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北师大《无机化学》第四版习题答案

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-03-03 16:06
tags:

-

2021年3月3日发(作者:溪)


第五章化学热力学基础



5-1


从手册中查出常用试剂浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、浓氨水的


密度和质量分数计算 它们的(体积)物质的量浓度和质量摩尔浓度。



解:经查阅< /p>


:p(HCl)=1.19g/mlw(HCl)=37.23%


p(H


2


SO


4

)=1.83g/mlw(H


2


SO


4


)=98%


p(HNO


3


)=1.42g/mlw(HNO


3


)=69 .80%


p(NH


3


.H

< p>
2


O)=0.9g/mlw(NH


3


.H


2


O)=26%


由公 式


c=pw/M


可得:


c(HCl)= 12mol·


L



1

< br>c(H


2


SO


4


)=18.3mol·


L



1



c(HNO


3


)=15.7mol·


L



1


c(NH


3


.H


2< /p>


O)=13.8mol·


L


< p>
1




1


㎏水中含溶质


nmol,


则由


w=m/(m+1000)



m


为溶质 质量)


可得:



m(HCl)=16.2mol/




m(H


2


SO


4


)=500mol/



< p>
m(HNO


3


)=36.69mol/

< p>



m(NH


3


.H


2


O)=20.67mol/




5-2


从手册查出常温 下的饱和水蒸气压,计算当时相对湿度为


40%


时,水蒸气压多 大。



解:在


298K


下,


P


(饱和水蒸气压)


=3 .167Kpa



P


(不饱和)


/P


(饱和)


=40%





P


( 不饱和)


/P


(饱和)


=40%


×


P


(饱和)


=0. 4


×


3.167=1.2668Kpa


答:水蒸气压为


1.2668Kpa.


5-3


化学实验中经常用蒸馏水冲洗已用自来水洗净的烧杯。设洗

净烧杯内残留“水”为


1mL,


试计算,用


30mL


蒸馏水洗


1


次和


2


次,


烧杯中残留的“自来水的浓度”分别 多大?



解:再用自来水洗之后,烧杯中自来水为


1ml


之后,加入


30ml


蒸馏水,一共为


31ml


水,自来水占


1/31


,倒掉后又倒


1ml


,故自来


水浓度为


1/31


< br>


若第一次加入的蒸馏水倒掉之后,


1ml


中含


1/31ml


的自来水;



再加入


30ml


蒸馏水,一共为< /p>


31ml


水,自来水占


1/31


2


=1/963


所以倒掉后自来水占


1/31


2


=1/963

5-4


计算


15



,97kPa



15g


氯气的 体积。



5-520


℃,


97kPa



0.842g


某气体的体积为


0.400L


,求气体的摩

尔质量。



解:


由理想气体状态方 程:


p


×


v=n


×


R


×


T



n=m/M




p


×


v=m/M


×

< br>R


×


T


M=mpT/pv=0 .842×


8.314×


293/97×


10


3


×


0.4=52.8g/mo l


该气体的摩尔质量为:


52.8g/mol




5-6


测得


2.96g


氯化在


407


℃ 的


1L


容积的真空系统里完全蒸发到


的 压力为


60kPa


,求氯化汞蒸气的摩尔质量和化学式。



解:


(1)


设氯化 汞蒸汽的摩尔质量为


M


,则由


n=m/ M,p


×


v=n


×

R


×


T



M=m


×


R


×


T/p


×


v=2.96


×

< p>
8.314


×


680/60=278.9g/mo l


(2)


设氯化汞的化学式为


HgC l


n


,




200.6+35.5n=278.9


解得


n=2


答:氯化汞的摩尔质量是


278.9g/mol,


化学式是


Hg Cl


2


5-7


1000


℃和


97kPa


下测得硫 蒸气的密度为


0.5977gL


-1


,


求蒸气


的摩尔质量和化学式。



解:



1


)设硫蒸气 的体积为


1L


,则由


p


×


v=n


×


R


×


T



M=m


×


R


×

T/p


×


v=0.5977


×


8.314


×


1273/97


×


1=65g/mol


(2)

设硫蒸气的化学式为


S


n


,则


32n=65


解得


n=2


所以硫蒸气的摩尔质量是


65g/mol


化学式是


S


2.


