2023年工程化学基础第二版练习题参考超详细解析超详细解析答案.pdf

1 浙江大学练习题参考答案 第一章 绪 论 练习题p.9 1.1；2；3；4。2.1C、D；2C；3B。3.反应进度；mol。4.两相不计空气；食盐溶解，冰熔化，为一相；出现 AgCl，二相；液相分层，共三相。5.两种聚集状态，五个相：Fe固态，固相 1，FeO固态，固相 2，Fe2O3固态，固相 3，Fe3O4固态，固相 4，H2Og和 H2g 同属气态，一个气相 5 6.n=216.5 180g/(36.5g mol-1)=1.0 mol 7.设最多能得到 x 千克的 CaO 和 y 千克的 CO2，根据化学反应方程式：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)摩尔质量/gmol-1 100.09 56.08 44.01 物质的量/mol 100095%10009103.x56.08 310 y44 01103.因为 n(CaCO3)=n(CaO)=n(CO2)即 100095%10009103.=x56.08 310=y44 01103.得 x=m(CaO)=532.38kg y=m(CO2)=417.72kg 分解时最多能得到 532.28kg 的 CaO 和 417.72kg 的 CO2。8.化学反应方程式为 3/2H2+1/2N2=NH3时：22(H)6mol4mol3(H)2n 22(N)2mol4mol1(N)2n 33(NH)4mol4mol1(NH)n 化学反应方程式为 3H2+N2=2NH3时：22(H)6mol2mol3(H)n 2 22(N)2mol2mol1(N)n 33(NH)4mol2mol2(NH)n 当反应过程中消耗掉 2mol N2时，化学反应方程式写成 3/2H2+1/2N2=NH3，该反应的反应进度为 4 mol；化学方程式改成 3H2+N2=2NH3，该反应的反应进度为 2 mol。9.nH2=H2=0.5 mol(2)=1 mol nH2O=H2O=0.5 mol2=1 mol 消耗掉 1 molH2，生成 1 molH2O。思考题 1 略。2 物质层次有哪些？各层次物质运用适用的理论是什么？答：1宏观物体牛顿力学;2微观物体量子力学；3宇官物体广义相对论；4渺观物体超弦？3.略。4.以人体或烧结炉为例说明系统和环境的划分和确定不是绝对的，而是相对的。答：系统的选择根据研究需要而定，不同的方法和不同的角度对系统的划分也不同。以烧结炉为例，在烧结炉中放置两块金属如铁片和银片，其间放有低熔点合金如锡和鉍的合金，在可控复原气氛如氮和氢的混合气体保护下加热，则两块难熔金属将被烧结在一起。在这个例子中，如果要讨论烧结工艺的有关问题就可以把整个烧结炉作为系统，它包括金属片、低熔点合金和气体介质，而烧结炉外空间中的物质则均为环境。如果想研究烧结炉内可控保护气体间发生的反应，那么就可把氮气分解的化学反应当作一个系统加以讨论。而炉膛内的支架、难熔合金片、低熔点等物质及绝热均为环境。可见，“系统”确实定是根据研究对象的需要划分的。5.略。6.20 的实验室内，把一只盛有水和冰的但没有盖的瓶子作为一个系统来研究，那么该系统可称为什么系统？它可与环境交换些什么？假设盖上盖子密封，则情况怎样？这个系统称为什么系统？假设将这个瓶子用绝对隔热实际上是不可能的石棉布包裹，情况又如何？这个系统称为什么系统？如果把整个实验室作为一个孤立系统来讨论，此时需要什么条件？答：1敞开系统，物质和能量的交换；2封闭系统，能量的交换；3孤立系统，既无物质的交换也无能量的交换；7.略。8.摩尔mol是物质的量的单位，使用时应注意什么？答：在使用物质的量的单位时必须指明基本单元。9.略。10.反应进度的物理意义是什么？能不能随便改动化学反应方程式？生成一定量的OH2时，反应OHHO22221=+与反应OHHO22222=+的反应进度是否相同？答：1物理意义：反应系统中任何一种反应物或生成物在反应过程中物质的量 3 的变化c与该物质的化学计量数B的比值。2因反应进度与化学计量数有关，故不能随便改动化学反应方程式。3生成物的物质的量一定，化学计量数不同，则反应进度也不同。