大学基础化学课后习题解答.pdf
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1、大学基础化学课后习题解答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?2-2 什么叫热力学能、靖、嫡和自由能?符号H、S、G、M、AS、AG、小:、人 父、AfG.心S、足、4 G:各代表什么意义?2-3 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。(1)指定单质的AfG:、Af,;、皆为零。(2)2 9 8.1 5 ,反 应。2+S(g)=SO2(g)的AG:、,.,:、分别等于SO?的A4、A冏、S I m i m m(3)AG;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
2、热22.7kJ可形成Hg(1)50.10g,求该反应的A,,:。若在密闭的容器中反应,生成同样量的Hg(1)需吸热多少?解:HgO=Hg(l)+l/2O2(g)ArH=22.7 X 200.6/50.1=90.89 kJ-rnof1 Qv=Qp-nRT=89.65 kJ-mol12-6 随温度升高,反 应(1):2M(s)+O2(g)=2MO(s)和 反 应(2):2c(s)+C)2(g)=2CO(g)的摩尔吉布斯自由能升高的为111,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 上 向 自发。2-7 热力学第一定律说明热力学能变化与
3、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.嫡;D.吉布斯自由能2-9 在 298K时,反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g),4“:274680/173.6=1582K2-18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 数据计算下列三种固氮反应的八8 3 从热力学角度判断选择哪个反应最好?(1)N2(g)+O2(g)=2NO(g)ArG=173.38kJ-mor(2)2 N2(g)+O2(g)=2N2O(g)ArG,=207.32
4、kJ-mol(3)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ArG=-32.24kJ-mor12-1 9 已 知 298.15K时和标准状态下,5(S,单斜)=32.6 J-mol K1,S:(S,正交尸31.8J-mor-K1S(S,单斜)+O2(g)=SO2(g)=-297.2 kJ-mor1S(S,正交)+O2(g)=SO2(g)=-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。解:S(s,单斜尸 S(s,正 交)Ar/=-0.3kJ-mor 5=-0.8 J-mol K-1250c时,G:=-0.3-298.15X(-0.8)/1000=-
5、0.06 kJ-mol-1 正交硫稳定。95HtArG =-0.3-368.15X(-0.8)/1000=-0.OkJ-mof2-20 已知 2NO(g)+C)2(g)=2 NO2(g)AfG/kJ.mor1 86.57 51.30计算298K时,上述反应的A G;,并说明NO?气体的稳定性。解:ArG =(51.30-86.57)X2=-70.54kJ mor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N
6、2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(N O尸4.00 x 10-3 m o i.L,c(H2)=4.00 x 103 m o l-L1,计算该反应在 1073K时的反应速率。解:(1)V-C2(NO)C(H2)实验序号初始浓度/m o l L生成N 2的初始速率/m o l-L s 1c(N O)C(H2)12.00 x 10-36.00 x 1 O-31.92x 1 O-321.00 x 1036.00 x 1 O-30.48x 1 O-332.00 x 10-33.00 x 1 O-30.96x 1 O-3(2)
7、k=8.4X 10 m o l 2 L2 s 1(3)v=8X 10 X (4.00 X 10 3)2x 4.00X 103=5.12X 10-3 m o l L_1 s 3-4 已知反应N 2O5(g)=N 2C)4(g)+l/2O2(g)在 298K时的速率常数为 3.46*10夕,在 338K时的速率常数为4.87x l(f s L求该反应的活化能和反应在318K时的速率常数。解./一 一。_/-87407.(338.15-298.15)_ 彳八ky RTJ 3.46xl05 8.314x338.15x298.15a=103.57k J,m o l K=4.8X106S 13-5 反应A