5-8



25


℃时将相同压力的


5.0L


氮气和


15L


氧气压缩到一个


10.0L


的真空容器中,测得混合气体的总压为


15 0kPa




1


)求两种气


体的初始压力;



2


)求混合气体中氮和氧的分压;



3


)将温度上升到


210


℃,容器的总压。



解:方法


1


:< /p>


1


)假设压缩两种气体的总压力为


P,< /p>


分压为


P


1


、< /p>


P


2



则由玻意 耳定律得


:P


1


V

1


=P


2


V


2



P=P


2


V


2


/V


1


=75kPa


P


1


=75

< p>
×


5/(5+15)=18.75kPa


P


2


=75


×


15( 5+15)=56025kPa



2


)假设混合气体的分压分别为


P


3


、< /p>


P


4


,


则有


:


P


3


=150


×


5/(5+15)=18.75kPa

P


4=


150


×

< br>15(5+15)=112.5kPa



3

< p>
)假设


210


℃时,容器的总压为


P5


,则由盖吕莎克定律得:


P/T=P


5


/T


5



P5=P


×


T5/T=243kPa


方法


2



(< /p>


1


)两种气体的初始压力为


p

< p>
,则由


p


1


v

< p>
1


=p


1


v


1




p(V


N2+


V


O2


)=p



V



< p>


p=p



×

< p>
v



/(v


N2


+v


O2


)


=150


×


10/(5+15)


=75Kp



2

)同温同压下


,n(N


2


):n( O


2


)=V(N


2

):V(O


2


)=1:3


P(O


2


)=P


×


X (O


2


)=1/4


×

< br>150kPa=37.5kPa


P(N


2


)=P


×


X(N


2


)=3/4


×


150kPa=122.5kPa


(3)P


2


V


2


=nRT


2




PV=nRT


②两式相比


,



P


2


/P=T


2


/T


150kPa/P=298K/483KP=243kPa


5 -9



25


℃,


1.47MPa


下把氨气通入容积为


1.00


刚性壁密闭容器


中,在


350


℃下用催化剂使部分氨分解为氮气和氢气,测得总压为


5MPa


,求氨的解离度和各组分的摩尔分数和分压。




:P


1


V


1


=n



NH


3



RT


1


→n



NH


3


< br>=0.5933mol


P


2


V


2


=n


(混)


RT→n


(混)


=0.9653mol


设有


2xmol



NH


3



1123K


下分解


,


则有


xmolN


2



3xmolH


2

< br>生



,



n


NH3


-2x+x+3x=n


总< /p>



x=0.186mol


X(NH


3


)=(n


NH3


-2x)/n



=0.229mol


X(N


2


)=X/n



=0.193mol


X(H


2


)=3x/n



=0.578mol


P(NH


3


)=P×


X(NH


3


)=1.146MPa


P(N

< p>
2


)=P×


X(N


2


)=1.965MPa


P(H


2


)=P×


X(H


2


)= 2.89MPa


NH


3


的解离度


=(n(NH


3


)-2x)/n(NH


3


)=0.627


%。


5-10


某乙烯和足量的氢气的混合气体的总压为


6930Pa


,在铂催


化剂催化下发生如下反 应:



C


2


H


4


(g)+H


2


(g)



C


2


H


6


(g)


反应结束时温度降至原温 度后测得总压



4530Pa


。求原混 合气体中乙烯的摩尔分数。



解:由等温变化得:


P


1


V


1

< br>/n


1


=P


2

< br>V


2


/n


2

< br>原混合气体中乙烯的摩尔分数为


Ni


;设气体总体积为< /p>


1


6930*1/n=4530*1/



1-Ni



n



=0.346


答:原混合气体中乙烯的摩尔分数为


0.34


5



11


以下哪些关系式是正 确的



p



V



n


表示混合气体的总压、

< p>
总体积和总物质的量)说明理由。



pV


B


=n


B


RTp


B


V=n


B


RTp< /p>


B


V


B


=nRT pV=nRT



:


PV


B


=n


B


RT


错误



P


B


V=n


B


RT


正确

< p>
,


它表示


B


物质的分压力



P


B


V


B


=nRT


错误



PV=nRT


正确


,

< br>它就是气体的状态方程


.


