无机习题1-4章

第1-4章习题第一章气体2.某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分数ω（N）=30.5%；某一容器中充有该氮氧化物的质量是4.107g，其体积为0.500L，压力为202.65kPa，温度为0℃。试求：（1）在标准状况下，该气体的密度;（2）该氧化物的相对分子质量Mr和化学式。解（1）已知p1=202.65kPa,V1=0.500L,T1=273.15K。在标准状况下，T2=273.15K，p2=101.325kPa。n一定，T不变时，p1V1=p2V2,则该气体的密度（2）该气体的摩尔质量也可以先根据pV=nRT求n，再根据n=m/M求M。该气体化合物的相对分子质量Mr=92.0。在该化合物分子中，所以该氮氧化物的分子式为N2O44.在容积为50.0L的容器中，充有140.0g的CO和20.0g的H2，温度为300K。试计算：（1）CO与H2的分压；（2）混合气体的总压。6.在实验室中用排水集气法收集制取的氢气。在23℃、100.5kPa压力下，收集了370.0mL的气体（23℃时，水的饱和蒸气压2.800kPa）。试求：（1）23℃时该气体中氢气的分压；（2）氢气的物质的量；（3）若在收集氢气之前，集气瓶中已充有氮气20.0mL，其温度也是23℃，压力为100.5kPa；收集氢气之后，气体的总体积为390.0mL。计算此时收集的氢气分压，与（2）相比，氢气的物质的量是否发生变化？解（3）在收集氢气前收集氢气后，系统的压力、温度不变，体积为390mL。混合气体中H2与N2的分压之和为此题也可以根据分体积的概念来解。收集氢气前，20.0mL氮气中含有饱和水蒸气。收集氢气后，系统中温度、压力不变，总体积为390mL，水蒸气的量增加了。氢气与增加的水蒸气的分体积之和为370mL，与（1）中的情况相同，p(H2)=97.7kPa,氢气的物质的量不变，即n(H2)=0.0147mol。在390mL混合气体中，氢气的分压为p‘(H2)。9.为了行车安全，可在汽车上装备气袋，以便遭到碰撞时使司机不受到伤害。这种气袋是用氮气充填的，所用氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁在火花的引发下反应生成的。总反应为在25℃、748mmHg下，要产生75.0L的N2需要叠氮化钠的质量是多少？解第二章热化学2.在0℃，760mmHg下，氮气球体积为875L，n(He)为多少？当38.0℃，气球体积在定压下膨胀至997L。计算这一过程中系统的Q、W和△U（氦的摩尔定压热容Cp,m是20.8J·K-1·mol-1）。气体在定压下膨胀所做的体积功为定压过程系统所吸收的热为此系统为封闭系统，其热力学能的变化为△U=Q+W=30.8+(-12.4)=18.4(kJ)解9.有一种甲虫，名为投弹手，它能用由尾部喷射出来的爆炸性排泄物的方法作为防卫措施，所涉及到的化学反应是氢醌被过氧化氢氧化生成醌和水：根据下列热化学方程式计算该反应的解反应方程式（1）-（2）+2×（3）+2×（4）得10.已知298K下，下列热化学方程式：仅由这些热化学方程式确定298K下和解反应方程式（3）即CH3CH2CH3(g)的燃烧反应，所以由于所以，15.（1）写出H2(g),CO(g),CH3OH(l)燃烧反应的热化学方程式；（2）甲醇的合成反应为：利用计算该反应的。解2.当矿物燃料燃烧时，空气中的氮和氧反应生成一氧化氮，它同氧再反应生成二氧化氮：25℃下有关该反应的实验数据如下：（1）写出反应速率方程式；（2）计算25℃时反应速率系数k;（3）c0(NO)=0.0030mol·L-1，c0(O2)=0.0015mol·L-1时，相应的初始速率为多少？解（1）由表中数据可以看出，当c(NO)保持不变时，c(O2)增大至2倍时，υ增大至原来的2倍，说明υ∝c(O2)；当c(O2)保持不变，c(NO)增至2倍时，υ增大至原来的4倍，说明υ∝[c(NO)]2。所以反应速率方程式为（2）将表中任意一组数据代入反应速率方程式，可以算出反应系数。例如：如果将另两组数据分别代入速率方程式求出k,将3个k取平均值，则k=7.0×103mol-2·L2·s-1。（3）当c0(NO)=0.0030mol·L-1，c0(O2)=0.0015mol·L-1时，4.通过实验确定反应速率方程式时，通常以时间作为自变量，浓度作为变量。但是，在某些实验中，以浓度为自变量，时间为变量，可能更方便。例如，丙酮的溴代反应：以测定溴的黄棕色消失所需要的时间来研究其速率方程式。23.5℃下，该反应的典型实验数据如下：（1）哪一物种是限制因素？解由于以溴的棕黄色消失的时间作为反应所需要的时间来测定反应速率，溴的用量要少得多，所以溴是限制因素。（2）在每次实验中，丙酮浓度有很大变化吗？HCl浓度变化吗？并说明之。解由于溴的用量相对于丙酮和盐酸的用量少得多，所以每次实验中当溴耗尽时，丙酮和盐酸的浓度变化不大。（3）该反应对Br2的反应级数是多少？并说明之。解由第1、2组实验实验数据可以看出，当丙酮和盐酸的浓度不变，溴的浓度增大至2倍时，反应时间也增大至2倍，反应速率不变，所以对Br2的反应级数为0。（4）该反应对丙酮的反应级数是多少？对HCl的反应级数是多少？解由第1、3组实验数据可以看出，当盐酸和溴的浓度不变，丙酮的浓度增大至2倍时，反应时间减少至1/2，反应速率增大至2倍，所以对丙酮的反应级数为1。