第二章 物质的化学组成和聚集状态 2.1 物质的化学组成 练习题(p.23)1 化学式或名称 名称或化学式 配位中心 配位体 配位原子 配位数 KPt(NH3)C13 三氯一氨合铂()酸钾 Pt()NH3,Cl N,Cl 4 Na2Zn(OH)4 四羟合锌()酸钠 Zn()OH O 4 Ni(en)3SO4 硫酸三乙二胺合镍()Ni()H2NCH2CH2NH2(en)N 6 Co(NH3)5ClC12 二氯化一氯五氨合钴()Co()NH3,Cl N,Cl 6 Na2CaY 乙二胺四乙酸合钙()酸钠 Ca()(-OOCCH2)2NCH2-CH2N(CH2COO-)2(EDTA 或 Y4-)N,O 6 Ni(CO)4 四羰合镍(0)Ni(0)CO O 4 氯化二氨合银(I)Ag(NH3)2C1 Ag(I)NH3 N 2 六氰合铁()酸钾 K4Fe(CN)6 Fe()CN N 6 其中，螯合物有：3Ni(en)3SO4和5 Na2CaY 2答：金刚石、石墨和碳团簇都是碳的同素异形体。金刚石的 C 原子之间通过共价键形成原子晶体，是天然产物中硬度最大、熔点最高(3550)、不导电的贵重材料；石墨晶体中同层粒子间以共价键结合，平面结构的层与层之间则以分子间力结合。由于层间的结合力较弱，容易滑动，所以有导电性和滑动性,用于铅笔芯、润滑材料、电极材料。碳团簇,如 C60,是由 60 个碳原子以 20 个六边形和 12 个五边形相间组成的 32 面体球形分子，形如足球，具有类似“烯烃”的某些反应性能，也称“足球烯”，球碳团簇及其衍生物在超导电性、半导体、非线性光学等方面具有奇异性能。碳纳米管是一种由单层或多层石墨卷成的纳米微管，多层碳管各层之间的间隔为石墨的层间距。碳管两头可以是空的，也可被半个 C60或更大的球碳 4 所封闭。碳纳米管可以是不同禁带宽度的半导体，可以用于未来电子工业制造电子器件和超薄导线，使电子芯片集成度更高，体积更小,也是制备高强度轻质材料的理想组元。3 Sn1xCnxO2，存在于黑漆古铜镜中，是表层耐磨物质；Y2O2S:Eu3+，可用作彩色电视的发光材料；GaAs1-xPx，制备发光二极管的材料。另外还可以举出许多例子 4聚苯乙烯(CH2-CH)n-中的链节、重复单元都是CH2-CH ，聚合度是 n。聚 酰 胺 610 有 两 个 链 节：，两个链节组成一个重复单元,聚酰胺的聚合度是 2n。【注意】高分子化合物的重复单元可以包含不同的链节，聚合度以链节数来计量。特别注意，在聚酰胺化学式中，名称后的第一个数字指二元胺的碳原子数，第二个数字指二元酸的碳原子数，所以聚酰胺610 是由己二胺和癸二酸为单体缩聚而得的。5 名称 化学式 类型 聚丙烯 CHCH2nCH3 碳链高分子 聚丙烯腈 CHCH2nCN 碳链高分子 尼龙66 NH(CH2)6NHC(CH2)4COOn 杂链高分子 聚二甲基硅氧烷 SiOnCH3CH3 元素有机高分子 6 高分子名称 单体化学式 命名 聚乙烯 CH2CH2 乙烯 聚丙烯 CH3CHCH2 丙烯 聚氯乙烯 ClCHCH2 氯乙烯 聚苯乙烯 CHCH2 苯乙烯 聚四氟乙烯 CF2CF2 四氟乙烯 聚异戊二烯 CH2CCHCH2 CH3 2-甲基-1，3-丁二烯 异戊二烯 5 聚酰胺 H2N(CH2)6NH2 HOOC(CH2)4COOH 己二胺 己二酸 NH(CH2)5C=O 己内酰胺 聚甲基丙烯酸甲酯 CH2CCOOCH3 CH3 2-甲基-丙烯酸甲酯 聚环氧乙烷 CH2CH2 O 环氧乙烷 聚丙烯腈 CH2CHCN 丙烯腈 聚丙烯酰胺 CH2CHCNH2O 丙烯酰胺 聚对苯二甲酸乙二(醇)酯 COOHCHOO HO CH2 CH2OH 1，4-苯二甲酸 对苯二甲酸 乙二醇 酚醛树脂 OH ，HCHO 苯酚 甲醛 聚二甲基硅氧烷 SiOHOHCH3CH3 二甲基二羟基硅烷 ABS CH2CHCN，CH2CHCHCH2，CHCH2 丙烯腈，1，3-丁二烯，苯乙烯 7答：蛋白质分子是一条或多条多肽链构成的生物大分子，多肽链由氨基酸通过肽键酰胺键，CONH共价连接而成，相对分子质量可从一万到数百万。各种多肽链都有自己特定的氨基酸顺序，人体蛋白质由 20 种氨基酸组成，除脯氨酸外，其它 19 种均是-氨基酸，结构通式为 RCH(NH2)COOH，R 是每种氨基酸的特征基团。蛋白质有不同层次的结构，分为一级、二级、三级和四级结构。多肽链中氨基酸的数目、种类和连接顺序称为蛋白质的一级结构；多肽链中假设干肽段在空间的伸张方式，如-螺旋、-折叠等称二级结构；多肽链在二级结构基础上，依靠基团相互作用进一步卷曲、折叠而成的更复杂的三维空间结构称三级结构；两条或两条以上具有三级结构的多肽链按特定方式结合而成的聚合体称四级结构。一级结构又称为基本结构，二级结构以上属高级结构。通常只有那些具有高级结构的蛋白质才有生物活性。脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)由磷酸、脱氧核糖或核糖、有机碱组成，有机碱分别为腺嘌呤Adenine，鸟嘌呤Guanine，胞嘧啶Cytosine，胸腺嘧啶Thymine和尿嘧啶Uracil，简称 A，G，C，T，U。它们的基本结构单元是单核苷酸，单核苷酸通 6 过 3，5-磷酸二酯键互相连接形成多核苷酸链。DNA 和 RNA 结构之间的主要区别在戊醛糖和嘧啶碱上。核酸与蛋白质一样，也有特殊的空间结构，DNA 通过碱基互补配对原则形成双螺旋结构。DNA 和 RNA 的基本化学组成 组成 DNA RNA 酸 H3PO4 H3PO4 戊 醛 糖 CHOCHHCOHHCOHHCH2OH OHOHHHHHOHHOH2C12345 脱氧核糖 CHOCOHHCOHHCOHHCH2OH OOHOHHHHHOHHOH2C 54321 核糖 有 机 碱 嘌呤碱 NNNHNNH2NHNNHNONH2 腺嘌呤A 鸟嘌呤G NNNHNNH2NHNNHNONH2 腺嘌呤A 鸟嘌呤G 嘧啶碱 NHNHOOH3CNNHNH2O 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T NNHNH2ONHNHOO 胞嘧啶C 尿嘧啶U 单 核 苷 酸 NNNNNH2OHOHHHCH2HPOOHHOOHNHOOH3CNOHOHHHHCH2HOPOHOHO 3 腺嘌呤脱氧核苷酸 5 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 NHNNONH2NOOHHHHCH2HOPOOHHOOHNHOONOOHOHHHHCH2HOPHOOHO 3 鸟嘌呤核苷酸 5 尿嘧啶核苷酸 8 1金属有机，CO，CO，化学气相沉积。2DNA，RNA，蛋白质。思 考 题 1.分析配位中心和配体的特征，为什么螯合物特别稳定？答：配位中心：处于配合物中心的位置的正离子或中性原子；配体：按一定空间位置排列在配位中心周围的负离子或中性分子。由于螯合效应，所以螯合物的稳定性很强。2.联系实际，简述团簇、非整比化合物在工程应用中的重要性。答：碳纳米管可用于未来电子工业制造电子器材和超细导线，使电子芯片集成度更高，体积更小。碳纳米管有优异的力学性能，有很好的韧性，弹性比碳纤维高 5 个数量级，是制备高强度轻质材料的理想组元。7 非整比化合物等在材料中十分重要，可以控制或改善无机固体材料的光、电、声、磁、热和力学性质。例如，碳化物、氮化物在钢材中可以有效的提高钢材的硬度。3.略。4.联系实际，体会一般高分子化合物和生物大分子的异同。略 5.比较蛋白质和核酸在生物体内的重要作用，现代生物工程主要包括哪些方面？答：略。2.2 固 体 练 习 题 p.32 1 1B，F。2D。3C、D、E、F，D、F。4A。2熔点高低为：MgOCaOCaF2CaCl2。因为电荷之间作用力为 f=k(Q+Q)/(r+r)2，典型离子晶体的熔点与其作用力有相同的变化规律，其中以 Q+、Q为主，r+、r为参考。3熔点高低为：SiCSiBr4SiF4。因为粒子间作用力大小与晶体的熔点高低规律一致，SiC是原子晶体，SiF4和 SiBr4为分子晶体，原子晶体以共价键结合，分子晶体以分子间力结合，共价键作用强于分子间力。在同为分子晶体的 SiF4和 SiBr4中，SiBr4的相对分子质量大于SiF4，前者分子间力大于后者。4因为钠卤化物是离子晶体，而所列硅卤化物均为分子晶体。离子晶体以离子键结合，离子间作用力大，而分子晶体以分子间力结合，分子间力较离子键弱，所以硅卤化物的熔点总比钠卤化物的低。离子键强弱随电荷数增大而增强，而分子间力随相对分子量的增大而增强，所以两者间变化规律不一致。5(1)熔点由高到低为：BaCl2FeCl2AlCl3CCl4。因为 BaCl2为典型的离子晶体，熔点较高；FeCl2和 AlCl3同为过渡型晶体，高价态的倾向于形成共价键为主的分子晶体，熔点、沸点较低；低价态的倾向于形成以离子键为主的离子晶体，熔点、沸点较高。正离子价态越高，吸引负离子的电子云的能力越强；负离子的半径越大，其电子云越易被正离子吸引过去。结果减弱了正、负离子间作用力。故 AlCl3比 FeCl3更偏向于分子晶体，熔点更低；CCl4则为典型的分子晶体，熔点更低。(2)硬度从大到小为：SiO2BaOCO2。因为 SiO2是原子晶体，硬度最大；BaO 是典型的离子晶体，硬度较大；CO2为典型的分子晶体，硬度最小。6耐高温金属：W(钨，熔点 3410)，Re(铼，熔点 3180)。W 和 Re 用于测高温的热电偶材料。