大学化学基础重点知识详解(化学工业出版社第二版).ppt
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1、第1章 热力学基础,1.什么叫体系、环境?在敞口容器里进行的化学反应是什么体系?,答:体系:被划出来作为研究对象的这部分物体或空间称为体系。,环境:体系以外的部分。环境通常是指与系统有相互影响的有限部分。,在敞口容器里进行的化学反应是敞开体系。因为反应体系与环境既有物质交换,又有能量交换。,思考与习题,2.影响化学反应进行方向的主要因素有哪些?自由能判据使用的条件是什么?,答:影响化学反应进行方向的主要因素有:反应的焓变、反应的熵变、温度。 自由能判据使用的条件是:对于封闭体系,在恒温、恒压和只做体积功的条件下。,3.影响化学平衡的主要因素有哪些?,答:影响平衡移动的主要因素:反应的温度、压力
2、和物质的浓度等,4.什么是化学反应的反应商?如何应用化学反应商和平衡常数的关系来判断化学反应进行的方向及化学平衡移动的方向?,答:对于反应:,在任一状态时:,5.试计算下列情况的热力学能变化。 (1)体系吸收热量500J,对环境做功400J. (2)体系吸收热量500J ,环境对体系做功800J。,解:由热力学第一定律 U = Q w代入已知数据得:,U = 500J - 400J =100J (2) U = 500J (-400J) =900J,6.反应:N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) 在恒容量热器中进行,生成2molNH3时放热82.7KJ,求反应的 rUm 和298K时反应的
3、rHm 。根据,解:Qv=1mol rUm ,Qv= 82.7J,rUm = 82.7J/mol,根据热力学第一定律: U=Q+W , 由 Qp= H 得:,rHm = rUm nRT,rHm = 82.7KJ/mol+(2)8.314 Jmol-1 K-1 298K 10-3,7. 查表求298K及标准状态下,下列反应的反应热。 (1)3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(l)+NO(g) (2)CuO(s)+H2(g)=Cu(s)+H2O(g),33.18 -285.83 -174.10 90.25,(2) CuO(s) + H2(g)=Cu(s) + H2O(g),-157.3 0
4、0 -241.82,解:对以上四个方程式进行进行计算,(4) 2 (1) (2) (3),根据盖斯定律:,= 414.8 (140) 2(571.6),9. 已知下列反应中前三个反应的热效应分别为-27.6 kJ/mol,-58.58kJ/mol,38.07kJ/mol,求第四个反应的热效应: Fe2O3 (s)+3CO (g)=2Fe(s)+ 3CO2 (g) (1) 3Fe2O3 (s) +CO (g) = 2Fe3O4(s) + CO2 (g) (2) Fe3O4(s) +CO (g) = 3FeO (s) + CO2 (g) (3) FeO (s) +CO (g) = Fe(s)+ C
5、O2 (g) (4),解:对已知反应方程式进行运算 (4) (1)3(3)2 (2)6,根据盖斯定律: Q(4) Q(1) 3Q(3)2- Q(2)6= 16.7 kJ/mol,10. 分析下列反应的熵值是增加还是减少? (1) O2(g)+ 2CO (g) = 2CO2 (g) (2) 2NO2(g) =N2O4(g) (3) 2H2O2(l) = 2H2O (l) +O2(g) (4) A2(s) + B2(g)= 2AB(g),解: (1)反应前气体分子数多于反应后的气体分子数,因此反应的熵值减少; (2)反应前气体分子数多于反应后的气体分子数,因此反应的熵值减少;,(3)反应前气体分子
6、数少于反应后的气体分子数,因此反应的熵值增加; (4)反应前气体分子数少于反应后的气体分子数,因此反应的熵值增加。,11. 试分析下列反应自发进行的温度条件: (1) 2N2(g)+O2 (g) =2NO2(g) (2) Ag (s)+ 1/2Cl2(g) = AgCl(s) (3) HgO (s) = Hg(l)+1/2O2 (g) (4) 2H2O2(l) = 2H2O (l) +O2(g),191.5 205.03 210.65,要使反应自发进行,则,(2) Ag (s)+ 1/2Cl2(g) = AgCl(s),42.55 222.96 96.2,要使反应自发进行,则,(3) HgO
7、(s) = Hg(l)+1/2O2 (g),70.29 76.06 205.03,要使反应自发进行,则,12. 查表求下列反应:2Fe2O3 (s)+3C(s) = 4Fe(s) + 3CO2 (g) 在什么温度下能够自发进行?,2Fe2O3 (s)+3C(s) = 4Fe(s) + 3CO2 (g),-824.2 0 0 393.5,87.4 5.74 27.28 213.64,要使反应自发进行,则,13. 如果下列反应:C(s) + H2O (g)=CO(g) + H2 (g) 的标准平衡常数为10,试求该反应达到平衡时的温度。,C(s) + H2O (g)=CO(g) + H2 (g),
