(普化B)计算题与简答题.ppt

第一章热化学与能源 例1已精确测得下列反应的qv m 3268KJmol 1C6H6 l 7 5O2 g 6CO2 g 3H2O l 求 298 15K时上述反应在恒压下进行反应进度 1mol的反应热 解 qp m qv m Bg RT其中 Bg CO2 O2 6 7 5 1 5mol则 qp m qv m Bg RT 3268KJmol 1 1 5mol 8 314KJ mol 1 K 1 298 15K 3272KJmol 1 例2已知N2H4 l N2O4 g H2O l 在298 15K时标准摩尔生成焓分别为50 63kJ mol 1 9 66kJ mol 1和 285 85kJ 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 的标准摩尔反应焓变和反应的等容热效应 解 2N2H4 l N2O4 g 3N2 g 4H2O l fHm kJ mol 150 639 660 285 85 rHm 298 15K B fHm B 298 15K 2 50 63 1 9 66 3 0 4 285 85 1273 64kJ mol 1 注意 rHm qp m qv m qp m Bg RT 1273 64 kJ mol 1 3 1 8 314J mol 1 K 1 10 3 298 15K 1268 68kJ mol 1 例1计算320K时反应HI g H2 g I2 g 的 rGm和 rG m 判断此温度下反应的方向 已知 p HI 0 0400MPa p H2 p I2 0 00100MPa 第二章化学反应的基本原理 解 查表得 298 15K时HI g H2 g I2 g fHm kJ mol 126 5062 4Sm J mol 1 K 1206 6130 7260 7 rHm 298 15 fHm H2 fHm I2 fHm HI 0 62 5 26 5 4 75kJ mol 1 rSm 298 15 Sm H2 Sm I2 Sm HI 130 7 260 7 206 6 rGm 320K rHm 298 15K 320 rSm 298 15K 4 75 320 10 9 10 3 rGm rGm RTlnQ rGm 320K 0 正反应能自发进行 例2 水煤气反应C s H2O g CO g H2 g 问 此反应在298 15K 标准状态下能否正向进行 若升高温度 反应能否正向进行 100kPa压力下 在什么温度时此体系为平衡体系 解 反应方程式为C s H2O g CO g H2 g fGm kJ mol 10 228 572 137 1680 fHm kJ mol 10 241 818 110 5250Sm J mol 1 K 15 740188 825197 674130 684 rG m B fG m B 1 0 1 228 572 1 137 168 1 0 91 404KJ mol 1 0在298 15K 标准状态下 反应不能自发向右进行 rH m B fH m B 0 1 241 818 1 110 525 0 131 293KJ mol 1 0 吸热反应 上述反应为吸热 熵增的反应 在任何温度下 反应均能正向自发进行 故升高温度 该反应能正向进行 平衡时 rG m rH m T rS m 0 由此求平衡温度 其中 rS m BS m B 1 5 740 1 188 825 1 197 674 1 130 684 133 793J mol 1 例2 6 见P46 解 2SO2 g O2 g SO3 g n0 mol1 202 000n变化 mol 1 10 1 10 2 1 10neq mol0 101 451 10 eq mol0 10 2 651 45 2 651 10 2 65各气体的平衡分压为 Peq SO2 p SO2 101 325 0 10 2 65 3 82kPaPeq O2 p O2 101 325 1 45 2 65 55 4kPaPeq SO3 p SO3 101 325 1 10 2 65 42 1kPa 该反应放热熵减的反应 所以高压低温有利于提高SO2的转化率 