易熔金属：Hg(汞，熔点38.87)，用于测体温的温度计。Sn(锡，熔点 231.9)，用于制作自动灭火设备、锅炉安全装置、信号仪器(表)、电路中的保险丝等的合金材料。7非晶态线型高分子聚合物在不同温度下可以呈现出玻璃态、高弹态和粘流态等三种不同 8 的物理状态。低温时处于玻璃态，此时不仅高分子的整个分子链不能运动，连个别的链节也不能运动，变得如同玻璃体一般坚硬。当温度升高到一定程度时，高分子的整个链还不能运动，但其中的链节已可以自由运动了，此时在外力作用下所产生的形变可能到达一个很大的数值，表现出很高的弹性，称为高弹态。当温度继续升高，使整条分子链可以自由运动，成为流动的粘液，此时称为粘流态。由玻璃态向高弹态转变的温度叫做玻璃化温度Tg。由高弹态向粘流态转变的温度叫做粘流化温度Tf。塑料的 Tg高于室温，橡胶的 Tg低于室温。作为塑料，要求在室温下能保持固定的形状，因此 Tg越高越好。作为橡胶，要求能够保持高度的弹性，因此 Tg越低越好。Tf是高分子化合物成型加工的下限温度。温度高，流动性大，便于注塑、浇塑和吹塑等加工。但 Tf过高可能引起分解，高分子化合物的分解温度是成型加工的上限温度。对高分子材料的加工来说，Tf越低越好；对耐热性来说，Tf越高越好。Tg与 Tf差值越大，橡胶的耐寒、耐热性也越好，其应用温度范围越宽。8 1基于橡皮室温下处于高弹态这一力学特征。室温下橡皮塞处于高弹态，在外力作用下能产生形变，表现出很高的弹性，故可以密封容器口使其不漏气。2基于 BaCl2的高温稳定性。BaCl2是典型的离子晶体，熔点高，稳定性较好，不易受热分解，其熔融态可用作高温时某些金属的加热或恒温介质，即盐浴剂，使该经高温处理的金属慢慢冷却保持晶形。3基于金属有机化合物中化学键的不同稳定性。过渡金属有机化合物中，MC 键不是典型的离子键，键能一般小于 CC 键，容易在 MC 处断裂，用于化学气相沉积CVD，能沉积成高附着性的金属膜，致密的金属膜附着在玻璃上制得镜子。2.3 液体和液晶 练 习 题(p.44)1 1饱和，方向，降低，氢，氧 21 千克溶剂 3C12H25SO3Na，-SO3-，C17H35，O(CH2CH2O)，R ，油包水型乳状液 48，润湿剂；16-18，洗涤剂、增溶剂。5热致液晶，溶致液晶 2(1)pH 大小：10时20时50时，因为 pH=1gc(H+)c，Kw=c(H+)cc(OH)c，Kw随温度升高而升高，故 c(H+)随温度升高而升高，pH 随温度升高而减小。9(2)电导率大小：10时20时0.2mol kg10.5mol kg1，因为*ffffBTTTK b，fT表示溶液的凝固点下降值，*fT、fT分别表示纯溶剂和溶液的凝固点；Bb是溶质的质量摩尔浓度，单位为 molkg-1，fK为凝固点下降常数，取决于纯溶剂的特性而与溶质特性无关。(4)凝固点高低：C6H12O6的NaCl 的Na2SO4的，因为 C6H12O6是非电解质，NaCl 和Na2SO4是强电解质，在水溶液中电离出的离子数不同，0.1 molkg-l NaCl 和 0.1 molkg-l Na2SO4溶液的实际质点的质量摩尔浓度分别为 0.2molkg-l和 0.3molkg-l，根据凝固点下降公式，凝固点随质点数的增加而降低。(5)渗透压高低：0.1mol kg10.2mol kg1CrCoCu。因为 Ti、Cr、Co、Cu 的外层电子结构依次为 3d24s2、3d54s1、3d74s2、3d104s1，d 电子越多,与 C 成键的可能性越小,因此形成碳化物倾向性也越小。思考题 1.p 区零族元素和 d 区第族元素的最外层电子组态是否相同？试写出它们的通式。答：p 区零族元素：ns2np16 d 区第族元素:(n1)d110ns12 2.合金有哪几种基本类型？置换固溶体和间隙固溶体的晶格结构有何区别？答：根据合金中组成元素之间相互作用的情况不同，一般可分为三种结构类型：金属固溶体型；金属间化合物型；简单机械混合型。置换固溶体：溶质原子占据了溶剂原子的位置；间隙固溶体：溶质原子半径小，分布在溶剂原子空隙之间。3.3 化学键 分子间力 高分子材料 练习题(p.86)1 1c，f 2a、b，c，d，g (3)a，d (4)d (5)b 2乙二胺四乙酸合钙(II)酸钠 ，Ca2+，乙二胺四乙酸 。3化学键氢键分子间力。4聚甲基丙烯酸甲酯是 II 类给电子性高聚物，它的溶度参数=19.4(Jcm3)1/2;能溶解它的溶剂必须是弱亲电子溶剂,而且其溶度参数要相近，它们是三氯甲烷 =19.0(Jcm3)1/2、二氯甲烷 =19.8(Jcm3)1/2。