34、中南大学无机化学题库答案：计算题(10-15).pdf

611 十 氢 稀有气体 1 根据该反应的平衡常数看 当温度升高时 平衡常数减小 可见温度过高将不 利于 XeF6 g 的生成 因此 在满足反应速率的前提下 应使反应在尽可能低 的温度下进行 反应 3 Kp 1 2 Kp Kp 8 8 1007 1 1001 1 0 944 523 K 时 同理 673 K 时 3 Kp 3 1098 1 0 36 0 0182 Kp 24 6 FXeF XeF pp p 若 XeF6 XeF4 10 2 1 F p 10 6 p 2 20 K 时液氢密度为 70 6 g L 相当于 70 6 g L 1 1 008 g mol 1 70 04 mol L 1 而 LaNi5储氢密度为 6 2 1022 H 原子 cm3 可换算为 6 2 1022 1000 6 02 1023 103 0 mol L 1 计算表明 LaNi5储氢密度比液氢大得多 相当于液氢的 103 0 70 04 1 47 倍 3 题目所给定的燃烧温度虽然远高于室温 而有关热力学数据都是室温条件下的 但由 于反应热主要决定于旧健断裂的吸热和新健生成的放热 所以与温度变化关系不大 故 仍然可用于相关计算 甲苯燃烧放热 C7H8 g 9 O2 g 7 CO2 g 4 H2O g f Hm kJ mol 1 50 00 0 393 14 241 82 r Hm 4 241 82 7 393 14 50 00 3769 26 kJ mol 1 1 mol 甲苯吸收 3 mol H2 所以氢的燃烧放热为 3 H2 g 2 3 O2 g 3 H2O g r Hm 3 241 82 0 0 725 46 kJ mol 1 反应总热量 r H 3769 26 725 46 4494 72 kJ mol 1 甲苯燃烧放热所占比例 3769 26 4494 72 100 83 86 612 氢的燃烧放热所占比例 725 46 4494 72 100 16 14 应当指出 上述计算具有一定的近似性 因为计算中忽略了温度的影响 即没有考虑体 积变化引起的能量变化 也没有考虑氢与甲苯的结合能 4 该液氢汽车的液氢储箱中所装氢的物质的量为 70 6 151 44 1 008 2 5303 4 mol 氢的燃烧反应为 H2 g 2 1 O2 g H2O g r Hm 285 83 kJ mol 1 该车每千米的能耗为 285 83 5303 4 274 5532 4 kJ 5 该氙的氟化物中 Xe 和 F 的原子个数比为 Xe F 29 131 409 0 00 19 409 0758 0 1 5 9 1 6 该化合物的实验式为 XeF6 6 根据题意 发生的反应方程式如下 2 Xe n F2 2 XeFn XeFn 2 n H2 Xe n HF HF NaOH NaF H2O 从题目的分析数据知 在 XeFn 中含有 Xe 0 2507 g 含有 F 0 1435 g 则它们的 原子个数比为 Xe F 3 131 2507 0 00 19 1435 0 1 4 则该化合物的化学式为 XeF4 7 根据题意 参加反应的 PtF6的压强为 12 40 kPa 而参加反应的 Xe 的压强为 26 08 12 40 2 27 11 41 kPa 由于在同温 同压下 气体的压力比等于它们的物质的量之比 所以它们的物质的量比 为 Xe PtF6 11 41 12 40 1 1 则该化合物的化学式为 Xe PtF6 613 十一 卤素 1 当 XO3 和 X 为 ClO 3 和 Cl 时 正极电势为 ClO3 6 H 5 e 3 Cl2 3 H2O ClO 3 Cl 2 1 47 v 负极电势为 2 Cl 2 e Cl 2 Cl 2 Cl 1 36 v 当正极电势和负极电势相等时反应达到平衡状态 在上述电势中 正极电势受介质酸度 影响 而负极电势不受介质酸度影响 所以除 H 外 其它物种均处于标准态时 达 平衡时的酸度可如下计算 1 36 1 47 5 0591 0 lg H 6 lg H 1 55 则 pH 1 55 即正向反应能够进行的最大 pH 值为 1 55 同理 