北师大《无机化学》第四版习题答案5

1、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(HCl)=1.19g/mlw(HCl)=37.23%p(H2SO4)=1.83g/mlw(H2SO4)=98%p(HNO3)=1.42g/mlw(HNO3)=69.80%p(NH3.H2O)=0.9g/mlw(NH3.H2O)=26%由公式c=pw/M可得：c(HCl)=12molL1c(H2SO4)=18.3molL1c(HNO3)=15.7molLc(NH3.H2O)=13.8molLI设1kg水中含溶质nmol,则由w=m/(m+100

2、0)(m为溶质质量)可得：m(HCl)=16.2mol/kgm(H2SO4)=500mol/kgm(HNO3)=36.69mol/kgm(NH3.H2O)=20.67mol/kg5-2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%,贝UP(不饱和)/P(饱和)=40%XP(饱和)=0.4X3.167=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。设洗净烧杯残留“水”为1mL,试计算，用30mL蒸馏水洗1次和2次，烧杯中残

3、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。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31ml水，自来水占1/312=1/963所以倒掉后自来水占1/312=1/9635-4计算15C,97kPa下15g氯气的体积。5-520，97kPa下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：pXv=nXRXT,n=m/M,得pXv=m/MXRXTM=mpT/pv=0.8428.31429

4、3/97103X0.4=52.8g/mol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,pXv=nXRXT得M=mXRXT/pXv=2.96X8.314X680/60=278.9g/mol(2)设氯化汞的化学式为HgCln,则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HgCl25-7在1000c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：(

5、1)设硫蒸气的体积为1L,则由pXv=nXRXT得M=mXRXT/pXv=0.5977X8.314X1273/97X1=65g/mol(2)设硫蒸气的化学式为Sn，则32n=65解得n=2所以硫蒸气的摩尔质量是65g/mol化学式是S2.5-8在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150kPa，(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1：1)假设压缩两种气体的总压力为P,分压为P1、P2，则由玻意耳定律得:P1V1=P2V2P=P2V2/V1=75kPaP1=75X5/

6、(5+15)=18.75kPaB=75X15(5+15)=56025kPa(2)假设混合气体的分压分别为P3、P4,则有:P3=150X5/(5+15)=18.75kPaP4=150X15(5+15)=112.5kPa(3)假设210c时，容器的总压为P5,则由盖吕莎克定律得：P/T=P5/T5P5=PXT5/T=243kPa方法2：(1)两种气体的初始压力为p，则由p1v1=p1v1得p(VN2+VO2)=p混V混贝Up=p混XV混/(VN2+VO2)=150X10/(5+15)=75Kp(2)同温同压下,n(N2):n(O2)=V(N2):V(O2)=1:3P(O2)=PXX(O2)=1/

7、4x150kPa=37.5kPaP(N2)=PxX(N2)=3/4x150kPa=122.5kPa(3)P2V2=nRT2PV=nRT两式相比,得P2/P=T2/T150kPa/P=298K/483KP=243kPa5-9在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。解:PiVi=n(NH3)RTifn(NH3)=0.5933molP2V2=n(混)RT-n(混)=0.9653mol设有2xmol的NH3在1123K下分解,则有xmolN2和3xmolH2生成,则nNH3-

8、2x+x+3x=n总x=0.186molX(NH3)=(nNH3-2x)/n总=0.229molX(N2)=X/n总=0.193molX(H2)=3x/n总=0.578molP(NH3)=PX(NH3)=1.146MPaP(N2)=PX(N2)=1.965MPaP(H2)=PX(H2)=2.89MPaNH3的解离度=(n(NH3)-2x)/n(NH3)=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：C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)反应结束时温度降至原温度后测得总压为4530Pa。求原混合气体中乙烯的摩尔分数。解：由等温变化得：P1

