普通化学第二章练习及解析.pdf

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1、第第 2 2 章章 化学反应的基本原理化学反应的基本原理1.1.判断题判断题（对的在括号内填“”号，错的填“”号）（1）rS为正值的反应均是自发反应。（2）某一给定反应达到平衡后，若平衡条件不变，分离除去某生成物，待达到新的平衡后，则各反应物和生成物的分压或浓度分别保持原有定值。（）1（3）对反应系统C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)，rH。由于化学方程式两边m(298.15K)131.3kJ mol物质的化学计量数（绝对值）的总和相等，所以增加总压力对平衡无影响。（）（4）上述反应达到平衡后，若升高温度，则正反应速率v(正)增加，逆反应速率v(逆)减小，结果平衡向右移动。（）（5）反应

2、的级数取决于反应方程式中反应物的化学计量数（绝对值）。（）（6）催化剂能改变反应的历程，降低反应的活化能，但不能改变反应的rGm。（）（7）在常温常压下，空气中的 N2和 O2是长期存在而不化合生成NO。且热力学计算表明这表明N2（g）+O2（g）=2NO（g）rGm(298.15K)0，则 N2和 O2混合气必定也是动力学稳定系统。（）（8）已知 CCl4不会与 H2O 反应，但 CCl4+2H2O=CO2+4HCl(aq)的rGm(298.15K)37993kJ mol1,则必定是热力学不稳定而动力学稳定系统。（）答案（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）2.2.单选题单选题（将

3、所有正确答案的标号填入空格内）（1）真实气体行为接近理想气体性质的外部条件是（）（a）低温高压（b）高温低压（c）低温高压（d）高温高压（2）某 温 度 时，反 应H2(g)Br2(g)2HBr(g)的 标 准 平 衡 常 数K 4102，则 反 应HBr(g)(a)11H2(g)Br2(g)的标准平衡常数K等于（）22(b)1410214102(c)4102（3）升高温度可以增加反应速率，主要是因为（）(a)增加了分子总数(b)增加了活化分子百分数(c)降低了反应的活化能(d)促使平衡向吸热方向移动1（4）已知汽车尾气无害化反应反应NO(g)CO(g)N2(g)CO2(g)的rHm(298.

4、15K)373.2kJmol，12要有利于取得有毒气体NO 和 CO 的最大转化率，可采取的措施是（）(a)低温低压(b)高温高压(c)低温高压(d)高温低压（5）一个化学反应达到平衡时，下列说法中正确的是（）(a)各物质的浓度或分压不随时间而变化(b)rGm 0(c)正逆反应的速率常数相等(d)如果寻找到该反应的高效催化剂，可以提高其平衡转化率答案 1b2b3b4c5a3.3.填空题填空题（1）对于反应：1，N2(g)3H2(g)2NH3(g)；rHm(298.15K)92.2kJ mol若升高温度（例如升高 100K），则下列各项如何变化(填写：不变,基本不变,增大或减小。)rHm，rSm

5、，rGm，K_，v(正)，v(逆)_。答案：基本不变，基本不变，增大减小，增大增大（2）对于下列反应：1C(s)CO2(g)2CO(g)；rHm(298.15K)172.5kJ mol若增加总压力或升高温度或加入催化剂，则反应速率常数k(正)、k(逆)和反应速率 v(正)、v(逆)以及标准平衡常数K、平衡移动的方向等将如何？分别填入下表中。增加总压力k(正)k(逆)v(正)v(逆)K不变增大不变平衡移动方向逆向移动正向移动不变增大增大不变增大增大增大增大增大增大增大增大升高温度加催化剂不移动（3）造成平流层中臭氧层破坏的主要物质有_；主要的温室气体有_；形成酸雨的大气污染物主要是_和_。答案：

6、氟里昂，NOX、HCl；CO2；NOX和 SO24.4.不用查表，将下列物质按其标准熵rSm(298.15K)值由大到小的顺序排列，并简单说明理由。（a）K（s）（b）Na（s）（c）Br2（l）（d）Br2（g）（e）KCl（s）答案：（d）（c）（e）（a）（b）原因是气体熵液体固体分子量大的熵大5.5.定性判断下列反应或过程中熵变的数值是正值还是负值。（1）溶解少量食盐于水中。答案：正（2）活性炭表面吸附氧气。答案：负（2）碳与氧气反应生成一氧化碳。答案：正6.6.利用下列两个反应及其rGm(298.15K)值，计算 Fe3O4在 298.15K 时的标准生成吉布斯函数。3(298.15