当 XO3 和 X 为 BrO 3 和 Br 时 正极电势为 BrO3 6 H 5 e 3 Br2 3 H2O BrO 3 Br 2 1 52 v 负极电势为 2 Br 2 e Br 2 Br 2 Br 1 07 v 达平衡时的酸度可如下计算 1 07 1 52 5 0591 0 lg H 6 lg H 6 35 则 pH 6 35 即正向反应能够进行的最大 pH 值为 6 35 当 XO3 和 X 为 IO 3 和 I 时 正极电势为 IO3 6 H 5 e 3 I2 3 H2O IO 3 I 2 1 20 v 负极电势为 2 I 2 e I 2 I 2 I 0 54 v 达平衡时的酸度可如下计算 0 54 1 20 5 0591 0 lg H 6 lg H 9 31 则 pH 9 31 即正向反应能够进行的最大 pH 值为 9 31 2 根据分配定律 一定温度下 一种溶质分配在互不相溶的两种溶剂中的浓度比值为一 常数 该常数称为分配系数 因此 溴在 CCl4和 H2O 中的浓度比可写成 KD 2 2 4 aq CCl Br Br 25 0 Br2 在水中的起始浓度为 35 6 g L 1 设 Br2 在 CCl4中的平衡浓度为 x g L 1 则达平衡时 x x 6 35 25 0 解得 x 34 2 g L 1 所以 平衡时 Br2 在水中的浓度为 2 aq Br 35 6 34 2 1 4 g L 1 614 3 根据题意可设计玻恩 哈柏循环如下 Rb s 2 1 Cl2 RbCl s Rb g Cl g Rb g Cl g 2 1 rHm 433 86 0 2 1 242 409 686 363 kJ mol 1 4 MnO2 4 H 2 e Mn2 2 H 2O MnO 2 Mn2 1 23 2 0591 0 lg H 4 Cl2 2 e 2 Cl Cl 2 Cl 1 36 2 0591 0 lg 2 1 Cl 在标准状态下 MnO2 不能氧化 HCl 而得到氯气 但随 HCl 浓度升高 MnO 2 Mn2 增大 而 Cl 2 Cl 减小 设 HCl x mol dm 3 此时两电对电势相等 则 1 23 2 0591 0 lg x 4 1 36 2 0591 0 lg 2 1 x 解方程得 x 5 41 mol dm 3 即当 HCl 浓度大于 5 41 mol dm 3 时 MnO2 与 HCl 反应可制备得氯气 5 由于在碱性介质中 右 左 所以中间价态的 Cl2可以发生歧化反应 Cl2 2 OH ClO Cl H 2O lg K 0591 0 nE 0591 0 n 0591 0 40 036 1 16 24 615 K 1 7 1016 由于在酸性介质中处于中间价态的 Cl2 右 左 所以可以发生归中反应 HClO H Cl Cl 2 H2O lg K 0591 0 36 163 1 4 57 K 3 7 104 6 酸性介质中 KBrO3氧化 KI 的反应 6 KBrO3 5 KI 3 H2SO4 3 Br2 5 KIO3 3 K2SO4 3 H2O 6 mol 5 mol 3 mol 5 mol 假定 KBrO3和 KI 各 6 mol 剩余 1 mol 将和 1 5 mol KIO3 作用生成 3 5 mol I2 KIO3 5 KI 3 H2SO4 3 I2 3 K2SO4 3 H2O 1 5 mol 1 mol 3 5 mol 可见反应结果将生成 Br2 I2 KIO3 它们的物质的量比为 3 3 5 24 5 7 根据题意所发生反应的离子方程式如下 2 IO3 10 I 12 H 6 I 2 6 H2O Cu2 2 I CuI 2 1 I2 I2 2 S2O32 2 I S4O62 从上面反应式可知 1 mol Cu IO3 3 和足量的 KI 反应 可生成 6 5 mol I2 而 1 mol I2 可以与 2 mol Na2S2O3 反应 则 1 mol Cu IO3 3 将需要 13 mol Na2S2O3 进行滴定 在水中 Cu IO3 3 Cu2 2 IO 3 Ksp 1 1 10 7 Cu2 Cu IO 3 3 3 0 10 3 mol L 1 需要 