应的速率都为零(×)
9.反应级数取决于反应方程式中反应物的计量系数(×)
10.在一定温度下,随着化学反应的进行,反应速率逐渐变慢,但反应速率常数保持不变(×)
2、选择题
1.反应2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)在绝热钢瓶中进行,那么该反应的(B)
A.ΔH=0B.ΔU=0C.ΔS=0D.ΔG=0
2.化学反应在恒温恒压下发生,该反应的热效应等于(B)
A.ΔUB.ΔHC.ΔSD.ΔG
3.下列有关熵的叙述,正确的是(C)
A.系统的有序度越大,熵值就越小B.物质的熵与温度无关
C.298K时物质的熵值大于零D.熵变大于零的反应可以自发进行
4.反应2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)的ΔrSm○(298K)(B)
A.大于零B.小于零C.等于零D.难以确定
5.某反应在高温时能够自发进行,而低温时难以自发进行,那么该反应满足的条件是(B)
A.ΔH>0,ΔS<0B.ΔH>0,ΔS>0C.ΔH<0,ΔS>0D.ΔH<0,ΔS<0
6.一定温度下,可逆反应N2O4(g)=2NO2(g)在恒温容器中达到化学平衡时,如果N2O4的分解率为25%,那么反应系统的总压力是N2O4未分解前的(B)倍
A.0.25B.1.25C.1.5D.1.75
7.可逆反应A(g)+B(g)=C(g)为放热反应,欲提高A(g)的转化率可采取的措施为(D)
A.升高反应温度B.加入催化剂C.增加A(g)的浓度D.增加B(g)的浓度
8.下列叙述中,正确的叙述是(D)
A.速率常数的单位为mol.dm-3.s-1B.能够发生碰撞的分子是活化分子
C.活化能越大,反应速率越快D.催化剂可以降低反应的活化能
9.对于两个化学反应A和B来说,在反应物浓度保持不变的条件下,25℃时B的反应速率快,而45℃时A的反应速率快,那么(A)
A.A反应的活化能较大B.反应的活化能较大
C.A、B两反应活化能的大小相等D.A、B两反应活化能的大小难以确定
10.对于一个可逆反应,下列各项中受温度影响较小的是(C)
A.ΔrGm○和ΔrHm○B.ΔrGm○和ΔrSm○C.ΔrSm○和ΔrHm○DD.ΔrHm○和K〇
3、填空题
1.在U、Q、W、S、H、G中属于状态函数的是U、S、H、G,在这些状态函数中,可以确定其值大小的函数时S。
2.封闭系统热力学第一定律的热力学表达式为ΔU=Q+U,焓的定义式为H=U+PV,吉布斯函数的定义式为G=H-TS。
3.化学热力学中规定了标准状态,标准压力为100kPa,标准浓度为1mol/L。
4.影响多项反应速率的因素除了浓度、温度和催化剂外,还有相的接触面积和扩散率。
5.根据阿伦尼乌斯公式,当反应温度升高,则反应速率常数会增大;当由于使用催化剂而活化能降低,则反应速率常数会增大。
6.若系统对环境做功160J,同时从环境吸收了200J的热,那么系统的内能变化为40J。
7.两个反应Cu(s)+Cl2(g)=CuCl2(s)和CuCl2(s)+Cu(s)=2CuCl(s)的标准摩尔反应焓变分别为170kJ.mol-1、-260kJ.mol-1;那么CuCl(s)的标准摩尔生成焓为-45kJ/mol。
8.298K下,Na(s)、NaCl(s)、Na2CO3(s)、CO2(g)的标准摩尔熵由大到小的顺序为CO2(g)>Na2CO3(s)>Na2CO3(s)>Na(s)。
9.一定温度下,分解反应NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)达到平衡时,测得此平衡系统的总压力为80kPa;那么,该反应的平衡常数为0.16。
10.反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的ΔrHm○(298K)=179.2kJ.mol-1、ΔrSm○(298K)=160.2J.K-1.mol-1,那么CaCO3(s)分解的最低温度约为1118.6℃。
11.基元反应2NO(g)+Cl2(g)=2NOCl(g)的速率方程式为
。
若将反应物NO(g)的浓度增加到原来的3倍,则反应速率变为原来的9倍;若将反映容器的体积增加到原来的2倍,则反应速率变为原来的0.125倍。
12.在一定条件下,某反应的转化率为73.6%;加入催化剂后,该反应的转化率为73.6%。
4、简答题