7、K)742.2kJ.mol12Fe(s)O2(g)Fe2O3(s)；rGm2(298.15K)77.7kJ.mol14Fe2O3(s)Fe(s)3Fe3O4(s)；rGm答案：由定义可知 Fe2O3的fGm(298.15K)742.2kJ.molrGm(298.15K)77.7kJ.mol1=3fGm(298.15K,Fe3O4)-4fGm(298.15K,Fe2O3)1fGm(298.15K,Fe3O4)=1(-77.7)+4(-742.2)=-1015.5kJ.mol-137.7.通过热力学计算说明下列水结冰过程：H2O（l）H2O（s）在298.15K 的标准态时能否自发进行。已知冰在

8、298.15K 标准生成吉布斯函数为-236.7kJ.mol-1。答案：查表水的fGm(298.15K)237.129kJ.mol过程的rGm(298.15K)(236.7)(237.129)0.429kJ.mol所以在 298.15K 的标准态时不能自发进行.8.8.试用书末附录 3 中的标准热力学数据,计算下列反应的rSm(298.15K)和rGm(298.15K)(298.15K)rSm(298.15K)rGm111kJ.molJ.mol.K110(查表时注意状态,计算时注意乘系数)（1）3Fe(s)4H2O(l)Fe3O4(s)4H2(g)307.7-66.9（2）Zn(s)2H(aq

9、)Zn（3）CaO(s)H2O(l)Ca（4）AgBr(s)Ag(s)2(aq)H2(g)-23.0-147.06(aq)2OH(aq)-184.3-26.921Br2(l)-51.496.929.9.用锡石(SnO2)制取金属锡，有建议可用下列几种方法：（1）单独加热矿石，使之分解。（2）用碳（以石墨计）还原矿石（加热产生CO2）。（3）用 H2(g)还原矿石（加热产生水蒸汽）。今希望加热温度尽可能低一些。试利用标准热力学数据通过计算，说明采用何种方法为宜。答案：(1)SnO2=Sn+O2(2)SnO2+C=Sn+CO2(3)SnO2+2H2=Sn+2H2O（g）Sm(298.15K)52.

10、351.55205.13852.35.7451.55213.7452.32130.68451.552188.825J.mol1.K1fHm(298.15K)-580.700-580.700-393.509-580.7002(-241.818)kJ.mol1rSm(298.15K)(1)204.388(2)207.25(3)115.532J.mol1.K1rHm(298.15K)(1)580.7(2)187.191(3)97.064kJ.mol1rHm(298.15K)Tc(1)2841K903K(3)840K(温度最低,合适)rSm(298.15K)1010糖在新陈代谢过程中所发生的总反应可表

11、示为：C12H22O11(s)+12O2(g)=12CO2(g)+11H2O(l)若在人体内实际上只有 30%上述反应的标准吉布斯函数变可转变成为功(非体积功),则一食匙(3.8g)糖在体温 370C 时进行新陈代谢,可做多少功?答案：C12H22O11(s)+12O2(g)=12CO2(g)+11H2O(l)rSm(298.15K)Sm(298.15K)360.2205.138213.7469.91=1169.91+12(213.74-205.138)-360.2=512.034J.mol1.K1fHm(298.15K)-2225.50-393.509-285.83kJ.mol1rHm(29

12、8.15K)-5640.738rGm(273.15 37K)-5640.738-310.15(512.0341000)=-5799.54kJ.mol-1(rGm(298.15K)=-5796.127 kJ.mol-1温度对反应的标准吉布斯函数变有影响,但由于该反应的熵变相对于焓变小(绝对值),故变化不大)做的非体积功=5799.54kJ.mol-130%3.8/342=19.33 kJ11.11.计算利用水煤气制取合成天然气的下列反应在523K 时(近似)的K值。CO（g）+3H2（g）=CH4（g）+H2O（g）答案：查表Sm(298.15K)197.674130.684186.264188

13、.825rSm(298.15K)=-214.637J.mol1.K1fHm(298.15K)-110.5250-74.81-241.818 H(298.15K)rmkJ.mol1-206.103rGm(523K)rHm(298.15K)-523KrSm(298.15K)=（-206.103）-523K（-206.1031000）=-93.85 kJ.mol-1 rGm(523K)(93.85)1000lnK(523K)21.58R523K8.314523K e21,581021.58/2.303109.37 2.3510912.12.某温度时8.0molSO2和4.0molO2在密闭容器中进行

14、反应生成SO3气体,测得起始和平衡时(温度不变)系统的总压力分别为 300kPa 和 220kPa.。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。答案：设平衡时有 2Xmol 的 SO2转化2SO2（g）+O2（g）=2SO3（g）起始n/mol840n（始）=12mol平衡时 n/mol8-2x4-x2xn（平衡）=（12-x）mol根据 PV=nRTT V 一定时n(始）P（始）123002x=6.4moln（平衡）P（平衡）12 x220peq(SO3)26.42202()()p8.8100SO2的转化率=6.4/8=80%K