5-12


以下系统内各有几个相?


< /p>



1


)水溶性蛋白质的水溶液;



2


)氢氧混合气体;




3


)盐酸与铁块发生反应的系统;< /p>



4


)超临界状态的水。



解(


1


)一个相,因为溶液 均匀分布的;




2

< br>)一个相,因为混合气体均匀分布的;




3


)三个相,因为反映系统中有未反映的铁固体,生成


H2


气体


以及溶液液体。




4


)一个相,因为超临界状态的水,既有水固 体,又有水液体


和水蒸汽。



5-13


10g


水在


373k

< br>和


100kPa


下气化,所做的功多大?




:


系统接受环境所给的功 :



W=P×



V=RT



n


=0.008314< /p>


×


373


×


10 /18=1.723kJ


5



14< /p>


反应


CaC


2


( s)+2H


2


O(l)=Ca(OH)


2


(s)+C


2


H

2


(g)



298K


下的标


准摩尔热力学能变化量为


-128.0Kjm ol



1


,求该反应的标准摩尔焓变。



解:该反应是在恒温恒压条件下进行,反应的标准摩尔生成焓:




rHm=U+P


< br>V


=-128.0+0.008314


×


298


×


(1-0)=-125.5kJ


?


mol



1



5-15


人类登月使用的阿波罗的第一级火箭使用 了


550


吨煤油在


2.5min


内与氧发生燃烧反应产生巨大推力。



C


12


H


26


(l)


为煤油的平均


分子式的燃烧热为


-75 13KJmol


-1


,试计算这个燃烧反应的功率。

< p>


解:


设这个燃烧反应的功率为

< br>P




2.5min

< p>
内产生的热量为


WkJ;


则由:

< br>


C


6


H


12


O


6


+18.5O


2


=12CO


2


+13H< /p>


2


O;H=



7 513kJ/moL


170g7513kJ


55010001000gWkJ


W=2.431010kJ


P=W/t=1.62108kW


5



16


已知


Al


2


O


3


(s)



MnO


2


(s)

< br>的标准摩尔生成焓为


-1676KJmol


-1



-521KJmol


-1

,计算


1g


铝与


MnO

< p>
2


(s)


足量反应(铝热法)产生的热

< p>
量。




:


n(Al)=1/27mol < /p>


4Al+3MnO


2


=2Al

< p>
2


O


3


+3Mn


Qp=



H=(-1676+521)×


1/27=16.6kJmol



1


5-17


已知


Cl


-1


(aq)


的标准摩尔生成焓为–


1 67.5


kJmol



1


,计算


1molHCl(g)


溶于足量的水释放多少 热?


[



]


计 算得到的值为氯化氢的


溶解热;


HCl(g)

< br>的标准摩尔生成焓可从本书附表中查获。假设水量的


多少与程度无关


(事实上是有关的,


因此溶解热的数值通常设定为无


限稀释。





:


假设溶于定量的水释放的热量为△


H


,则有:


HCl


(


g


)


=H


(


< br>–


aq


)


+Cl


aq



+


因规定△

< p>
f


Hm


O


(H

< p>
(



aq)


)=0



H(Cl



)=< /p>



167.5kJ/mol


又可查表得 :


H(HCl)=



92.307kJ /mol



r


Hm

< br>O


=



f


Hm


O


(H


(



aq)


)+


f


Hm


O


(Cl

< br>aq



)



f


Hm


O


(HCl


(g)


)


=0+




167.5






92.30 7



=75.2kJ


?


mol



1



所以


1molHCl


(g)


溶 于足量水的释放热为


75.2kJ


?


m ol



1



5 -18



用标准摩尔生成焓的数据计算


SiF


4


(g)