例 已知在1000K时 下列反应2SO2 g O2 g 2SO3 g 的K P 3 45 试计算 1 在SO2 O2 SO3的分压分别为20 26510 133 101 325KPa下 反应的 rGm 并判断反应的方向 2 若SO2 O2的分压保持不变 而要使反应向右自发进行 SO3的分压必须低于多少 解 1 rGm RTln QP K P 已知T 1000K K P 3 45 QP pB p B QP PSO2 P 2 PO2 P 1 PSO3 P 2代入数据 求得QP 247则 rGm 3 55 104J 0 反应不能自发向右进行 逆反应能自发进行 自发向左 2 要使反应向右自发进行 必须使QP K P即 20 265 100 2 10 133 100 1 PSO3 100 2 3 45则PSO3 11 98KPa 要使反应向右自发进行 必须使SO3的分压低于11 98KPa 例 根据实验结果 在高温时焦炭中碳与CO2的反应 C s CO2 g 2CO g 其活化能为167 4kJ mol 1 计算温度自1000K变化到1100K时反应速率的变化 解 问题 什么叫物质的标准摩尔生成焓 答 在标准状态下由指定单质生成单位物质的量 1mol 的纯物质时反应的焓变叫做该物质的标准摩尔生成焓 以符号 fHm 表示 推论 任何指定单质的标准摩尔生成焓为零 问题 什么叫反应的标准摩尔焓变 答 在标准状态下 反应的摩尔焓变叫做反应的标准摩尔焓变 rHm 第三章水化学与水污染 例1 计算下列溶液的pH值 0 10mol L 1HAc 0 10mol L 1HAc与0 20mol L 1NaAc等体积混合液 已知HAc的 解 例2 计算下列溶液的pH值 0 10mol L 1NH3 H2O 0 10mol L 1NH3 H2O与0 20mol L 1NH4Cl等体积混合液 已知NH3 H2O 解 3 欲配制pH 9 00的缓冲溶液250mL 其中NH3 H2O的浓度为0 50mol L 1 问 1 要取6mol L 1的NH3 H2O溶液的体积为多少 2 需加入固体NH4Cl多少克 已知M NH4Cl 53 49g mol Kb NH3 H2O 1 76 10 5解 1 C1V1 C2V2所需6 0mol L 1的NH3 H2O溶液的体积为V2V2 C1V1 C2 250 0 5 6 0 20 8 21mL 2 需加入固体NH4Cl的质量 4 已知室温时CaF2的溶度积为3 45 10 11 求CaF2在下列溶液中的溶解度 1 纯水中 2 0 010mol L 1CaCl2溶液中 3 0 010mol L 1NaF溶液中 解 1 纯水中 2 解 在0 010mol L 1CaCl2溶液中 CaF2 s Ca2 2F 平衡时 s 0 0102s 3 0 010mol L 1NaF溶液中CaF2 s Ca2 2F 平衡时 s2s 0 010 什么是弱电解质的同离子效应 如何用平衡移动的观点来说明同离子效应产生的原因 答 在弱电解质溶液中 加入与其含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象 在氨水溶液中加入少量NH4Cl固体 结果导致NH3 H2O的解离度降低 该现象称为同离子效应 什么是难溶电解质的同离子效应 如何用平衡移动的观点来说明同离子效应产生的原因 答 在难溶电解质溶液中 加入与其含有相同构晶离子的易溶强电解质而使难溶电解质的溶解度降低的现象 例 在pbCl2沉淀的饱和溶液中加入少量NH4Cl固体 结果导致pbCl2的溶解度降低 因Cl 产生同离子效应 问题 设计一个实验 利用反应的现象说明盐的水解反应是放热还是吸热 要求 叙述实验设计方案 写出实验现象 得出结论 提示 盐类水解可看成是中和反应的逆反应 由于中和反应是放热 盐类水解自然是吸热 例 制取氢氧化铁胶体时 是利用 氯化铁水解 制得 氯化铁水解 时是在不断加热下进行的 由此可以证明盐类水解反应是吸热反应 例1 已知 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O 1 507VFe3 e Fe2 0 771V 将这两个半电池组成原电池 