聚氯乙烯是 I 类弱亲电子性高分子化合物，=19.8(Jcm3)1/2；能溶解它的溶剂必须是给电子性溶剂,而且其溶度参数要相近，它们是环己酮(II 类给电子性溶剂)=20.2(J cm3)1/2、四氢呋喃(II 类给电子性溶剂)=18.6(Jcm3)1/2。聚碳酸酯是 II 类给电子性化合物，=19.4(Jcm3)1/2；能溶解它的溶剂必须是弱亲电子溶剂,而且其溶度参数要相近，它们是三氯甲烷 =19.0(Jcm3)1/2、二氯甲烷 =19.8(Jcm3)1/2。59 个 键,2 个 键。6第(1)组中的 HF、第(2)组中的 H2O、第(3)组中的 CH3CH2OH、第(4)组中的 15 、(O)C (CH2)x C(O)N(H)(CH2)y N(H)n有氢键。因为它们中有电负性大的 F、O、N 等元素，它们将对与其直接相连接的 H 的电子云强烈吸引，使 H 裸露成质子，它再吸引 F、O、N 上的电子云，F、O、N 等元素(用 X 表示)与质子(用 H 表示)与另一个分子上的 F、O、N 等元素(用 Y 表示)形成了 XHY 多中心轨函而产生了氢键。7聚二甲基硅氧烷的线型分子的化学式：其性质及产生原因：1耐热性。这是由于SiO键的键能4521 molkJ 大于CC键、CO键。2耐寒性。线型有机硅氧烷的分子较对称，硅氧烷的极性不大，因此耐寒性较好。（3）耐水性。聚有机硅氧烷的侧链是羟基，呈憎水性。（4）电绝缘性。聚有机硅氧烷具有不随外电场而取向极化的非极性侧基和分子的对称性，因此有高度的绝缘性和介电性能。8详见教材 8384 页。注意橡胶和塑料的原料都是高分子化合物，高分子化合物可有不同合成工艺，不同工艺、不同配方所得高分子分子量不同，其 Tg、Tf也不同。有时同一种高分子化合物既可作塑料又可作橡胶，聚氨酯类高分子化合物就属这种情况。思 考 题 1.化学键是什么？一般可分成几类？各类化学键中原子、电子的关系是怎样？原子在分子中对电子吸引力的大小用什么来衡量？答：化学键：原子结合态比方分子中相邻原子间较强烈的相互作用。一般可分为离子键、共价键两类。离子键是由正负离子痛过强烈的静电作用而形成的化学键，没有自由电子。共价键是由共享电子对形成的化学键。电负性来衡量。1.两个氢原子是怎样结合成分子的？两个氦原子为什么不能结合成He2分子？答：1在氢分子中，两个 H 原子的 1s 轨道可以组合成 1 个H2的两个分子轨道。而 2 个1s 电子首先填充在成键分子轨道中，填充的结果使整个分子系统的能量降低，因此，H2分子能够稳定存在。.3.4 晶体缺陷 陶瓷和复合材料 16 练习题(p.97)1 2 陶瓷由晶相、晶界相、玻璃相和气相组成。晶相是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷的主要性质。晶界相是多晶结合处的缺陷，对晶体功能影响很大，是功能产生的原因。玻璃相起粘结作用，能降低烧成温度，可填充气孔气相，可使陶瓷的电热绝缘性能大大提高。气相不可防止，但可降低到最低程度。气孔可减轻重量，但抗电击穿能力下降，受力时易产生裂缝，透明度下降。3 尽管硅酸盐有多种形式的结构，但都是 Si 和氧的共价键结合的硅氧四面体负离子基团，基团内镶嵌着金属正离子,与硅氧四面体负离子基团中的氧以离子键结合，其绝缘性取决于负离子基团中的氧与金属离子间的结合力。硅氧西面体的框架是确定的，金属离子的电荷与半径决定了结合力的大小，金属离子的电荷较高,半径大,结合力大。Na+电荷低，半径小，所以含量越低越好。4 氮化硅 Si3N4，偏共价键型。外层电子排布式 14Si1s22s22p63s23p2，7N 1s22s22p3。电负性 Si 1.8 N 3.0。氮化硅耐高温,在 1200下可维持室温时的强度和硬度，在氧化情况不太严重的介质中最高安全使用温度可到 16001750，用作火箭发动机尾管及燃烧室，无冷却汽车发动机。5铁氧体的化学组成主要是 Fe2O3,此外有二价或三价的 Mn、Zn、Cu、Ni、Mg、Ba、Pb、Sr、Li 的氧化物,或三价的稀土元素 Y、Sm、En、Gd、Fb、Dy、Ho 和 Er 系的氧化物。NiMnO3及 CoMnO3等虽不含 Fe，但也是铁氧体。它可用作电脑和自动化装置中的记忆(贮存)元件,用作隐身材料。6BYCO 的化学组成为 Ba、Y、Cu 的氧化物,但不一定成整数比。它可用作超导材料，制成电缆输电、发动机的线圈、磁力悬浮高速列车。