与足量


H


2


O(l)


的反应


生成


SiO


2


(s)< /p>



HF(g)


的摩尔反应焓。

< p>



:


反应方程式为:< /p>


SiF


4


(g)+2H

< br>2


O(l)=SiO


2


(s)+ 4HF(g)




r

< br>Hm


O


=


r


Hm


O


(SiO


2


)+4



r


Hm


O


(HF)


< p>


r


Hm


O


(SiF


4


)


< p>
2



O


r


Hm


(H


2


O)

< p>
=(



910.94kJ


?


mol


-1


)+4*(



271.1kJ


?


mol



1


)



2*(285.830kJ


?


mol


-1


)



(



1416.98kJ


?


mol



1


)

=191.3(kJ


?


mol


–< /p>


1


)


所以为:


SiF


4(g)


+2H


2


O


(l)


=SiO


2(s)


+4HF


(g)


r


Hm


O


=191.3(kJ


?


mol


-1


)< /p>



5-19


利用本书附表与下列数据计算 石灰岩


[



CaCO

< br>3


(


方解石


)

< br>计


]



CO

2


(g)


溶解发育成喀斯特地形的如下反应的标准摩尔反应 焓:



CaCO


3(s)


+CO


2(g)


+H


2


O


(l)


=Ca


2 +


(aq)


+2HCO



-


3(aq)



r


Hm


θ


/kJ


?


mol


-1


:Ca


2+


(aq)



543.0HCO


-


3(aq)



6 91.1


解:


CaCO


3(s)


+CO


2(g)


+H


2


O


(l)


=Ca

< br>2+


(aq)


+2HCO


-


3(aq)



r


Hm


θ


=



r


Hm


θ


(Ca


2+


(aq)


)+2



r


Hm


θ


(HCO

< p>
-


3(aq)


)




r


Hm


θ



CaCO


3(s)





r


Hm< /p>


θ


(CO


2(g)


)




r


H m


θ


(H


2


O


(l)


)



= (



543.0kJ


?


mol



1


)+2×


(



691.1kJ


?


mol



1


)




(


–< /p>


1260.92kJ


?


mol

< p>


1


)



(



393.509kJ


?< /p>


mol



1


)< /p>



(



285. 830kJ


?


mol



1


)=



38.941(kJ ·


mol



1


)


5-20


火柴头中的


P

< p>
4


S


3(s)


标准摩尔燃 烧热为


-3677kJ


?


mol


-1


[


注:燃


烧产物 为


P


4


O


10 (s)



SO


2(g)


]


,利用本书附表的数据计算


P


4


S


3(s)


的标准摩


尔生成焓。



解:


P


4


S


3(s)


+8O


2(g)


=P


4


O


10(s)


+3SO


2(g)




r


Hm


θ


=



r

< p>
Hm


θ


(P


4

< p>
O


10(s)


)+3


△< /p>


r


Hm


θ


(SO


2(g)


)




r


Hm


θ



P


4


S


3(s )




8


△< /p>


θ


r


Hm


(O< /p>


2(g)


)




(



2984.0kJ


?


mol



1


)+3×


(



296.830 kJ


?


mol



1


)




r


Hm


θ



P< /p>


4


S


3(s)




(0kJ


?


mol



1


)=



3677(kJ


?


mol



1


)


∴△


r


Hm


θ


< p>
P


4


S


3(s)



=



197.4kJ


?


mol



1



P


4


S


3(s)


的标准摩尔生成焓为


197.4k J


?


mol



1


5-21


诺贝尔发明的炸药爆炸可使产生的气体因热膨胀体 积增大


1200


倍,其化学原理是硝酸甘油发生如下分解反应:


4C


3


H


5< /p>



NO


3



3


(l)=6N


2


(g)+10H


2


O(g)+12CO


2(g)


+O


2(g)


已知


C


3


H


5



NO


3



3


(l)


的标准摩尔生成焓为



355kJ


?


mol



1


,计算


爆炸反应的标准摩 尔反应焓。



解:


4C


3


H


5


NO


3



3


=6N


2


+10H


2


O+12CO


2(g)


+O


2 (g)



r


Hm

θ


=6×



r

Hm


θ


(N


2

)+10



r


Hm


θ


(H


2


O)+12



r


Hm


θ

< p>
CO


2(s)



+



θ


r


Hm


(O


2(g)


)


–< /p>


4



r


Hm


θ


(C


3


H


5



NO


3



3


)



=6×


(0kJ


?


mol< /p>



1


)+10×


(



241.818kJ


?