8、+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=k c(A)c2(B)3-6在 791K时,反应C H 3 C H O=C H 4+C O 的活化能为190k J m o l,加入上作催化剂约使反应速率增大4x 103倍,计算反应有12存在时的活化能。解:In 以=k A =互 匚 =8.294v(乂 RT邑2=135 k J,m o l :3-7 写出下列反应的标准平衡常数表示式(1)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)(2)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(1)(3)Ca
9、CC)3(s)=C a(s)+CO2(g)(4)NO(g)%O2(g)NO2(g)(5)2MnO4-(aq)+5H2O2(aq)+6H+(a q)2Mn2+(aq)+5 O2(g)+8 H2O(1)解:Kp(NH3)/pFp(N2)/p(H2)/p93K。=1 g 0 2)/下。(凡0)/。呼 XCH4)/pXO2)/p02(3)K=p(C02p(4)K=M NOp0_p(N O)/X O2)/pe1/2彳),c(Mic)r八 -c(MnO;)/ce 2 C(H2O2)/c 5c(H+)/c9 63-8 已知在某温度时 2 C02(g)-2CO(g)+O2(g)Kj Sn O2(s)+2CO(
10、g)Sn(s)+2 CCh(g)K:=B则同一温度下的反应(3)Sn Ch(s)Sr Ks)+O2(g)的K:应为多少?解:&=&K 2=A B3-9 反应Hb.O2(a q)+CO(g)Hb.CO(g)+02(g)在 298K时K=210,设空气中O2的分压为21k Pa,计算使血液中10%红 细 胞(Hb-O2)变为Hl r CO所需C O 的分压。解.K。c(HbCO)/力”(0?)/为 10%x(21/100)二 二上 c(HbO2)/c9p(C O)/-90%p(CO)/p9 一p(CO)=l l.HPa3-10 计算反应:C O+3 H 2-CH4+H2O 在 298K 和 500
11、K 时的 K 值(注意:298K和 500K时水的聚集状态不同,利用A S:计算。解:298.15K 时,r Gm 0=-250.12-298.15 X (-133.18)X 10-3=-R T l n K 9=-150.83K 0=2.75X 1026500.15K时,KO=2.15X 1O103-11 反应 C(s)+CO2(g)2 C O(g)在 1773K 时 K=2 x i()3,1273K 时K=1.6x l 02,问(1)计 算 反 应 的 并 说 明 是 吸 热 反 应 还 是 放 热 反 应;(2)计 算 1773K时反应的A G/,并说明正反应是否自发;(3)计算反应的4
12、或。解:(1)=仁 H=96.62 k J-m o(RTJ(2)G=-R T l n K=-112.76 k J-m o l-1(3)AS=8 j K-i3 4 2 A g 2。遇热分解2 A g2O(s),4Ag(s)+O2(g)已知 298K时 Ag 2O(s)的=-30.6 k J-m o l _1,AfG,/=-11.2 k J-m o f1 求(1)298K时Ag 2O(s)-Ag(s)体系的p(O 2 ),(2)Ag 2O(s)的 热 分 解 温 度(在 分 解 温 度 时p(O2)=100k Pa)解:(1)AG=7?T l n K=22.4k J,m oK=1.18X 10 l
13、=p(02)/p 9p(02)=l.1 8 X 1 02k Pa AS(298.15K)(61.2-22.4)X1000=1 3 0J13298.157=6200=4 7()K130.133-1 3在7 2 1 K时容器中有Im o l H I,反应 2Hl (g)氏(g)+12(g)达到平衡时有2 2%的HI分解,总压为100k Pa.求:(1)此温度下K 值;(2)若将2.00 m o l HI、0.40 m o l&和0.30 m o l b混合,反应将向那个方向进行?解:(l)p(H2)=p(I2)=100X (0.22/1.22)=18k Pa(18/100)2(64/100)2=0
14、.079(2)p(HI)=(2/2.7)X 100=74.Ik Pa p(H2)=(0.4/2.7)X 100=14.8k Pa p(I2)=l l.Ik PaQ=0.0 3 V K反应正向进行3-14超音速飞机燃料燃烧时排出的废气中含有NO气体,NO可直接破坏臭氧层:N O(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)已知 l OOk Pa,298K 时 NO、Ch 和 N O 2 的生&/分别为 86.57、163.18 和 51.30 k Jm o l,求该温度下此反应的A G/和K6。解:G=51.3-86.57-163.18=-198.45 k J-m o=-R T l n K K=5.