7WCCo 金属陶瓷的简单制备过程如下：WO3+C W+CO2 W(粉末)+C WC(粉末)CoO+C Co(粉末)WC(粉末)+Co(粉末)(烧结)WCCo 金属陶瓷 8玻璃钢是一种复合材料，它由合成树脂,如酚醛树脂、环氧树脂及玻璃纤维等组成，将玻璃纤维(增强相)浸渍在树脂(粘结相，基体)中，再加以固化剂、稀释剂、填充剂、增塑剂等 17 辅助材料制成。它的主要优点是质轻，电绝缘性好，不受电磁作用，不反射无线电波，微波透过性能好，耐磨，耐腐蚀，成型简便。可用作汽车、轮船外壳、室内器具等。第四章 化学反应与能源 4.1 热化学与能量转化 练习题(p.106)1(1)a、b；(2)b、d；(3)c；(4)b 2 C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(g)fHm(298.15)/kJ.mol1 227.4 0 393.5 241.8 rHm(298.15)=2(393.5)241.8227.4 kJ mol1 =1256.2 kJ mol1 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)fHm(298.15)/kJ.mol1 74.6 0 393.5 241.8 rHm(298.15)=(393.5)+2(241.8)(74.6)kJ mol1 =802.5 kJ mol1 C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(g)fHm(298.15)/kJ.mol1 52.4 0 393.5 241.8 rHm(298.15)=2(393.5)+2(241.8)52.4 kJ mol1 =1323 kJ mol1 C2H6(g)+7/2O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g)fHm(298.15)/kJ.mol1 84.0 0 393.5 241.8 rHm(298.15)=2(393.5)+3(241.8)(84.0)kJ mol1 =1428.4 kJ mol1 可见，燃烧 1molC2H4或 C2H6放出的热量大于 C2H2，因此可以代替，而 CH4不行。3 Na2S(s)+9H2O(g)=Na2S 9H2O(s)fHm/kJ.mol1 372.86 241.8 3079.41 rHm(298.15)=(3079.41)(372.86)+(241.8)9kJ mol1 =530.35 kJ mol1 1kg Na2S的物质的量：n=1000g/(22.99232.07)g mol1=12.81mol Q=Qp=H=(530.35kJ mol1)12.81mol=6794 kJ 4 2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(l)fHm/kJ.mol1 50.63 9.66 0 285.8 18 rHm(298.15)=(285.8)4(50.632+9.66)kJ mol1 =1254.12 kJ mol1 32 g N2H4的物质的量为：n=32g/(142+14)g mol1=1.0 mol 1.0molN2H4完全反应，其反应进度为12mol，所以：Q=Qp=H=1254.12 kJ mol112mol=627.06 kJ 5 CaO(s)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2OH(aq)fHm(298.15)/kJ mol1 634.9 285.8 542.8 230.0 rHm(298.15)=(543.20)2(230.0)(634.9)+(285.8)kJ mol1 =82.1 kJ mol1 罐头从2580需吸收的热量：Q=Qp=H=400 J K1(8025)K=22000 J 设需CaO为W克，则其物质的量 n=W/(40.08+16.00)g mol1=Q/-rHm(298.15)80%W=22000/(82.110380%)mol 56.08 g mol1=18.78 g 6 C6H6(l)+15/2O2(g)=6CO2(g)+3H2O(l)209.2kJVUQ 3(209.2)(5/78)(67.5)8.314 298.15 10 kJ209.4kJgHUn RT 1mol 液态苯在弹式量热计中完全燃烧放热：11(209.2)78/5kJ mol3263.5kJ molVQQ 7恒容反应热VQU，恒压反应热pQH，当液体、固体相对于气体体积可以忽略且气体可以看作理想气体时有：gHUn RT 。