用原电池符号表示该电池的组成 计算下述反应的标准电动势 并判断标准状态时反应进行的方向 MnO4 5Fe2 8H Mn2 5Fe3 4H2O 计算该反应的标准平衡常数和标准吉布斯函数变 当溶液的pH为1 其它各离子浓度均为1 0mol L 1时 计算该电池的电动势 第四章电化学与金属腐蚀 解 原电池符号 C s Fe2 c1 Fe3 c2 MnO4 c3 Mn2 c4 H c5 C s E MnO4 Mn2 Fe3 Fe2 1 507 0 771 0 736V标准状态时 反应正向进行 例2 已知 Cr2O72 14H 6e2Cr3 7H2O 1 36VBr2 2e2Br 1 066V 将这两个半电池组成原电池 用原电池符号表示该电池的组成 计算标准电动势 计算该反应的标准吉布斯函数变和标准平衡常数 当溶液的pH为2 00 其它各离子浓度均为1 0mol L 1时 计算该电池的电动势 原电池符号 C s Br2 l Br c1 Cr2O72 c2 Cr3 c3 H c4 C s E Cr2O72 Cr3 Br2 Br 1 36 1 066 0 294V 当溶液的pH为2 00 其它各离子浓度均为1 0mol L 1时 E Cr2O72 Cr3 Br2 Br 1 084 1 066 0 018V 例4 5已知 Cr2O72 Cr3 1 232v Fe3 Fe2 0 771v1 判断标准状态下 下列反应的方向 Cr2o72 6Fe2 14H 2Cr3 6Fe3 7H2O2 计算反应的标准平衡常数K 3 将上述反应组成原电池 写出该原电池符号 并计算反应的标准摩尔吉布斯函数变 rG m 4 当溶液的 H 5 0时 除H aq 外 其余相关离子均处于标准条件下 计算原电池的电动势 E 解 1 1 232 0 771 0 461V 0 反应正向自发进行 从左向右 2 其中n1 6 n2 1 n 6lgK 6 1 232 0 771 0 05917 46 75 1046 75 3 原电池符号或图式 Pt s Fe2 c1 Fe3 c2 Cr2O72 c3 Cr3 c4 H C5 Pt s rG m nFE 6 96485C mol 0 461V 266877 51J mol 266 878kJ mol4 其中E 0 461V n 6Q C Cr2O72 1 C Fe2 6 C H 14 C cr3 2 C Fe3 6 1070 E 0 在pH 5 00时 反应逆向进行 例3 已知 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O 1 507VI2 2e I 0 545V 将这两个半电池组成原电池 用原电池符号表示该电池的组成 计算下述反应的标准电动势 并判断标准状态时反应的方向 2MnO4 10I 16H 2Mn2 5I2 4H2O 计算该反应的标准平衡常数和标准摩尔吉布斯函数变 当溶液的pH为1 00 其它各离子浓度均为1 0mol L 1时 计算该电池的电动势 解 原电池符号 Pt c I2 s I c1 MnO4 Mn2 H Pt E MnO4 Mn2 I2 I 1 507 0 545 0 962V标准状态时E 0 反应正向进行 问题 设计一个实验 利用化学反应的现象得出如下电对的电极电势的大小顺序 Fe3 Fe2 MnO4 Mn2 Sn4 Sn2 I2 I 要求 用离子方程式表示设计 写出实验现象 得出电极电势的大小顺序 1 将KMnO4溶液加入酸化后的Fe2 溶液中 看到KMnO4的紫红色褪去 MnO4 5Fe2 8H Mn2 5Fe3 4H2O反应的发生证明 MnO4 Mn2 Fe3 Fe2 2 将FeCl3溶液加入KI溶液中 并加入1mL淀粉 可看到溶液变为深蓝色 Fe3 I Fe2 I2反应的发生证明 Fe3 Fe2 I2 I 3 在I2溶液中加入1mL淀粉溶液 溶液变为深蓝色 加入SnCl2溶液时 深蓝色消失 I2 Sn2 I Sn4 反应的发生证明 I2 I Sn4 Sn2 则各电对电极电势数值大小顺序为 MnO4 Mn2 Fe3 Fe2 I2 I Sn4 Sn2 钢铁发生腐蚀的主要类型为吸氧腐蚀和析氢腐蚀 