15、87X 10313-15 298K时将5.2589g固体N H 4 H s样品放入3.00L的真空容器中,经过足够时间后建立平衡,N H 4 H s(s)三=N H3(g)+H2 s(g).容器内的总压是6 6.7 k P a,一些固体NH 4 Hs保留在容器中。计 算:(1)2 9 8 K时 的 值;(2)固体N H 4 H s的分解率;(3)如果容器体积减半,容器中固体N H 4 H s物质的量如何变化?解:K3 3.3 5 3 3.3 5-x-1 0 0 1 0 0=0.1 1 1 3 3.3 5 x 32 9 8.1 5 x 8.3 1 4=Q.QAmol5.2 5 8 9/5 1=3
16、 8.8%3 3.3 5 x 1.5 八小,0.0 2 (3)n=-=0.0 2 w o/a =-=1 9.4%2 9 8.1 5 x 8.3 1 4 5.2 5 8 9/5 1平衡逆向移动,容器中固体N H4 Hs 物质的量增加。第四章物质结构基础1 .核外电子运动为什么不能准确测定?2 .,I,机 3 个量子数的组合方式有何规律?这3 个量子数各有何物理意义?3 .什么是原子轨道和电子云?原子轨道与轨迹有什么区别?4 .比较波函数的角度分布图与电子云的角度分布图的异同点。5 .多电子原子的轨道能级与氢原子的有什么不同?6 .有无以F 的电子运动状态?为什么?(1)n=,1=1,m=0(2)
17、n=2,1=0,m=1(3)=3,1=3,w=3(4)=4,1=3,m=27 .在长式周期表中是如何划分s 区、p 区、d 区、d s 区、呕 的?每个区所有的族数与s,p,d,f U 道可分布的电子数有何关系?8 .指出下列说法的错误:(1)氯 化 氢(HC1)溶于水后产生H+和C ,所以氯化氢分子是由离子键形成的。(2)CC1 4 和H2 O 都是共价型化合物,因CC1 4 的相对分子质量比H2 O 大,所以CCL,的熔点、沸点比H2 O 高。(3)色散力仅存在于非极性分子之间。(4)凡是含有氢的化合物都可以形成氢键。9 .判断题(1)s 电子绕核旋转其轨道为1 个圆周,而p 电子是走“8
18、”字形。(2)当主量子数”=1 时,有自旋相反的两条轨道。(3)多电子原子轨道的能级只与主量子数有关。(4)当=4 时,其轨道总数为1 6,电子最大容量为3 2。(5)所有高熔点物质都是原子晶体。(6)分子晶体的水溶液都不导电。(7)离子型化合物的水溶液都能很好导电。(8)基态原子外层未成对电子数等于该原子能形成的共价单键数,此即所谓的饱和性。(9)两原子以共价键键合时,化学键为。键;以共价多重键结合时,化学键均为n键。(1 0)所谓s p 3 杂化,是 指 1 个s 电子与3个p 电子的混杂。1 0 .选择题(1)已知某元素+2 价离子的电子分布式为I s 2 2 s 2 2 P 6 3 s
19、 2 3 P 6 3 d i,该元素在周期表中所属的区为(C )。A.s 区 B.d 区 C.d s 区 D.p 区(2)确定基态碳原子中两个未成对电子运动状态的量子数分别为(D )。A.2,0,0,+1/2;2,0,0,-1/2;B.2,1,1,+1/2;2,1,1,-1/2C.2,2,0,+1/2;2,2,1,+1/2 D.2,1,0,-1/2;2,1,1,-1/2(3)下列各分子中,中心原子在成键时以s p 3 不等性杂化的是(B,C )。A.B e C b B.P H3 C.H2S D.S i C l4(4)下列各物质的分子间只存在色散力的是(A)。A.CO2 B.NH3 C.H2S
20、D.HBr E.SiF4 F.CHC13 G.CH30cH3(5)下列各种含氢物质中含有氢键的是(B)。A.HC1 B.CH3cH20H C.CH3CHO D.CH4(6)下列物质的化学键中,既存在。键又存在 键的是(CE)。A.CH4 B.乙烷 C.乙烯 D.SiCh E.N2(7)下列化合物晶体中既存在离子键,又有共价键的是(A,D)。A.NaOH B.Na2s C.CaCl,D.Na2sO4 E.MgO(8)一多电子原子中,能量最高的是(D)。A.3,1,1,-1/2;B.3,1,0,-1/2;C.4,1,1,-1/2;D,4,2,-2,-1/2;11.分别近似计算第4周期K和Cu两种元