1.在体积为1.2dm3的容器中装入某气体,在973kPa下,气体从环境吸热800J后,容器的体积膨胀1.5dm3,计算再次过程中气体内能的变化。
解:
ΔU=Q+W=800-973×(1.5-1.2)=508J
2.辛烷是汽油的主要成分,其燃烧反应方程式为:
C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)
解:
MC8H18=8×12+18=114,nC8H18=
ΔrH〇C8H18(298k)=-[(9×285.83+8×393.5)-208]=-5512.55kJ
100g辛烷燃烧放出的热ΔH=n×ΔrH〇C8H18=-4835.5kJ
3.铝粉与Fe2O3组成的铝热剂发生的铝热反应为:
2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)。
计算铝粉完全发生铝热反应可以放出多少热量?
解:
Al(s)+1/2Fe2O3(s)=1/2Al2O3(s)+Fe(s)
MAl=27g/mol,nAl=5/27mol
ΔrH〇Al(298k)=-(1/2×1676+0-1/2×824.2-0)=-425.8kJ
5.0g的铝粉ΔH=nAlΔrH〇Al(s)(298K)=78.9J
4.根据下列热化学方程式:
(1)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g),ΔrHm,1(T)=-27.6kJ/mol
(2)3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+3CO2(g),ΔrHm,2(T)=-58.6kJ/mol
(3)Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g),ΔrHm,3(T)=38.1kJ/mol
不用查表,计算反应FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)的ΔrHm(T)
解:
rHm(T)=ΔrHm,3(T)×2-ΔrHm,1(T)×3+ΔrHm,2(T)
=-[2×38.1-3×(-27.6)+(-58.6)]=-16.7kJ/mol
5.已知HCl(g)、NH3(g)和NH4Cl(s)的ΔfHm〇分别为-92.3kJ/mol、-46.1kJ/mol和-314.4kJ/mol,且有:
HCl(g)=HCl(aq)ΔrHm,1〇=-72.3kJ/mol
NH3(g)=NH3(aq)ΔrHm,2〇=-35.2kJ/mol
HCl(aq)+NH3(aq)=NH4Cl(aq)ΔrHm,3〇=-60.2kJ/mol
求:
(1)2.0molHCl(g)和2.0molNH3(g)反应生成2.0molNH4Cl(s)放出的热量;
(2)1.0molHCl(g)和1.0molNH3(g)同时溶于水的热效应;(3)NH4Cl(aq)的标准摩尔生成焓;(4)1.0mol的NH4Cl(s)溶解于水中生成NH4Cl(aq)的热效应,并说明该过程为吸热还是放热。
解:
ΔfHHCl〇(aq)=-(73.2+92.3)=-165.5KJ/mol
ΔfHNH3〇(aq)=-(35.2+46.1)=-81.3KJ/mol
ΔfHNH4Cl〇(aq)=-(165.5+81.3+60.2)=-307KJ/mol
(1)ΔH=ΔrHm,1〇+ΔrHm,2〇+ΔrHm,3+(ΔfHNH4Cl〇(s)-ΔfHNH4Cl〇(aq))
=-73.2-35.2-60.2+(-314.4+307)=-175.6kJ
2molHCl(g)+2NH3(g)=2NH4Cl(s)的ΔH=-2×175.6=-351.2kJ
故反应放热量为351.2kJ
(2)ΔH=ΔrHm,1〇+ΔrHm,2〇=-73.2-35.2=-108.4kJ
故放热量为108.4kJ
(3)NH4Cl(s)=NH4Cl(aq)的ΔH
ΔH=ΔfHNH4Cl〇(aq)-ΔfHNH4Cl〇(s)=-307-(-314.4)=7.4KJ
故1mol的NH4Cl(s)溶解于水中生成NH4Cl(aq)需要吸收7.4KJ的能量
6.在101.325kPa、338K(甲醇的沸点)时,将1mol的甲醇蒸发变成气体,吸收了35.2kJ的热量,求此变化过程的Q、W、ΔU、ΔH、ΔG。
解:
ΔH=Q恒压反应热等于系统的焓变
ΔH=Q=35.2KJ