< p>
mol



1


)

< p>


12×


(-393.509kJ


?


mol



1


)



(0kJ


?


mol



1


)



4(



355kJ


?


mol



1


)=



5.72(kJ


?


mol



1


)



4C


3


H


5



NO


3



3


=6N


2


+10H


2


O+12CO

< p>
2(g)


+O


2(g)



r


Hm


θ


=< /p>



5.72(kJ


?

mol



1


)

< br>5-22


石灰的水化反应放出的热足以将纸张着火或鸡蛋煮熟。

< br>试利


用本书附表的数据计算


500g(1


市斤


)


生石灰(


s

< p>
)与足量的水生成熟


石灰(


s

)放出的热。


(注:可忽略溶解反应)


< br>


解:


CaO


(s)

< p>
+H


2


O


(l)


=Ca



OH



2(s)




r


Hm


θ


=



r


Hm


θ


(Ca



OH



2(s)


)




r


Hm


θ


(CaO


( s)


)




r


Hm


θ



H< /p>


2


O(l)



=



64.28(kJ


?


mol



1


)



500g/56g/mol×


< br>r


Hm


θ


=573.93mol



1


5-23


生命体的热源通常以摄入的供热物质折合成葡萄糖


[C


6


H


12


O


6(s)


]


燃烧放出的热量,已知葡萄糖


[C< /p>


6


H


12


O


6(s)


]


的标准摩尔生成


焓为-


1273kJ


?


mol



1


,


利用附 表数据计算它的燃烧热。




:


假设葡萄糖的燃烧热为


Q


,经查表和已知得:


C


6


H


12< /p>


O


6(s)


+O


2(g)


=6H


2


O

< br>(l)


+6CO


2(g)


△< /p>


r


Hm


θ


=6×



r


Hm


θ< /p>


(H


2


O


(l)


)+6



r


H m


θ


(CO


2(g)

< br>)




r


Hm


θ



O


2(s)





θ


r


Hm


(C


6


H


12


O


6(s


)


=



2803(kJ


?


mol



1


)


C


6

< p>
H


12


O


6(s)


+O


2(g)


=6H


2


O


(l)


+6CO

< br>2(g)



r


Hm


θ


=



2803(kJ


?


mol



1


)



5-24


经测 定葡萄糖完全氧化反应:


C


6


H


12


O


6



s



+O


2(g)


=6H


2


O


(l)


+6CO


2(g)


的标准摩尔反应自由 能为


-2840kJ


?


mol


-1


,试查


出产物的标准生成自由能,


计算葡萄糖的标准摩尔生成自由能。


将所


得数据 与上题的生成焓数据做比较。



解:



5-25


已知


N


2



NO



O


2


的解离焓分别为


941.7(kJ


?


mol


-1


)



631



8(kJ


?


mol


-1


)



493



7(kJ


?


mol


-1


)




仅利用这些数 据判断


NO


在常温常压下能否自发分解。




解:假设进行


NO=N2+


O


2


发生,则由已知得反应是吸热反应是极


性分子,分子结构复杂,所以是熵减反应,即明显地即反应不是自发

的,也就是说在常温常压下不能自发分解。



5-26


预计下列反应是熵增反应还是熵减反应?不能预计的通过


标准熵进行 计算。




1




葡萄糖燃烧(


2


)乙炔燃烧(


3


)碳酸氢钠分解(


4


)铁


丝燃烧




5


)甲烷与水蒸气反应生成水煤气


(


st eamgas



CO



H


2


的混合


气体


)



6



甲烷与氧气反应生成合成气



syngas

< p>


CO



H


2


的混合气体)


.