所以：(1)H2(g)十21O2(g)=H2O(g)0.5gn ，HU，pVQQ；(2)H2(g)十21O2(g)=H2O(l)1.5gn ，HU，pVQQ。8 Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)fHm(298.15)/kJ mol1 824.2 110.5 0 393.5 rHm(298.15)=3 (393.5)(824.2)+3(110.5)kJ mol1 =24.8 kJ mol1 9 C5H12(l)+8O2(g)=5CO2(g)+6H2O(g)fHm(298.15)/kJ.mol1 149.9 0 393.5 285.8 19 rHm(298.15)=5(393.5)+6(285.8)(149.9)kJ mol1=3532.4kJ mol1 燃烧 1 克汽油所放出的热量：1113532.4kJ mol72g mol49.06kJ gQ 4.2 化学反应的方向和限度 练习题(p.114)1 1X；2；3X；4X；5X；6。2 1SmH2OsSmH2Ol SmH2Og 2Sm(298.15K)Sm(398.15K)Sm(498.15K)3同一温度下：SmFeSmFeOSmFe2O3。3 Cs+CO2g=2COg fGm(298.15)/kJ mol1 0 394.4 137.2 rGm(298.15)=2 (137.2)(394.4)kJ mol1 =120.0 kJ mol1 4 CaCO3s=CaOs+CO2g fHm(298.15)/kJ mol1 1207.6 634.9 393.5 Sm(298.15)/J mol1 K1 91.7 38.1 213.8 rHm(298.15)=(634.9)(393.5)(1207.6)kJ mol1 =179.2 kJ mol1 rSm(298.15)=(38.1+213.8 91.7)J mol1 K1 =160.2 J mol1 K1 rGm(1222K)rHm(298.15)TrSm(298.15)=179.2 kJ mol11222K160.2 J mol1 K1 =16.56 kJ mol1 rGm(1222K)0，能自发进行。5 SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g)0fmH(298.15K)/kJ mol-1 -910.7 0 0 -110.5 0mS(298.15K)/J mol-1K-1 41.5 5.7 18.8 -197.7 0fmG(298.15K)/kJ mol-1 -856.3 0 0 -137.2(1)0rmH11(298.15K)2(110.5)(910.7)kJ mol689.7kJ mol 0rmS1111(298.15K)2 197.718.8(41.52 5.7)J molK361.3J molK (2)0rmG11(298.15K)2(137.2)(856.3)kJ mol581.9kJ mol 20 或 0rmG0rm(298.15K)H 0rmTS 311689.7298.15361.3 10 kJ mol582.0kJ mol (3)0rmG311(1000K)689.71000361.3 10 kJ mol328.4kJ mol0 不能自发。(4)0rmG0rmH 0rmTS 0，自发，所以：0rmTH 0rm/S3(689.710/361.3)K1909K 6 1大于零；2大于零；3小于零；4小于零。7 C(s)+H2O(g)=CO(s)+H2(g)0fmH(298.15K)/kJ mol-1 0 -241.8 -110.5 0 0mS(298.15K)/J mol-1K-1 5.7 188.8 197.7 130.7 0fmG(298.15K)/kJ mol-1 0 -228.6 -137.2 0(1)0rmG11(298.15K)(137.2)(228.6)kJ mol91.4kJ mol0 不能向正方向进行。(2)0rmH11(110.5)(241.8)kJ mol131.3kJ mol0 0rmS1111197.7130.7(188.85.7)J molK133.9J molK0 0rmG0rmH 0rmTS 因此，升高温度能向正方向进行。