大学化学第一章(化学工业出版社).doc

第一章化学反应的基本原理
1.某乙醇溶液的质量为196.07g，其中H2O为180g，求所含C2H5OH物质的量。

解：由题意可知：n(C2H5OH)=m/M=(196.07-180)/46=0.35mol
2.已知化学反应方程式：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)，求1t含95%碳酸钙的石灰
石在完全分解时最多能得到氧化钙和二氧化碳各多少千克？
解：由题意可知：
m(CaO)=(56×1000×95%)/100=532kg
m(CO2)=( 44×1000×95%)/100=418kg
3.已知铝氧化反应方程式：4Al(s)+3 O2(g)=2Al2O3(s)，试问：当反应过程中消耗掉2molAl时，该反应的反应进度为多少？分别用Al，O2，Al2O3进行计算。

解：由题意可知：4Al(s)+3 O2(g)=2Al2O3(s)
ξ(Al)=Δn(Al)/ν(Al)=(-2mol)/(-4)=0.5mol
ξ(O2)= Δn(O2)/ν(O2)=(-1.5mol)/(-3)=0.5mol
ξ(Al2O3)= Δn(Al2O3)/ν(Al2O3)=1mol/2=0.5mol
4.水分解反应方程式：H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g)，反应进度ξ=3mol时,问消耗掉多
少H2O，生成了多少O2？
解：H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g), ξ=3mol
Δn(H2O)= ξ×ν(H2O)= (-1) ×3mol=-3mol
Δn (O2)= ξ×ν(H2O)= (1/2) ×3mol=1.5mol
5.甲烷是天然气的主要成分，试利用标准生成焓的数据，计算甲烷完全燃烧时反
应的标准焓变Δr H mθ(298.15K)。

1molCH4完全燃烧时能释放多少热能？
解：由题意可知：
CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l)
Δf H mθ/ kJ·mol-1 -74.85 0 -393.50 -241.82
Δr H mθ(298.15K)={Δf H mθ(CO2)+2Δf H mθ(H2O)-Δf H mθ(CH4)-2Δf H mθ(O2)}
=-802.29kJ·mol-1
6.已知N2H4(l)和N2O4(g)在298.15K时的标准摩尔生成焓分别为50.63kJ·mol-1.
和9.66kJ·mol-1。

计算火箭燃料联氨和氧化剂四氧化二氮反应2N2H4(l)+ N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(l)的标准标准摩尔焓变。

计算32g液态联氨完全氧化时所放出的热量。

解：由题意可知：
2 N2H4(l) + N2O4(g) = 3N2(g) + 4H2O(l) Δf H mθ/ kJ·mol-150.6
3 9.66 0 -285.83
Δr H mθ(298K)={4Δf H mθ(H2O)+3Δf H mθ(N2)-2Δf H mθ(N2H4)-Δf H mθ(N2O4)} =[4×(-285.83)+3×0-2×50.63-9.66]=-1254.24 kJ·mol-1
Q=1/2Δr H mθ=1/2×(-1254.24) =-627.12kJ
7. (1)S[He(l)]﹤S[He(l)]
(2) S[H2O(l)]﹤S[H2O2(l)]
(3)S(金刚石)﹤S(石墨)
8.CaC2与H2O作用生成用于焊接的乙炔气，其反应为CaC2(s)+2H2O(l) =Ca(OH)2(s)+C2H2(g)，利用附录3的热力学数据计算该反应在298.15K时的标准摩尔焓变，标准摩尔熵变，该反应的自发性是否与温度有关？
解：由题意可知
CaC2 (s) + 2H2O (l) = Ca(OH)2(s) + C2H2(g)
Δf H mθ/ kJ·mol-1-62.76 -285.83 -986.09 266.73
S mθ/J·mol-1·K-170.09 69.91 83.39 200.83
Δr H mθ={Δf H mθ(C2H2)+Δf H mθ(Ca(OH)2)-2Δf H mθ(H2O)-Δf H mθ(CaC2)} =(-986.09+226.73)-[ 2×(-285.83) + (-62.76)]=-84.94 kJ·mol-1
Δr S mθ={ S mθ(C2H2)+ S mθCa(OH)2)-2 S mθ(H2O)- S mθ(CaC2)}
=200.83+83.39-2×69.91-70.09=74.3 J·mol-1·K-1
由于Δr H mθ<0，Δr S mθ>0，且Δr G mθ=Δr H mθ-TΔr S mθ，所以该反应的
自发性与温度无关。