金属防腐的阴极保护法分为牺牲阳极保护法和外加电流法 如果要在某镀件上镀一层锌 则阴阳极材料分别是什么 答 以镀件作为阴极材料 以金属锌作为阳极材料 在锌盐溶液中进行电解即可 例 按洪特规则 氧原子2p轨道上有2个未成对电子 根据泡利不相容原理 原子的第三电子层最多可以容纳18个电子 4s轨道的能量低于3d轨道的现象称为能级交错 第五章物质结构基础 问题 简述原子核外电子排布三原则 1 能量最低原理 2 保里不相容原理 3 洪特规则 包含洪特规则特例 问题 用保里 泡利 不相容原理及取值规则 说明第三电子层最多能容纳多少个电子 答 n 3时 l可取0 1 2 l可取0 1 2时 m可分别取0 0 1 0 1 2 合计m共可取9个值 即共有9条轨道 根据保里 泡利 不相容原理 每条轨道最多可以容纳2个电子 故第三电子层最多可以容纳18个电子 16S 1s22s22p63s23p4p区 三周期 A 2个成单电子17Cl 1s22s22P63s23p5p区 三周期 A 1个成单电子19K 1s22s22p63s23p64s1s区 四周期 A 1个成单电子24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1d区 四周期 B 6成单电子29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1ds区 四周期 B 1成单电子 1 分子的极性与电偶极矩电偶极矩 0 非极性分子例 H2 CO2 SiF4 SiH4 BCl3为非极性分子 电偶极矩 0 极性分子例 HCl KCl CH3COOH HCHO H2S2 分子空间构型与杂化轨道理论SP直线形HgCl2BeCl2 0SP2平面三角形BCl3BF3 0SP3正四面体形CCl4 CH4 SiCl4 0 不等性 SP3三角锥形NH3 PH3 0 不等性 SP3V字形H2O H2S 0 分子极性的判断方法 1 双原子分子 同种原子构成的为非极性 H2 O2 不同种原子构成的为极性 HF HCl CO 2 多原子分子 同种原子构成的为非极性 有例外 不同种原子构成的 若结构为中心对称 则为非极性分子 CH4 BF3 BeCl2HgCl2CO2 CS2等 若结构不为中心对称 则为极性分子 NH3 H2O H2S等 3 分子间普遍存在范德华力 它包括色散力 取向力 诱导力 极性分子间存在这三种力 色 取 诱 其中取向力随分子极性增强而增大 极性分子间的作用力以色散力为主 非极性分子间只存在色散力 色散力随摩尔质量增大而增大 熔点 沸点随之增大而升高 例 色散力HF HCl HBr HI 氢键存在于氢原子和电负性较大的原子 O N F 之间 H2O HF CH2COOH等分子之间存在氢键 含氢键的物质熔点 沸点一般较高 例 沸点递增的顺序HCl HBr HI HF分子间氢键使熔 沸点有所升高 分子内氢键则相反 问题 为什么常温下F2 Cl2是气体 Br2是液体 I2是固体 答 因为F2 Cl2 Br2 I2是结构相似的同系列物质 是非极性分子 随着相对分子质量增大 分子变形性增大 分子间力 色散力 逐渐增强 物质的熔 沸点逐渐升高 所以常温下F2 Cl2是气体 Br2是液体 I2是固体 问题 BF3分子具有平面三角形构型 而NH3却是三角锥型 试用杂化轨道理论加以说明 解答 BF3分子中 B原子采用sp2杂化轨道成键 NH3分子中 N原子采用不等性sp3杂化轨道成键 N原子上还有一对孤电子对 问题 乙醇 C2H5OH 和二甲醚 CH3OCH3 为同分异构体 为什么乙醇的沸点比二甲醚高许多 答 乙醇分子之间可以形成氢键 二甲醚分子之间不能形成氢键 晶体的特征 1 具有固定的几何外形 2 具有固定的熔点 3 某些性质 具有各向异性 原子晶体 晶格结点上微粒间的作用力是共价键 例 SiC SiO2 Ga As Ge 锗 单晶硅 Si 金刚石 C 离子晶体 晶格结点上微粒间的作用力是离子键 例 NaCl kCl NaF BaO MgO CaO 金属晶体 晶格结点上微粒间的作用力是金属键 例 Fe Cu Al分子晶体 晶格结点上微粒间的作用力是分子间力 例 CO2 S X2 HX SO2 NH3 O2N2