9、V1/n1=P2V2/n2原混合气体中乙烯的摩尔分数为Ni；设气体总体积为16930*1/n=4530*1/(1-Ni)n得=0.346答：原混合气体中乙烯的摩尔分数为0.34511以下哪些关系式是正确的(p、V、n表示混合气体的总压、总体积和总物质的量)说明理由。pVb=nbRTpbV=nbRTpbVb=nRTpV=nRT答:PVB=nBRT错误PBV=nBRT正确，它表示B物质的分压力PBVB=nRT错误PV=nRT正确,它就是气体的状态方程.5-12以下系统各有几个相？(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；(4)超临界状态的水。解(1)一个相，因

10、为溶液均匀分布的；(2) 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。5-1310g水在373k和100kPa下气化，所做的功多大？解：系统接受环境所给的功：W=PAV=RTAn=0.008314X373X10/18=1.723kJ514反应CaC2(s)+2H2O(i)=Ca(OH)2(s)+C2H2(g)在298K下的标准摩尔热力学能变化量为-128.0Kjmolt,求该反应的标准摩尔夕含变。解：该反应是在恒温恒压条件下进行，反应的标准摩尔生成烙：rHm=U+PA

11、V=-128.0+0.008314X298X(1-0)=-125.5kJ?mol15-15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与氧发生燃烧反应产生巨大推力。以Ci2H26(l)为煤油的平均分子式的燃烧热为-7513KJmol-1,试计算这个燃烧反应的功率。解：设这个燃烧反应的功率为巳在2.5min产生的热量为WkJ;则由：C6H12O6+18.5O2=12CO2+13H2O;H=2513kJ/moL170g7513kJ55010001000gWkJW=2.431010kJP=W/t=1.62108kW516已知Al2O3(s)和MnO2(s)的标准摩尔生成始为-16

12、76KJmol-1和-521KJmol-1,计算1g铝与MnO2(s)足量反应(铝热法)产生的热量。解：n(Al)=1/27mol4Al+3MnO2=2Al2O3+3MnQp=AH=(-1676+521)仅27=16.6kJmol15-17已知Cl-1(aq)的标准摩尔生成始为-167.5kJmol计算1molHCl(g)溶于足量的水释放多少热？注计算得到的值为氯化氢的溶解热；HCl(g)的标准摩尔生成始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。)解：假设溶于定量的水释放的热量为H,则有：HCl(g)=H(ooaq)+Claq因规定fHm

13、O(H(aq)=0H(Cl)=T67.5kJ/mol又可查表得：H(HCl)=-92.307kJ/mol rHmO=AfHmO(H(aq)+fHm0(Claq)-fHmO(HCl(g)=0+(T67.5)-(-92.307)=75.2kJmol所以1molHCl(g)溶于足量水的释放热为75.2kJmol5-18:用标准摩尔生成始的数据计算SiF4(g)与足量H2O(l)的反应生成SiO2(s)和HF(g)的摩尔反应焓。解:反应方程式为：SiF4(g)+2H2O(l)=SiO2(s)+4HF(g)AHmO=ArHmO(SiO2)+4ArHm(HF)rHmO(SiF4)NrHmO(H2O)=(-

14、910.94kJmol-1)+4*(N71.1kJmol1)2*(285.830kJmol-1)-(-1416.98kJmo)1=191.3(kJmol1)所以为：SiF4(g)+2H2O(l)=SiO2(s)+4HF(g)rHmO=191.3(kJmol-1)5-19利用本书附表与下列数据计算石灰岩以CaC3(方解石)计被C2(g)溶解发育成喀斯特地形的如下反应的标准摩尔反应焓：CaC3(s)+C2(g)+H2(l)=Ca2+(aq)+2HCO飞(aq) rHm0/kJmol-1:Ca2+(aq)-543.0HCO-3(aq)-691.1解：CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)=Ca