同理，由第1、4组实验数据可以看出，对HCl的反应级数为1。（5）写出该反应的速率方程式。（6）如果第5次实验中，c0(CH3COCH3)=0.80mol/L,c0(HCl)=0.20mol/L,c0(Br2)=0.0050mol/L,则Br2的颜色消失需要多少时间？解第5次实验与第1组实验数据相比，丙酮和盐酸的浓度都相同，溴的浓度增大至5倍，所以溴的颜色消失所需的时间是第1组的5倍，即t=5×2.9×102s=1.4×103s。（7）如果第6次实验中，c0(CH3COCH3)=0.80mol/L,c0(HCl)=0.80mol/L,c0(Br2)=0.0010mol/L,Br2的颜色消失需要多少时间？解第6次实验与第1次实验数据相比，丙酮和溴的浓度都相同，盐酸的浓度增大至4倍，所以反应速率增大至4倍，Br2的颜色消失需要的时间是第1组的1/4，即t=1/4×2.9×102s=72s。5.二氧化氮的分解反应319℃时，k1=0.498mol·L-1·s-1;354℃时，k2=1.81mol·L-1·s-1计算该反应的活化能Ea和指前参量k0以及383℃时反应速率系数k。解6.某城市位于海拔高度较高的地理位置，水的沸点为92℃。在海边城市3min能煮熟的鸡蛋，在该市却花了4.5min才煮熟。计算煮熟鸡蛋这一“反应”的活化能。解在海边城市，水的沸点T1=373K，煮熟鸡蛋这一“反应”的时间t1=3.0min。在海拔较高的城市，水的沸点降低至365K，t2=4.5min。反应速率系数k2/k1=t1/t2。由得9.当T为298K时，反应该反应被Cl2催化，催化反应的Ea=140kJ/mol。催化后反应速率提高了多少倍？催化反应的逆反应活化能是多少？解对于未催化的反应，对于催化的反应，反应速率增大的倍数即反应速率系数增大的倍数，若两者的k0相同，则催化反应的与未催化反应的相同，由得5.将1.500mol的NO，1.000molCl2和2.500molNOCl在容积为15.0L的容器中混合。230℃，反应：达到平衡时测得有3.060molNOCl存在。计算平衡时NO的物质的量和该反应的标准平衡常数Kθ。解法一以物质的量变化为基准进行计算。平衡时NOCl的物质的量增加了（3.060-2.500）mol，即增加了0.560mol，由反应方程式中各物质的计量数可以列出平衡组成。n(NO)=(1.500-0.560)mol=0.940moln(Cl2)=(1.000-1/2×0.560)mol=0.720mol解法二该反应为恒温恒容下的气相反应，各组分气体的分压与其物质的量成正比，分压的变化与方程式中个计量系数成正比，所以可以各物质的分压为基准进行计算。反应开始时各物质的分压为平衡时NOCl的分压为NOCl的分压增加了（853-697）kPa,即增加了156kPa。标准平衡常数的计算与解法一相同。反应：（1）523K时，将0.700molPCl5注入容积为2.00L的密闭容器中，平衡时有0.500molPCl5被分解了。试计算该温度下的标准平衡常数Kθ和PCl5的分解率。（2）若在上述容器中反应已达到平衡后，再注入0.100molCl2，则PCl5的分解率与（1）的分解率相比相差多少？（3）如开始时在注入0.700molPCl5的同时，就注入了0.100molCl2，则平衡时PCl5的分解率又是多少？比较（2）（3）所得结果可以得出什么结论？解（1）平衡时各物质的分压（2）在恒温恒容条件下，当（1）中反应达到平衡后，再加入0.100molCl2，使Cl2的分压增加p'(Cl2):加入0.100molCl2后，平衡向左移动。PCl5的最初分压为PCl5的平衡分压为与（1）中未加Cl2相比，PCl5的分解率减小，说明平衡向左移动。（3）在PCl5未分解前加入0.100molCl2，（2）和（3）中的计算结果完全相同，说明平衡组成与达到平衡的途径无关。10.乙烷裂解生成乙烯：，已知在1273K，100.0kPa下，反应达到平衡时，p(C2H6)=2.62kPa，p(C2H4)=48.7kPa，p(H2)=48.7kPa。计算该反应的标准平衡常数Kθ。在实际生产中可在定温定压下采用加入过量水蒸气的方法来提高乙烯的产率（水蒸气作为惰性气体加入），试以平衡移动的原理加以说明。解恒温恒压下，加入不参加反应的水蒸气（可作为惰性气体）时，各组分的分压减小相同的倍数n(0＜n＜1)。所以J＜，平衡正向移动，乙烯的产率提高。19.在一定温度下Ag2O(s)和AgNO3(s)受热均能分解。相关反应为假定反应的不随温度的变化而改变，估算Ag2O和AgNO3按上述反应方程式进行分解时的最低温度，并确定AgNO3分解的最终产物。解①Ag2O的分解温度由于Ag2O的分解温度比AgNO3分解为Ag2O、NO2和O2的温度低，所以AgNO3的最终分解产物为Ag、NO2和O2②20.(1)计算298K下反应：的，并判断在标准状态下反应向何方进行。（2）计算298K反应：的，并判断反应向何方进行。解（1）在标准状态下，＞0，反应逆向进行。＞0，反应仍逆向进行。（2）21.反应在298K和398K下，测得其标准平衡常数分别为9.3×109和3.3×107。（1）计算（2）若298K～398K范围内、基本不变，计算和。解（1）若298K～398K范围内、基本不变，根据，则有将两式联立，可求得此题也可以先利用公式计算，再利用公式计算出。