Na2S2O3 物质的量 3 0 10 3 1000 100 13 3 9 10 3 mol 需要 0 11 mol L 1 的 Na 2S2O3 溶液的体积 V 11 0 109 3 3 0 0355 L 或 35 5 ml 8 先写出在酸性介质中相应的电极反应式 HBrO H 2 e Br H 2O 根据题意写出计算 HBrO Br 的能斯特方程式 HBrO Br BrO Br 2 0591 0 lg 2 OHBr BrO 616 由于是酸性条件下 所以 OH 1 0 10 14 mol L 1 而 Br HBrO 1 0 mol L 1 即处于标准态下 BrO 应由 HBrO 的离解平衡计算 HBrO BrOH Ka HBrO BrO Ka HBrO 2 51 10 9 将有关数据代入计算式中 HBrO Br 0 758 2 0591 0 lg 214 9 100 1 1051 2 1 331 v 9 根据题意 设开始时 KClO3为 x g 由于 MnO2的质量不变 所以固体物减少的质量 即是氧气的量 5 36 3 76 g 分解反应式如下 并列出相应关系 2 KClO3 2 MnO 2 KCl 3 O2 2 122 5 3 32 x 5 36 3 76 2 122 5 5 36 3 76 3 32 x 解得 x 4 08 g 10 按题意是由酸性介质的标准电极电势计算碱性介质中的标准电极电势 先写出酸性介质中电极电势的能斯特方程 A A 5 0591 0 lg 2 1 6 3 2 pp HCiO Cl 碱性介质的标准态下 H 1 0 10 14 mol L 1 其它物种均为标准态 则 B A 1 47 5 0591 0 lg 1 0 10 14 6 0 477 v 11 发生的反应为 Br2 2 I 2 Br I 2 Pt I2 s I c 1 Br c 1 Br2 l Pt lg K 0591 0 nE 0591 0 n 0591 0 54 009 1 2 18 61 K 4 1 1018 rGm n F E 2 96 485 1 09 0 54 106 kJ mol 1 12 欲达 Cl Br 离子分离目的 经分离后的溶液中 Cl 和 Br 的比值应不小于 500 倍 617 AgCl 在氨水中的溶解 AgCl s 2 NH3 aq Ag NH3 2 aq Cl aq K1 Ksp AgCl K 稳 Ag NH 3 2 AgBr 在氨水中的溶解 AgBr s 2 NH3 aq Ag NH3 2 aq Br aq K2 Ksp AgBr K 稳 Ag NH 3 2 AgCl s Br aq AgBr s Cl aq K3 2 1 K K AgBr AgCl Ksp Ksp 即 Br Cl 13 10 1035 5 1077 1 331 I 2 I 0 535 v 所以 Fe3 离子可以被 I 离子还原为 Fe2 离子 并生成 I 2 2 Fe3 2 I 2 Fe2 I 2 但是 在含 Fe3 离子的溶液中加入氟化钠溶液 由于 FeF 5 2 配离子的生成 大大降低 了 Fe3 离子的浓度 使 Fe3 Fe2 电势大大降低 53 2 5 FFe FeF K 稳 FeF 52 5 9 1015 假定开始时 Fe3 1 0 mol L 1 平衡时 F 0 10 mol L 1 则 Fe3 155 109 5 1 0 0 1 1 7 10 11 mol L 1 FeF 52 Fe2 Fe3 Fe2 Fe3 Fe2 0 0591 lg 2 3 Fe Fe 假定 Fe2 1 0 mol L 1 0 771 0 0591 lg 1 7 10 11 0 13 v 此时 FeF 52 Fe2 0 13 v HClO 的 Ka 根据强酸可从弱酸的盐中顶替 出弱酸的原理 应可以发生如下反应 ClO H 2CO3 HClO HCO3 619 该反应的平衡常数 Kc 32 3 COHClO HCOHClO 32 3 COHClO HCOHClO H H HClO COH Ka Ka 32 1 8 7 1095 2 1030 4 14 6 平衡常数较大 说明反应是向右进行的 生成的 HClO 会进一步分解为 HCl 