21、素的原子作用在4s电子上的有效核电荷数,并解释其对元素性质的影响。K Z*=19-(10X 1+8X0.85)=2.2Cu Z*=29-(10X 1+18X0.85)=3.712.填充下表原子序数原子的外层电子构型未成对电子数周期族所属区最高氧化值163 s 2 3 P 423VIAp+619i14I As+1424 d 5 5 s l65VIBd+64805IIBd s+213.指出下列各电子结构中,哪一种表示基态原子期E 一种表示激发态原子,哪一种表示是错误的?Is22s2(基)(2)Is22sl2dl(错)(3)Is22sl2P?(激)(4)Is22s22Pl3sl(激)(5)Is22s
22、42P2(错)(6)Is22s22P63s23P63dl(激)14.某元素的最高化合价为+6,最外层电子数为1,原子半径是同族元素中最小的,试写出:(1)元素的名称及核外电子分布式;铭,Is22s22P63s23P63d54sl(2)外层电子分布式;3d54sl(3)+3价离子的外层电子分布式。3s23P63d315.试用杂化轨道理论解释BF3为平面三角形,而NF3为三角锥形。BF3中的B原子采取sp2杂化,形成3个sp?杂化轨道,分别与3个F原子的2P轨道重叠,形成3个B-F。健,呈平面二角形,B-F键角为120,正负电荷中心重合,所以BF3分子是非极性分子。而NH3分子中的N原子采取sp3
23、不等性杂化,形成4个sp3杂化轨道,其中一个被孤电子对占据,分别与3个H原子的1s轨道重叠,形成3个N-H。键,呈三角锥形,但由于孤电子对的排斥作用,使得N-H键夹角为107 1 8,正负电荷中心不前合,所以NH.;分子是极性分子。16.试写出下列各化合物分子的空间构型,成键时中心原子的杂化轨道类型以及分子的电偶极矩是否为零。(1)SiH4(2)H2S(3)BC13(4)BeCl2(5)PH3(1)中心原子Si采取sp3杂化,正四面体,M=0,非极性分子(2)中心原子S采取不等性sd 杂化,V字形,y W 0,极性分子(3)中心原子B采取sp2杂化,平面三角形,p=0,非极性分子(4)中心原子
24、Be采取sp杂化,直线形,u=0,非极性分子(5)中心原子P采取不等性sp3杂化,三角锥,U#0,极性分子17.说明下列每组分子间存在着什么形式的分子间作用力(取向力、诱导力、色散力、氢键)。(1)苯和CCL,(色散力)(2)甲醇和水(取向力、诱导力、色散力、氢键)(3)HB总 体(取向力、诱导力、色散力)(4)He和 水(诱导力、色散力)(5)HC1和水(取向力、诱导力、色散力)18.乙醇和甲醛(CHjOCH,)是同分异构体,但前者沸点为78.5,后者的沸点为-23C。试解释之。乙醉有氢键,而甲醛没有19.下列各物质中哪些可溶于水?哪些难溶于水?试根据分子的结构简单说明之。(1)甲醇(2)丙
25、酮(3)氯仿(4)乙醛(5)甲醛(6)甲烷20.在He*离子中,3s、3p、3d、4s轨道能级自低至高排列顺序为3s=3p=3d4s,在K原子中,顺 序 为 3sV 3P4s3d,Mn原子中.顺序为3s3p4s NaCl NaBr Nai(2)SiF4 SiCl4 SiBr4 3一和H 2c O 3各占多少百分数?解:5旧 e=_(3.98x10-8)2_2 3(3.98X10-8)2+3.98X10-8X4.2X10-7+4.2X10-7X5.6X10-b(HCO。3.9 8 x10-8 x4.2x10(3.98X10)2+3.98X10-8X4.2X10-7+4.2X107X5.6X10
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