9.用两种方法计算反应Cu(s)+ H2O(g)=CuO(s)+H2(g)在25℃的标准摩尔吉布斯函数变。

如果p(H2O) ︰p(H2)=2︰1，判断该反应能否自发进行。

解：由题意可知：
Cu(s) + H2O(g) = CuO(s) + H2(g)
Δf H mθ/ kJ·mol-10 -241.82 -157.3 0
S mθ/J·mol-1·K-133.15 188.72 42.63 130.574
Δf G mθ/ kJ·mol-10 -228.59 -129.7 0
方法Ⅰ：Δr G mθ={Δf G mθ(CuO)+Δf G mθ(H2)-Δf G mθ(H2O)-Δf G mθ(Cu)}
=-129.7+0-(-228.59)-0=98.89 kJ·mol-1
方法Ⅱ：Δr H mθ={Δf H mθ(CuO)+Δf H mθ(H2)-Δf H mθ(H2O)-Δf H mθ(Cu)}
=84.52 kJ·mol-1
Δr S mθ={S mθ(CuO)+S mθ(H2)-S mθ(H2O)-S mθ(Cu)}
=-48.666 J·mol-1·K-1
Δr G mθ=Δr H mθ-TΔr S mθ
=84.52-(-48.666) ×298.15×10-3=99.03 kJ·mol-1
当p(H2O)：p(H2)=2：1时，
Δr G m=Δr G mθ+RT㏑Q p′=98.89+8.314×298.15lnp(H2)/p(H2O) =97.17 kJ·mol-1
10.近似计算下列反应在1800K时的Δr G mθ，即TiO2(金红石，s)+ C(石墨)= Ti(s)+ CO2(g)当反应处在p(CO2)=80kPa的气氛中时，能否自发进行？
解：(1)由题意可知：
TiO2(金红石，s) + C(石墨) = Ti(s) + CO2(g)
Δf H mθ/ kJ·mol-1-994.7 0 0 -393.50
S mθ/J·mol-1·K-150.33 5.740 30.66 213.64 Δr H mθ(298.15K)={Δf H mθ(CO2)+Δf H mθ(Ti)-Δf H mθ(TiO2)-Δf H mθ(C)}
=551.20 kJ·mol-1
Δr S mθ(298.15K)={S mθ(CO2)+S mθ(Ti)-S mθ(TiO2)-S mθ(C)}
=188.2 J·mol-1·K-1
Δr G mθ(1800K)= Δr H mθ(298.15K)-TΔr S mθ(298.15K)=212.44 kJ·mol-1
(2) Δr G m=Δr G mθ(1800K)+RT㏑Q p′=209.10 kJ·mol-1
所以，反应不能自发进行。

12.利用热力学数据，计算下列反应在298.15K时的Kθ值。

(1)CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)；(2)2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)解：(1)由题意可知：
CH4(g) + 2H2O(g) = CO2(g) + 4H2(g) Δf G mθ/ kJ·mol-1-50.6 -228.59 -394.36 0
Δr G mθ={Δf G mθ(CO2)+4Δf G mθ(H2)-2Δf G mθ(H2O)-Δf G mθ(CH4)} =-393.46-(-50.6)-2×(-228.59)=113.42kJ·mol-1
∵ΔrGmθ=-RTlnKθ
∴ Kθ=1.3×10-20
(2) 由题意可知：
SiO2(s) + 2C(s) = Si(s) + 2CO(g)
Δf G mθ/ kJ·mol-1-856.67 0 0 -137.15
Δr G mθ={2Δf G mθ(CO)+Δf G mθ(Si)-2Δf G mθ(C)-Δf G mθ(SiO2)}
=-582.37kJ·mol-1
∵ΔrGmθ=-RTlnKθ
∴K θ=e 234.94
13.已知反应N 2(g)+O 2(g)=2NO(g)在500K 时的K θ=8.90×1027，p(N 2)=8.0kPa ，p(O 2)=2.0kPa ，p(NO)=1.0kPa 。