和 O2 所以漂白粉在潮湿的空气中容易吸收 CO2而失效 17 因为 Hg ClO4 2 和 NaCl 为强电解质 在水溶液中完全电离 Hg ClO4 2 Hg2 2 ClO 4 NaCl Na Cl 0 100 mol 的 Hg ClO4 2 离解得 0 100 mol 的 Hg2 0 080 mol 的 NaCl 离解得 0 080 mol 的 Cl 由于 HgCl 的离解常数很小 可认为已经结合的基本上不离解 则将生成 0 080 mol HgCl 剩余 0 020 mol 的 Hg2 离子 将它们的浓度换算出 HgCl 25 1 080 0 0 064 mol L 1 Hg2 25 1 020 0 0 016 mol L 1 微弱离解出的 Cl 将很少 设平衡时其浓度为 x mol L 1 则 2 HgCl ClHg 064 0 016 0 x 1 8 10 7 解得 x 7 2 10 7 mol L 1 18 由于盐酸是强电解质 所以 1 000 10 10 mol L 1 盐酸电离出 1 000 10 10 mol L 1 的 H 离子 而 H2O 是微弱电离的 假定 H2O 电离的 H x mol L 1 则 OH x mol L 1 溶液中总的 H 1 000 10 10 x mol L 1 代入 H 2O 的电离平衡式中 H OH 1 0 10 14 即 1 000 10 10 x x 1 0 10 14 展开得 x 2 1 000 10 10 x 1 0 10 14 0 解得 x 1 0 10 7 mol L 1 所以溶液中总的 H 1 0 10 7 1 000 10 10 1 001 10 7 mol L 1 19 将 得碘在水中的溶解反应式 I2 s I2 aq 620 lg K 0591 0 nE 0591 0 n 0591 0 621 0535 0 2 2 91 K 1 23 10 3 而 K c I 2 故 I2 aq 1 23 10 3 mol L 1 621 十二 氧 硫 1 有关的反应方程式为 2 Cu2 4 I 2 CuI I 2 I2 2 S2O32 2 I S4O62 铜合金中铜的百分含量计算如下 00 3 54 63 0 25 250 1000 0500 05 22 100 23 8 2 所发生的反应为 2 CrO42 2 H Cr2O72 6 I Cr 2O7 2 14 H 3 I 2 2 Cr 3 7 H 2O I2 2 S2O32 2 I S4O62 从反应式可推断 1 mol K2CrO4 3 mol KI 3 mol S2O32 加入 K2CrO4的物质的量为 2 194 1942 0 1000 1 000 m mol 剩余 K2CrO4的物质的量为 0 1000 3 0 10 0 3333 m mol 与试样反应实际消耗的 K2CrO4的物质的量为 1 000 0 3333 0 667 m mol 原试样中 KI 的百分含量 3500 0 1000 0 166 3667 0 100 94 9 3 rGm T K 2 303 RT lg K rGm 298 K 2 303 8 314 10 3 298 lg 1 0 10 54 308 kJ mol 1 而 rGm rH m T rS m 则 rSm T rGrH mm 298 308284 1000 80 5 J mol 1 K 1 4 氯酸钾的分解反应 2 KClO3 2 KCl 3 O2 由于是使用排水集气法 所得气体中必须扣除水蒸气压力后才是氧气的真正压力 2 O p 99 725 2 066 97 659 kPa 622 根据气态方程可求出氧气的物质的量 n RT pV 291314 8 00 5659 97 0 202 mol 根据反应式可计算需要的 KClO3的质量为 3 202 05 1222 16 5 g 5 根据题意所发生反应的离子方程式如下 2 IO3 10 I 12 H 6 I 2 6 H2O Cu2 2 I CuI 2 1 I2 I2 2 S2O32 2 I S4O62 从上面反应式可知 1 mol Cu IO3 3 和足量的 KI 反应 可生成 6 5 mol I2 