15、2+(aq)+2HCO-3(aq)rHmrHm9(Ca2+(aq)+2rHm0(HCO-3(aq)-rHm0(CaCO3(s)rHm0(CO2(g)-rHm0(H2O(l)=(右43.0kJmol1)+2(-691.1kJmol1)2X(T260.92kJmol1)1W93.509kJmol1)-(N85.830kJmol1)=W8.941(kJmol)5-20火柴头中的P4s3(s)标准摩尔/烧热为-3677kJmol-1注：燃烧产物为P4O10(s)和SO2(g),利用本书附表的数据计算P4s3(s)的标准摩尔生成烙。解：P4s3(s)+8O2(g)=P4O10(s)+3sO2(g)AHm

16、0=ArHm0(P4O10(s)+3rHm0(SO2)幺rHm0(P4s3)-8ArHm0(O2)-(t2984.0kJmol)+3(W96.830kJmol1)-rHm0(P4s3)-(0kJmol)=677(kJmol1)rHm0(P4s3)=T97.4kJmol1即P4s3(s)的标准摩尔生成始为197.4kJmol15-21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：4C3H5(NO3)3(l)=6N2(g)+10H2O(g)+12CO2(g)+O2(g)已知C3H5(NO3)3(l)的标准摩尔生成始为-355kJmol1,计算爆

17、炸反应的标准摩尔反应焓。解：4C3H5(NO3)3=6N2+10H2O+12CO2(g)+O2(g)rHm0=6及rHm0(N2)+10rHm0(H2O)+12rHmCO2)+rHm0(O2)-4ArHm0(C3H5(NO3)3)=6X(0kJmol1)+10木N41.818kJmol)-120(吸热)ASm0(298K)=-(92.9)+39.75+213.74JmoLK1=169.6JmolTK10(嫡增大)(2)该分解反应为吸热嫡增型反应，在温度达到某零界点之前rGm00,反应不自发，高于该零界点rGm00.5)=594K(2)氯化铵固体在斜置的两头开口的玻璃管分解，分解后较重的HCI气

18、体向下逸出，较轻的NH3气体向上逸出，两气体分压都等于标准压力NH4CI(s)=NH3(g)+HCI(g)AHm1/kJmol-1314.4346.1192.307SmJmol-1/k94.6192.45186.908AHm-176.01kJmol-1ArSm0=285Jmol-1/k而A-Hm忆ArHm-TArSm令4Gme=0,得T=ArHm9(298K)/4Sme(298K)=618K5-34银器与硫化物反应表面变黑是生活中的常见现象。(1)设空气中H2s气和H2气物质的量”都只达10-6mol,问在常温下银和硫化氢能否反应生成氢气？温度达到多高，银器表面才不会因上述反应而变黑？(2)如

19、果考虑空气中的氧气加入反应，使反应改为2Ag(s)+H2s(g)+1/202(g)=Ag2s(g)+H2O(l)，该反应是否比银单独和氢化物反应放出氢气更容易？通过计算来回答。温度对该反应自发性的影响如何？附：298下的标准生成烙和标准嫡分别为一31.8kJmol-1和146Jmol-1/k解：(1)2Ag(s)+H2s(g)=Ag2s(g)+H2AHm1/kJmol-10720.63T1.80SmJmol-1/k42.55205.79146130.6844Hme=T1.17kJmol-1ArSm=-14.206Jmol-1/k而ArHme=ArHm9口ArSm9令ArGm9=0,得T=ArH

20、m9(298K)/4Sm9(298K)=786K所以银器与硫化物在低于768K可自发生成氢气，高于786K时，银器表面才不会因上( 2)AHm1/ kJ molSm J mol 1 /k2Ag(s) + H2s(g)0 20.6342.55205.79述反应而变黑+1/2O2(g)=Ag2s(g)+H2O(l)205.138146109.6031.8285.8304Hme=-298.95kJmol1ArSm0=137.859Jmol1/k而ArHm忆ArHm-TArSm9令ArGme=0,得T=ArHm9(298K)/ASm0(298K)=5-35高价金属的氧化物在高温下容易分解为低价氧化物。