:(1)


葡萄糖燃烧


:S

< br>增大



因为


CO


的结构比


O


2


复杂,


因而生成物的混乱度比反应物大


,


< p>
反应是熵增反应。



(2)


乙炔燃烧


:S


减小



因为生成物中气体计量数之和比反映物大,


因而混乱度增大,

< br>是


熵减反应。



(3)


碳酸氢钠分解


:


S


增大



因为反成物只有固体,而生成物有气体,因而混乱度增大,是 熵


增反应。



(4)

< br>铁丝燃烧


:


S


减小



因为反应消耗


O


2


气体,而生成物只有固体,因而混乱度减小,


是熵减反应。

< p>


(5)


甲烷与水蒸气反应生成水煤气

< p>
:S


增大



因为生成物的 气体计量数要比反应计量数大,


因而混乱度大,



熵增反应。



(6)


甲烷与 氧气反应生成合成气


:S


增大



因为生成物的气体计量数比反映物大,


因而混乱度增大,


是熵反


应。



5-27


解:


C



s



+O


2



g



=CO



g




5-28


碘钨灯因在灯内发生如下可逆反应:


W(s)



I


2


(g)



WI


2


(g).

碘蒸气与扩散到玻璃内壁的钨会反应生成碘化钨,


后者扩散到钨丝附


近会因钨丝的高温


.


而分解出钨重新沉积到钨丝上去, 从而可延长灯


丝的使用寿命。



已知在


298K


时:


W(s)WI

< p>
2


(g)I


2


(g) < /p>


Δ


f


G


m


θ


/kJ


?


mol< /p>



1


0



8.3719.327


S


m


θ


/J


?


mol



1


/k33.5251260.69

< p>


a



设玻璃内壁的温度 为


263K



计算上式反应的


Δ


r


G


m


θ



623K


< p>



b


)估算

< p>
WI


2


(g)


在钨丝上分 解所需的最低温度。



解:


W



s



+I

< p>
2



g



=WI


2



g





1


由吉布斯


-


亥姆霍兹方程,



298K


时,



r


G


m


θ


=



r


H


m


θ



T


1



r


S

< br>m


θ





623K


时,


< br>r


G


m


θ



623K



=


r


H


m


θ



T


2


△< /p>


r


S


m


θ




由②



①得,



r


G


m


θ



623K



=



T

< p>
1



T


2




r


H

m


θ



T


2



r


S


m< /p>


θ



=



298K



623K



×



251



33.5



260.69

< p>


×


10



3


+


(-


8.37



19.327



< /p>


=



13.66KJmol



1



< br>2



WI


2


g


)分解即得:



r


G


m


=0


,即吉布斯


-


亥姆霍兹方程中



r


G


m


=0




由①得,



r


H


m


θ< /p>


=



13.66KJmol



1



< br>r


S


m


θ


=



43.19KJmol



1


K



1


0=



r


G

< p>
m


=



r


G


m


θ


T



+RTlnJ


T≈



r


G


m


θ



298K


< p>
/RlnJ=



r


H


m


θ



298K< /p>



/




r


S


m


θ

< p>


298K


)-


RlnJ




=



13.66kJmol



1


〔〕



43.19kJmol



1


K



1< /p>



8.314RlnJ




5-29


用凸透镜聚集太阳光加热倒置在液汞上的装 满液汞的试管


内的氧化汞,使氧化汞分解出氧气,是拉瓦锡时代的古老实验。试从


书后附录查出氧化汞、氧气和液汞的标准生成焓和标准熵,估算:使


氧 气的压力达到标态压力和


1kPa


所需的最低温度(忽略汞的蒸 气


压)


,并估计为使氧气压力达


1kP a


,试管的长度至少多长?



解:方法 一:经查阅:


H:HgO=-90.83kJ/molO


2


=0kJ/molHg(l)=0kJ/mol


S:HgO=70 .29J/molKO


2


=205.138J/molK


Hg(l)=76.02J/molK

-


-


-


-


-


-


-


-



本文更新与2021-03-03 16:06,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/701552.html

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