W=-P.ΔV=-P.VCH3OH=-nCH3OHRT=-1×8.314×338=-2.8kJ
ΔU=Q+W=35.2-2.8=32.4kJ
ΔG=0
7.计算下列反应的ΔrS〇m(298k)。
(1)2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l)
(2)CaO(s)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2OH-(aq)
解:
(1)2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l)
S〇m205.7205.03248.169.91
ΔrS〇m(298k)=(2×69.91+2×248.1)-(2×205.7+3×205.03)=-390.47J/mol.k
(2)CaO(s)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2OH-(aq)
S〇m4069.91-53.1-107.5
ΔrS〇m(298k)=(-53.1-10.75)-(40+69.91)=184.5J/mol.k
8.计算下列可逆反应的ΔrG〇m(298k)和K〇(298k)。
(1)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)
(2)1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)
(3)2NH3(g)=N2(g)+3H2(g)
解:
(1)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)
ΔfG〇m00-16.5
ΔrG〇m(298k)=2×(-16.5)=-33kJ.mol
故K〇=6.3×105
(2)ΔrG〇m(298k)=-16.5kJ/mol
K〇=7.9×102
(3)ΔrG〇m(298k)=33kJ/mol
K〇=4.0×1011
9.已知反应2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)的ΔrH〇m(298k)=-198.2kJ/mol、ΔrS〇m(298K)=-190.1kJ/mol.k,求:
(1)该反应在298k时的ΔrG〇m(298k);
(2)该反应在500k时的ΔrG〇m(500k)和K〇(500k)。
解:
(1)ΔrG〇m=ΔrH〇m-TΔrS〇m
=-198.2-298
=-141.5kJ/mol
(2)ΔrG〇m(500k)=ΔrH〇m(298K)-500×ΔrS〇m(298K)=-198.2-500
=-103.2kJ/mol
K〇=6.3×1010
11.用两种方法计算下列反应在298k时的ΔrG〇m(298k),并判断反应在298k的标准状态下可否自发进行。
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)
解:
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)
ΔfH〇m90.25-110.520-393.51
ΔfG〇m86.57-137.150-394.36
S〇m210.65197.56191.5213.6
ΔrG〇m(298k)=2×[-394.36-86.57-(-137.15)]=-687.6kJ/mol
298K时,ΔrG〇m<0,故反应可以自发进行。
12.用碳还原Fe2O3制铁的反应方程式为:
3C(s)+Fe2O3(s)=2Fe(s)+3CO(g)。
判断该反应在298k的标准状态下能否自发进行?
若不能自发进行,请指出该反应发生的温度条件。
解:
3C(s)+Fe2O3(s)=2Fe(s)+3CO(g)
ΔfG〇m0-742.20-137.15
ΔrG〇m(298k)=3×(-137.15)-(-742.2)=330.9kJ/mol>40kJ/mol
故该反应在298K下不可自发进行
ΔrH〇m(298K)=3×(-110.52)+2×0-0×3-(-824.2)=492.64kJ/mol
ΔrS〇m=3×197.56+2×27.3-3×5.74-87.4=542.66J/mol
ΔrG〇m=ΔrH〇
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