21、以氧化铜分解为氧化亚铜为例，估算分解反应的温度。该反应的自发性是焓驱动的还是熵驱动的？温度升高对反应自发性的影响如何？5-36很早就有人用热力学理论估算过，CuI2固体在298K下的标准摩尔生成焓和标准摩尔生成自由能分别为-21.34kj/mol和23.85kj/mol。可是，碘化铜固体却至今并没有制得过。据认为，这不是动力学上的原因而是热力学上的原因。试分析是什么原因。5-37一直二氧化钛(金红石)在常温下的标准摩尔生成焓和标准焓分别为912kJ/mol和和50.25J.mol-1K-1，试分析以下哪一种还原反应是消耗热能最省的？Ti02(s)+2H2(g)=Ti(s)+2H20(g)Ti0

22、2(s)+C(s)=Ti(s)+C02(g)Ti02(s)+2Cl2(g)+C(s)=TiCl4(l)+C02(g)TiCl4(l)+2H2(g)=Ti(s)+4HCl(g)附：TiCl4(l)298K下的生成焓和标准焓分别为750.2kj/mol和252.7J.mol-1K-15-38以温度T/K为横坐标，以生成烙AfGmKJ.mol-1为纵坐标，利用吉布斯-亥姆霍兹方程画出CO（g）和CO2（g）的生成始随温度变化的曲线。（ 1）哪条曲线的斜率较大？为什么？（ 2）两条曲线的相交点对反应CO（g）+1/2O2（g尸CO2（g）有什么特殊的物理意义？（ 3）在图上区AfGme（CO）fGm0

23、（CO2）和AfGme（CO）fGm0（CO2）的温度区间里，反应CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）的方向有何不同？（ 4）请在图上添加一条曲线，用以判断反应Fe2O3（s）在什么温度区间可被CO还原为铁。提示：需按1/3Fe2O3（s）+CO=2/3Fe+CO2来添加该曲线而不应直接使用&Gm0（Fe2O3）的温度曲线。（ 5）通过此题你对不同反应的自由能的可比性或者不同反应的自由能有没有物理意义有什么认识？5-40分辨如下概念的物理意义：（ 1）封闭系统和孤立系统。解：封闭系统和孤立系统：封闭系统是指系统与环境之间无物质交换而有能量交换。而孤立系统是指系统与环境之间既无物质交换又无

24、能量交换。（ 2）环境压力和标准压力。解：（ 3）热力学标准态和理想气体标准状态。（ 4）气体的分压和分体积。解：气体的分压是指相同温度下组分理想气体单独占有混合气体的体积时显示的压力。气体的分体积是指相同温度下组分气体具有和混合气体相同压力时所显示的体积。（ 5）功、热和能。解：功：除热以外的所有其它能量的传递形式都叫“功”；热：是指系统与环境之间因温度差异而引起的能量传递形式；能：是系统各种形式的能量的总和。（ 6）等压膨胀功和可逆膨胀功。解：等压膨胀功：膨胀是在恒定的外压，既P=P始态=P终态，气体所做的膨胀功：W=PAV=-P（V终一V始）可逆膨胀功：膨胀分无限多次连续不断地进行，第一

25、次膨胀时外压比P始态小一个无限小量，随后每次膨胀时的外压总比上一次小一个无限小量，直到最后一次，外压比P终态大一个无限小量，这种膨胀过程中气体所做的功叫做可逆膨胀功，是做功的极大值。（ 7）膨胀功和有用功。解： 膨胀功是气体的体积变化引起做功，气体被压缩，是环境向气体做功，似“压缩功”气体向外膨胀，克服环境的压力，向环境做功，但它与气体膨胀做功只是数符（正负号）不同，仍叫膨胀功。有用功：除膨胀功以外的“其它功”。（ 8）热力学能和焓。解：热力学能是指系统各种形式的能量的总和。焓：在恒温恒压下，系统不做非体积功时的热效应。（ 9）等压热效应和等容热效应。解：等压热效应：在等温等压条件下，化学反应