而 1 mol I2 可以与 2 mol Na2S2O3 反应 则 1 mol Cu IO3 3 将需要 13 mol Na2S2O3 进行滴定 根据题意 消耗的 Na2S2O3 物质的量 0 110 1000 5 35 3 9 10 3 mol 溶液中 Cu IO3 3 的浓度为 Cu IO3 3 13 109 3 3 100 1000 3 0 10 3 mol L 1 Cu IO3 3 在水中的离解 Cu IO3 3 Cu2 2 IO 3 Cu2 3 0 10 3 mol L 1 IO 3 2 3 0 10 3 mol L 1 则 Ksp 3 0 10 3 2 3 0 10 3 2 1 1 10 7 6 总反应 2 NH3 H2O H2CO3 CaSO4 NH4 2SO4 CaCO3 2 H2O 相当于 CaSO4 Ca2 SO 4 2 K 1 Ksp 9 1 10 6 H2CO3 2 H CO 3 2 K 2 Ka1 Ka2 4 2 10 7 5 6 10 11 2 NH3 H2O 2 NH4 2 OH K 3 2 Kb NH 3 2 1 8 10 5 2 2 H 2 OH 2 H 2O K 4 1 KW 2 1 0 1028 Ca2 CO 3 2 CaCO 3 K 5 1 Ksp 1 2 5 10 9 4 0 108 总反应式 所以 K K 1 K 2 K 3 2 K 4 K 5 2 8 10 5 在 NH3存在下 CO2转化为 CO32 促使 CaSO 4 转化为溶解度更小的 CaCO3 7 实验方法可以按如下步骤进行 先收集一定质量的大气样品 设质量为 W 623 把大气样品通过过量的 H2O2 溶液 H2O2 aq 将吸收大气中的 SO2 g 并将它氧化 成 H2SO4 H2O2 aq SO2 g H2SO4 aq 用浓度为 0 00250 mol L 1 NaOH 溶液滴定 H 2O2 吸收液 设消耗 V ml 2 NaOH H2SO4 Na2SO4 2 H2O 从反应式可知 1 mol SO2 g 将消耗 2 mol NaOH 因此大气样品中 SO2的质量分数的计算式为 10002 0 6400250 0 W V 100 8 根据题意 溶解于水中的空气中氧的体积分数为 78 020 23 21 010 49 21 010 49 0 36 则溶解于水中的空气中氮的体积分数为 1 00 0 36 0 64 故溶解于水的空气所含的 O2与 N2的体积比是 0 36 0 64 或 1 1 8 提示 在 273 K 和 101 3 kPa 下 1 L 水能溶解 O249 10 ml 是指水面上氧的分压力 为一个标准压力时的值 而亨利定律指出 在中等压强时 气体的溶解度与溶液上面 气相中该气体的分压力成正比 9 臭氧转化为氧的体积变化为 2 O3 3 O2 增加的体积 2 3 1 设 750 ml 含有 O3的氧气中有xml O3 则 x 30 即 x 2 30 1 解得 x 60 ml 而此含有 O3的氧气 1 L 中含 O3的体积为 750 60 1000 80 ml O3与 KI 的反应 O3 2 I 2 H O 2 I2 H2O 1 mol 254 g 4 22 080 0 mol y g 1 4 22 080 0 254 y 解得 y 0 91 g 10 根据题意 在 293 K 和 101 325 kPa 下 1 L 水可溶解 2 6 L H2S g 假定溶液的体积变化可以忽略 则该饱和 H2S 溶液中 SH n 2 RT pV 298314 8 6 2325 101 0 11 mol H2S 0 1 11 0 0 11 mol L 1 624 由于 H2S 溶液中 Ka 1 Ka 2 所以计算 H 离子浓度时可以忽略第二步的电离 H 21 SHKa 11 0101 9 8 1 0 10 4 pH 4 11 lg K RT rGM 303 2 298314 8303 2 10308 3 54 0 K 1 0 10 54 而 rGm rH m T rS m 则 rHm 308 298 80 5 10 3 284 kJ mol 1 12 因为在 0 1 mol L 1 的 