(3)0rmG0rmH 0rmTS 0 0rmTH 0rm/S3(131.310/133.9)K980.6K 8已知rHm(298.15)=402.0kJ mol1，rGm=345.7kJ.mol1，则 298.15K时的rSm(298.15)值可以从下式求出：rHm(298.15)298.15KrSm(298.15)=rGm(298.15)rSm(298.15)=rHm(298.15)rGm(298.15)/298.15K =402.0(345.7)kJ mol1/298.15K =0.1888 kJ.mol1.K1 当rGm(T)=0时的温度可用下式表示：rHm(298.15)TrSm(298.15)0 算得：T rHm(298.15)/rSm(298.15)=402.0kJ.mol1/(0.1888kJ.mol1.K1)=2129 K 当温度在 2129K 以下时，该反应均向正向进行，即 CaO 和 SO3的结合是可能的，所以 21 高温下除去 SO3也是可能的。4.3 化学平衡和反应速率 练习题(p.125)1(1)0K20O(/pp20NO)(/pp2540N O)(/pp2)20K20Zn(/cc20H S)(/pp+0H)(/cc2)2降低温度，增加总压力 3此反应随温度T升高，平衡常数0K增大，从关系式：0ln K0rmG0rmHRT0rmSRTR 可看出：0rmH必须是正值才能满足T增大0K也增大，所以是吸热反应。4 FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)开始 0.05 0.05 平衡 0.05-x 0.05+x(0.05+x)/(0.05-x)=0.5 x=-0.017molL-1 平衡时：c(CO2)=0.033mol L-1，c(CO)=0.067 mol L-1 5a121211ln()EkkR TT a111ln()10303310ER Ea=256.9kJmol-1 6 C2H4g+H2OgC2H5OHg fH m298.15K/kJ mol-1 52.4 -241.8 -277.6 0rmH11(277.6)(52.4241.8)kJmol88.4kJ mol 该反应为放热、总体积减小的反应，所以增大压力和采用适当较低温度有利于反应正向进行，可以采用适当催化剂，加速反应速度弥补温度降低带来的不利。7 2NO2g2NOg+O2g 1因为该反应速率方程符合质量作用定律，所以正反应的速率方程式为：22NO()vk c。0rmH11290.42 33.9kJ mol113kJ mol 0aarmEEH正逆11114113kJ mol1kJ mol（）22 2a121211ln()EkkR TT 正反应：312114 1011ln()3.268.314600700kk 2126.05kk 逆反应：3121 1011ln()0.0298.314 600700kk 211.03kk 可见，温度升高，正、逆反应速率增加的倍数不同，这里显然正反应增加的倍数远远大于逆反应增加的倍数，说明温度升高使平衡向正反应方向，即吸热反应方向移动。8 2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)0fmH(298.15K)/kJ mol-1 91.3 -110.5 0 -393.5 0mS(298.15K)/J mol-1K-1 210.8 197.7 191.6 213.8 fGm(298.15)/kJ.mol1 87.6 137.2 0 394.4(1)298.15 K 时：0rmH11(2(393.5)2 91.32(110.5)kJ mol748.6kJ mol 0rmS1111191.62213.82210.82 197.7JmolK197.8J molK 0rmG0rmH 0rmTS 311 748.6298.15(197.8)10 kJ mol689.6kJ mol 或 rGm(298.15)=2(394.4)2(137.2)287.6kJ.mol1=689.6kJ.mol1 lnK=rGm/RT =(689.6103J.mol1)/(8.314 J.mol1.K1298.15K)=278 K=5.0110120 2773.15K 时：0rmG0rmH 0rm(298.15K)TS 311(298.15K)748.6773.15(197.8)10 kJ mol595.67kJ mol lnK=rGm/RT =(595.67103J.mol1)/(8.314 J.mol1.K1773.15K)=92.67 K=1.761040 23 4.4 氧化复原反应和能源的开发和利用 练习题(p.137)1(1)x；(2)；(3)x；(4)2 1c；2b。3反应(1)正向进行：0E320(Fe/Fe)E2(Cu/