26、的热效应叫等压热效应，用Qp表示；等容热效应：在等温等容条件下，化学反应的热效应叫等容热效应，用Qv表示。（ 10）生成焓、燃烧焓和反应焓。解：生成焓：在标准压力和指定温度下，由各种元素的最稳定单质生成标准状态下单位物质的量（1mol）某纯物质的等压热效应叫标准摩尔生成烙，简称生成烙，用“&Hm伊表示；燃烧焓：在100KPa的压强下，1mol物质完全燃烧时的热效应叫做该物质的标准摩尔燃烧烂，简称燃烧给，用CHm伊表示；反应焓：全称标准摩尔反应焓变，指当生成物和反应物的温度相同时，化学反应过程中吸收或放出的热量，用“ArHm9”表示。（ 11）过程和状态。解：过程：体系的状态发生变化，从始态变到

27、终态，我们说体系经历了一个热力学过程，简称“过程”。状态：由一系列表示体系性质的物理量，如温度、压力、体积、物态、物质的量、相、个种能量等所确定下来的体系的存在形式称为体系的状态；（ 12）状态函数和非状态函数。解：状态函数：由物质系统的状态决定的物理量称为“状态函数”，状态函数的变化量只与终态和始态两种状态有关，与其具体路径无关。非状态函数：不由物质系统的状态决定的物理量。（ 13）过程的自发性和可逆性。解：过程的自发性：在一定条件下，该过程的发生不需外力作用就能自动进行；过程的可逆性：在一个过程中，无限接近平衡态。（ 14）理想气体和非理想气体。解：理想气体：假设一种气体，它的分子只有位置

28、而不占有体积（分子本身体积小或接近于没有体积），是一个没有质量的几何点，并且分子之间没有相互吸引力，分子之间以及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失，这种气体称为理想气体；非理想气体：指不具备理想气体条件的气体。（ 15）标准自由能和非标准自由能。解：标准自由能：在标准状态和恒定温度下，各种元素的最稳定单质生成1mol某纯物质的吉布斯自由能改变量，用“rGrZ表示；非标准自由能：在非标准状态下，各种元素的最稳定单质生成1mol某纯物质的吉布斯自由能改变量。（ 16）吸热化合物和放热化合物。解：吸热化合物：由对应的单质“生成”化合物的反应，生成焓为正值，叫吸热化合物；放热化合物：由对应的单质“

29、生成”化合物的反应，生成焓为负值，叫放热化合物。（ 17）标准熵和反应熵。解：标准嫡：在标准压力下，1mol纯物质的嫡值叫标准嫡，用“m伊表示；反应熵：在标准压力下，化学反应的熵变称为标准摩尔反应熵，简称反应熵，用rSm表不O（ 18）熵增大原理的适用系统。解：（ 19）热力学分解温度与实际分解温度。解：热力学分解温度：某反应在标态下，在温度达到某零界点之前ArGm00,反应自发；高于零界点时，ArGm90,反应自发；正处于零界点温度时，ArGm9=0,该零界点温度称为热力学分解温度。实际分解温度：（ 20）热力学与动力学。解：热力学：是专门研究能量相互转化过程中所遵循的法则的一门科学，即不需要知道物质的部结构，只从能量观点出发便可得到一系列规律的一门科学。动力学:是研究化学反应的快慢（即速率）和微观历程（或称机理），它的主要研究领域可分为：表观动力学、分子反应、分子反应动力学和宏观动力学等。5-41判断以下说法的正确与错误，尽量用一句话给出你作出的判断的根据。（ 1）温度高的物体比温度低的物体有更多的热。解：错误,因为热不是状态函数,只是能变化的一个量度,并不代表温度的高低.或：热不是系统的性质，不能说系统有多少热。（ 2）氢