FeSO4溶液中 要生成 FeS 沉淀 需要的最低 S2 为 S2 2 Fe KspFeS 1 0 107 3 19 3 7 10 18 mol L 1 而欲使 S2 3 7 10 18 mol L 1 则 H 2 221 S SHKaKa 18 22 107 3 10 01037 9 5 0 10 3 mol L 1 由于沉淀反应 Fe2 H 2S FeS 2 H 当 1 mol Fe2 离子沉淀 就有 2 mol H 生成 显然 当体系中有 2 5 10 3 mol L 1 以上的 Fe2 离子沉淀 H 就会大于 5 0 10 3 mol L 1 沉淀就会溶解 在 0 1 mol L 1 的 FeSO4溶液中 通入 H2S 要生成 FeS 沉淀 必须控制溶液的酸度 使 H 10 5 此法不能将 PO43 和 Cl 分离完全 7 设平衡时 NO2 和 N2O4 的分压分别为 2 NO p和 42O N p 平衡时 N2O4 的摩尔分数为 42O N X 则 42O N X D 2 1 1 42O N X D d 所以 42O N X D Dd 2 而 Kp 42 2 2 ON NO p p pX pX ON ON 42 42 2 1 42 42 2 1 ON ON X X p 将 42O N X D Dd 2 代入上式得 Kp D Dd D Dd 2 2 1 2 p 2 4 2 DdD dD p 8 NH4Cl 与碱的作用 NH4Cl NaOH NH3 NaCl H2O 0 010 mol 0 010 mol 从反应式知充分作用后 0 010 mol NH4Cl 将生成 0 010 mol NH3 则生成的氨水物质的量浓度为 100 0 010 0 0 10 mol L 1 氨水与盐酸的反应 NH3 H2O HCl NH4Cl H2O 0 010 mol 0 005 mol 氨水剩余量为 0 010 0 005 0 0050 mol 生成 NH4Cl 量为 0 0050 mol 即生成了 NH3 NH4Cl 的缓冲溶液 溶液中 NH3 105 0 0050 0 mol L 1 NH 4 105 0 0050 0 mol L 1 弱碱型缓冲溶液 pH 14 pKb lg 盐 碱 C C 14 4 74 9 26 628 9 开始时 NO2 769 0 0683 0 0 0888 mol L 1 设平衡时 NO2 分解了 x mol L 1 则平衡时各相关浓度为 NO2 0 0888 x mol L 1 NO x mol L 1 O2 2 1 x mol L 1 代入平衡常数表达式 x xx 0888 0 2 1 2 1 1 25 10 3 由于平衡常数不是很大 所以x相对于 0 0888 应当较小 故在分母中忽略 x 2 1 2 1 xx 1 25 10 3 0 0888 1 11 10 4 两边平方 2 1 x x 2 1 23 10 8 x 3 2 46 10 8 x 2 91 10 3 mol L 1 由于该数值与 0 0888 较为相近 不可完全忽略 所以需要第二次近似处理 将上述数值代入 0 0888 x 0 0859 再代入平衡常数计算式中 0859 0 2 1 2 1 xx 1 25 10 3 解得 x 2 85 10 3 mol L 1 当把该数值代入 0 0888 x 0 0860 结果已与 0 0859 很相近 故不需要再作近 似处理 即可以 2 85 10 3 mol L 1 作为结果 则 NO2 0 0888 x 0 0860 mol L 1 NO x 2 85 10 3 mol L 1 O2 2 1 x 1 43 10 3 mol L 1 验算 0860 0 1043 1 1085 2 2 133 1 25 10 3 可见计算结果合理 10 NH3加入后的浓度为 7 50 10 3 0 10 1000 0 750 mol L 1 发生的反应为 NH3 HCl NH4Cl 显然反应中氨是过量的 剩余 NH3 0 750 0 250 0 500 mol L 1 629 生成的 NH4 0 250 mol L 1 形成了 NH 3 NH4Cl 缓冲溶液 弱碱型缓冲溶液 pH 14 pKb