15、eqeq1.622020.8220p(SO2)2p(O2)()()()(8.81008.8100ppK(6.428.8100)80(注意在计算时可不用先计算分压,列综合算式更方便计算)1.60.822013.13.已知下列反应：Ag2S（s）+H2（g）=2Ag（s）H2S（g）在 740K 时的K在密闭容器中将 1。0molAg2S 还原为银，试计算最少需要H2的物质的量。0.36。若在该温度下，答案：该反应是可逆反应，需要H2的量包括反应需要的量1mol 和为维持平衡需要 xmol（最少量）peq(H2S)()peq(H2S)neq(H2S)1.0p=0.36x=2.78molKeqeqx

16、peq(H2)p(H2)n(H2)()p需要 H2的量=1+2.78=3.78mol(注:该反应是反应前后气体分子数不变的,在标准平衡常数表达式中系统的总压和标准压力在计算时可以在分式中消去,否则在计算时必须知道平衡时总压才能根据平衡常数计算.)14已知下列反应：Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)；标准平衡常数为K1Fe(s)H2O(g)FeO(s)H2(g)；标准平衡常数为K2在不同温度时反应的标准平衡常数值如下：T/K97310731273K1K22.380.6182.000.9051.671.2871.491.6641.471.812.4811732.15试计算在上述各温度时反

17、应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)的标准平衡常数K，并通过计算说明此反应是放热还是吸热的。K1答：反应 3 的标准平衡常数K3（如上）K2注：若反应 3=反应 1-反应 2则 K3=K1/K2(因为随温度的升高平衡常数增大,故是吸热反应)1 1 5 5 已 知 反 应：11H2(g)Cl2(g)HCl(g)在2 9 8.1 5 K时 的K1 4.91016，22rHm(298.15K)92.31kJ mol1，求在 500K 时的K2（近似计算，不查Sm(298.15K)和fGm(298.15K)数据）rHm(298,15K)(T2T1)K2答案：利用公式ln求K2RT1T2K1

18、K292.311000(500 298.15)15.0316Ke4.910代入数据ln=-15.03=1.410102168.314298.155004.91016.16.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p(CO2)=p(H2)=127kPa,p(CO)=p(H2O)=76kPa,J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。答案：查数据计算CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)Sm(298.15K)J.mol1.K1213.74130.684197.

19、674188.825rSm(298.15K)=42.075J.mol-1.K-1fHm(298.15K)kJ.mol1-393.5090-110.525-241.818rHm(298.15K)41.166kJ.mol-1rGm(873K)rHmrSm(298.15K)(298.15K)-873=41.166kJ.mol-1-873K0.042075kJ.mol-1.K-1=4.434 kJ.mol-1 rGm(873K)4.4341000lnK(873K)RT8.314873=-0.61K e0.61 0.54(p(CO)/p)(p(H2O)/p)7676Q(p(CO2)/p)(p(H2)/p

20、)=127127=0.358(QK0所以反应正向进行)Q RT lnrGmrGm(873K)RT lnQK=8.314873ln(0.358/0.54)=-2982.9J.mol-1=-2.98 kJ.mol-1因为rGm0 所以此条件下反应正向进行17.17.对于一个在标准状态下是吸热、熵增的化学反应，当升高温度时，根据吕查德里原理判断，反应将向吸热的正反应方向移动；而根据公式rGm(TK)rHm(TK)TrSm(TK)判断，rGm(TK)将变的更正（正值更大），即反应更不利于向正方向进行。在这两种矛盾的判断中，哪一种是正确的？简要说明原因。答案：吕查德里原理判断是正确的。判断反应的方向或平

21、衡移动的方向的依据是温度对平衡常数的影响有两个公式:Hm1rSmlnKRTR(1)适用于某一给定反应温度对K0 的影响。rGm(TK)0 rGm(TK)lnK(TK)rGm(TK)RT(2)适用于温度一定的前提下不同反应比较，越正 K0越小。1818研究指出下列反应在一定温度范围内为元反应：2NO（g）+Cl2（g）2NOCl（g）（1）写出该反应的速率方程。（因为是元反应，可根据反应式直接写出）kc(NO)c(Cl2)（2）该反应的总级数是多少？（n=2+1=3 级）（3）其他条件不变，如果将容器的体积增大到原来的2 倍，反应速率如何变化？2（体积增大后浓度各变为原来的1/2 k(c(NO)