通过计算说明反应的自发进行的方向如何？ 解：由题意可知， 0625.0]
100/0.2[]100/0.8[]100/1[]/)(][/)([][p(NO)/p Qp'2222=⨯==θθθp O p p N p < K θ=8.90×1027 所以，反应向正反应方向进行。

14.已知973K 时下列反应的标准平衡常数K θ：
(1)SO 2(g)+O 2(g)=SO 3(g) 201=θK ；(2)NO 2(g)=NO(g)+O 2(g) 012.02
=θK ； 求反应SO 2(g)+NO 2(g)=SO 3(g)+NO(g)的K θ。

解：由题意可知，24.0012.0202
1=⨯=⨯=θθθK K K 15. 反应CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)在973K ，1073K ，1173K ，1273K 时的平衡常数分别为0.618，0.905，1.29，1.66，试问此反应是吸热反应还是放热反应？
解：ln(K 2/K 1)= (ΔH/R)[(T 2-T 1)/T 2·T 1]
ln(0.905/0.618)= (ΔH/8.314)[(1073-993)/(1073×993)
ΔH=33.1kJ·mol -1﹥0，所以是吸热反应。

16.某温度时8.0molSO 2和4.0molO 2在密闭容器中进行反应生成SO 3气体，测得起始时和平衡时(温度不变)系统的总压力分别为300kPa 和220kPa ，试求该温度时反应2SO 2(g)+O 2(g)=2SO 3(g)的平衡常数和的转化率。

解：方法Ⅰ：设平衡时的分压为x ，则
2SO 2(g) + O 2(g) = 2SO 3(g)
起始时 300×(8/12)=200 100
平衡时 200-x 100-x/2 x
200-x+100-x/2+x=220 x=160 kPa
所以，K θ=(160/100)/[(20/100)(40/100)2]=80
α=(160/200)×100%=80%
方法Ⅱ：设反应中消耗的O2的物质的量为x mol，则
2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g)
起始时8.0 4.0 0
平衡时8.0-2x 4.0-x 2x
由道尔顿分压定律知，300/8.0+4.0=220/8.0-2x+4.0-x+2x x=3.2mol
p (SO2) = 40kPa，p (O2)=20kPa，p (SO3)=160kPa
所以，α=(2x/8.0) ×100%=80%
Kθ=80
17.已知下列反应Ag2S(s)+H2(g)=2Ag(s)+H2S(g)在740K时的Kθ=0.36.若在该温度下，在密闭容器中将1.0molAg2S还原为Ag，试计算最少需要H2的物质的量。

解：设需H2的物质的量为xmol
Ag2S(s) + H2(g)= 2Ag(s) + H2S(g)
平衡时x-1.0 1.0
Kθ={[（1/x）P]/100}/{[(x-1)/x]p}/100=0.36
x=3.78mol
18. 根据实验，下列反应为元反应2NO(g)+Cl2(g)=2NOCl(g)
(1)写出反应速率方程式。

(2)反应的总级数是多少？
(3)其他条件不变，如果将容器的体积增加到原来的1倍，反应速率如何变化？
(4)如果容器体积不变而将NO的浓度增加到原来的3倍，反应速率将怎样变化？解：2NO(g)+Cl2(g)=2NOCl(g)
(1) v=k[c(NO)]2c(Cl2) (2) 3
(3) 1/8 (4) 9-1=8 提高8倍
19．根据实验结果，在高温时焦炭中碳与二氧化碳的反应为C(s)+CO2(g)=2CO(g)其活化能为167.36 kJ·mol-1。

计算温度由900K升高到1000K时，反应的速率增大多少倍？
解：由题意可知，ln(v2/v1)=ln(k2/k1)=(Ea/R)[(T2-T1)/T2·T1]
=(167360/8.314)[(1000-900)/1000×900]=2.24
v2/v1=9.36
20.是非题
—+ —+ —
21.选择题
(1)D (2)BC (3)AD (4)B。