22、2(c(Cl)2121218速率变为原来的 1/8（4）如果容器体积不变而将NO 的浓度增大到原来的 3 倍，反应速率又将怎样变化？（k(3c(NO)2(c(Cl)92速率变为原来的 9 倍）1919已知某药物是按一级反应分解的，在250C 分解反应的速率常数k=2.0910-5h-1。该药物的起始浓度为 94 单位/cm3，若其浓度下降至 45 单位/cm3，就无临床价值，不能继续使用。问该药物的有效期应定为多长？答案：根据一级反应的特征lnc094 ktln 2.09105tc45t=35254h=1468天=4 年2020根据实验结果，在高温时焦炭中碳与二氧化碳的反应：C+CO2CO其活

23、化能为 167.4kJ.mol-1,计算自 900K 升高到 1000K 时,反应速率的变化.答案：根据阿仑尼乌斯公式lnk(T2)k(T1)Ea(T2T1)代入相应数据得RT1T2lnk(1000K)k(900K)V(1000K)k(1000K)167.41000(1000900)=2.237 e2.2379.368.3149001000V(900K)k(900K)21.21.将含有 0.1mol.dm-3Na3AsO3和 0.1 mol.dm-3Na2S2O3的溶液与过量的稀硫酸溶液混合均匀,产生下列反应:：2H3AsO3（aq）+9H2S2O3（aq）As2S3（s）+3SO2（g）+9

24、H2O（l）+3H2S4O6（aq）今由实验测得在 170C 时，从混合开始至溶液刚出现黄色的As2S3沉淀共需时 1515s；若将上述溶液温度升高100C，重复上述实验，测得需时 500s，试求该反应的活化能Ea 的值。答案：相同用量的溶液反应，观察到出现沉淀可以认为生成沉淀量相等，所以速率的比与所需时间成反比。根据阿仑尼乌斯公式lnk(T2)k(T1)k(300K)Ea(T2T1)Ea(300 290)代入相应数据得lnRT1T2k(290K)8.314290300ln1515Ea(300 290)8.314290300Ea=ln3.03J.mol1=80184J.mol-1=80.2kJ

25、.mol-15008.3142903001021.21.在没有催化剂存在时,H2O2的分解反应:：H2O2（l）H2O（l）+1/2O2（g）的活化能为 75 kJ.mol-1。当有催化剂存在时，该反应的活化能就降低到54 kJ.mol-1。计算在 298K 时此两种反应速率的比值。答案：根据阿仑尼乌斯公式lnk Ea 1()lnA假定催化剂对 A（指前因子）无影响时，在一定RT温度下，有无催化剂对速率常数的影响：lnk(2)k(1)(Ea1 Ea2)(7554)1000=8.4768.314298RTv2k(2)e8.476=47984.8103v1k(1)23.23.对于制取水煤气的下列平

26、衡系统：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)；rHm 0。问（1）欲使平衡向右移动，可采取哪些措施？（答：升高温度；减小总压或增大体积；增P(H2O)（2）欲使（正）反应进行得较快且较完全（平衡向右移动）的适宜条件如何？这些措施对K及 k(正)、k(逆)的影响各如何？答：(1)升高温度；减小总压或增大体积；增p(H2O)或减小 p(CO)或减小 p(H2)(2)升高温度；增 p(H2O)其中升高温度使K及 k(正)、k(逆)都增大；总压力或分压的改变对K及 k(正)、k(逆)都无影响。Hm1rSm Ea 1()ln A）（依据是：lnKlnk RTRRT24.24.设汽车 内燃 机内温

27、度因燃 料燃 烧反 应达到1300，试标 准热 力学 函数估 算此 温度 时反应11N2(g)O2(g)NO(g)的rGK的数值，并联系反应速率简单说明在大气污染中的影响。m和22答：查标准热力学数据11N2(g)O2(g)NO(g)22-1-1Sm(298.15K)191.50205.138210.761rSm(298.15K)=12.442J.mol.KJ.mol1.K1fHm(298.15K)0090.25rHm(298.15K)=90.25kJ.mol-1kJ.mol1rGm(1573K)rHm(298.15K)-1573KrSm(298.15K)=90.25-15730.01244=70.68 kJ.mol-1 rGm(1573K)70680lnK(1573K)=-5.4K e5.4 4.5103R15738.314157311N2(g)O2(g)NO(g)221mol 空气反应达到平衡时物质的量分数0.78-x0.21-x2xp(总)=p0K2x(P总/P）(0.78 x)P总/P(0.21 x)P总/P122x(0.78 x)(0.21 x)122x=0.00182mol如果该反应的速率不是很慢的话,由计算可知,反应达到平衡时,空气中 NO 的物质的量分数达到 0.00182，对环境造成的污染是不可忽视的。