8、0 -241.82 110.52 0,5.74 188.72 197.56 130.574,根据,则,解: (1)设反应前N2O4的物质的量为100mol。,平衡时N2O4的物质的量为100mol(1- 27.2)=72.8mol, 平衡时NO2的物质的量为2100mol27.2=54.4mol。,平衡时N2O4的分压 平衡时NO2的分压,(2) 设平衡时100molN2O4的离解百分率为x。,则平衡时N2O4的物质的量为1-xmol。,平衡时NO2的物质的量为2xmol。,求得:,(3)增加压强,N2O4的离解百分率降低,即平衡向逆反应方向移动,也就是向气体分子数减少的方向移动。,15. 在
9、某温度下,反应PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)的标准平衡常数为20,在某真空瓶中置入一定量的PCl5气体,当达到平衡时, PCl5的分压为26kPa,计算: (1)平衡时PCl3和Cl2的分压 ; (2)离解前PCl5的压强; (3)平衡时PCl5的离解百分率。,解: (1)设平衡时PCl3的分压为xkPa ,则Cl2的分压也为xkPa。,离解前 PCl5(g)的压强为:,(3) PCl5的离解百分率=,得:,16. 在一定温度和压强下,某一定量的PCl5气体体积为1L,此时PCl5已经有50离解为PCl3和Cl2 ,试判断在下列情况下, PCl5的离解度是增加还是减少? (1)减
10、少压强,使PCl5的体积 变为2L ; (2)保持压强不变,加入氮气,使体积增加至2L; (3)保持体积不变,加入氮气,使压强增加1倍; (4)保持压强不变,加入氯气,使体积变为2L ; (5)保持体积不变,加入氯气,使压强增加1倍 ;,解: (1)减少压强,使PCl5的体积 变为2L,PCl5的离解度是增加; (2) 保持压强不变,加入氮气,使体积增加至2L,PCl5的离解度是增加; (3) 保持体积不变,加入氮气,使压强增加1倍,PCl5的离解度是不变; (4) 保持压强不变,加入氯气,使体积变为2L , PCl5的离解度是降低; (5) 保持体积不变,加入氯气,使压强增加1倍 , PCl
11、5的离解度是降低。,第2章 化学反应速率,1.化学反应速率如何表示?增加温度,化学反应速率是否也增加?,答:对于一般反应 aA + bB gG + hH 化学反应速率有两种表示方法:,1平均速率,2. 瞬时速率 以反应物的浓度来表示,有,增加温度,化学反应速率增加。温度升高,分子的平均能量增大,活化分子的百分数增大,从而使反应速率增加。,2.什么叫基元反应?什么叫反应级数?,答:基元反应指反应物分子在有效碰撞中一步直接转化为产物的反应。,反应级数指反应速率方程中各反应物浓度的指数之和。,3.催化剂为什么能改变化学反应的速率?,答:催化剂对反应速率的影响主要原因:催化剂改变反应的历程,降低反应活
12、化能,使更多的分子成为能越过活化能垒的活化分子,从而提高了反应的速率。,答:有些反应的历程相当复杂,只要用任何方法使反应一经开始,它就可以自动迅速地、连续不断地进行下去,有时甚至以爆炸形式出现,这类反应称为链反应。,4.什么叫链式反应?它主要有哪些步骤?,链反应包含三个基本步骤:链的引发、链的增长、链终止。,5.在298K下,反应:A+B=产物 的有关数据如下:,求:(1)对不同反应物的反应级数各为多少? (2)反应速率常数k; (3)写出反应速率方程式; (4)试总结的测定反应级数的方法。,解:(1)设反应物A和B的反应级数分别为x、y,由实验1和2有,由实验1和3有,两式相除得: A的反应
13、级数为2,两式相除得: B的反应级数为1,(3) 反应速率方程式为:,(4)反应级数等于各反应物分级数之和,而各反应级数反映了该反应物浓度变化时对反应速率得影响。因此在实验中,我们比较反应速率随各反应物浓度的变化即可确定各反应物的级数,也就能确定反应的总级数。,6.在某温度下,反应:aA + bB +dD gG速率方程式对A是二次,对B是二次,对D是一次方程。 (1) 写出生成G的速率方程式; (2) 如果浓度mol/L以表示,反应速率常数k的单位是什么? (3) 写出A浓度减少的速率方程式,这里的速率常数k(3)与(1)中的速率常数k(1)的值有什么关系? (4) 该反应是否是基元反应?,解
14、: (1) 生成G的速率方程式为:,(2) 如果浓度mol/L以表示,反应速率常数k的单位是,(3) 写出A浓度减少的速率方程式,这里的速率常数k(3)与(1)中的速率常数k(1)的值有什么关系? (4) 该反应是否是基元反应?,7.已知反应:CH3I(aq)+OH-(aq) CH3OH(aq)+I-(aq)的活化能为93kJ/mol,在298K时反应速率常数为6.510-5mol.dm-3.s-1 ,求360K时反应速率常数。,解:,求得:,8.如果一反应的活化能为120kJ/mol,试问在什么温度下反应的速率常数k的值是300K时速率常数的两倍?,解:根据,9.某反应的速率方程式表示为:
15、v=k A2 在592K,速率常数为4.9810-1dm3.mol-1.s-1 ,升高温度至656K时,其值变为4.74 dm3.mol-1.s-1, ,试计算该反应的活化能。,解:根据,10实验测得反应 2CO + Cl22COCl的速率方程为: dCOCl2/dt=kCOCl23/2 有人建议其反应机理为: (快平衡) (快平衡) (慢反应) (1)这一机理与速率方程式是否相符? (2)指出反应速率方程式中的k与反应机理中的各速率常数(k1,k-1,k2,k-2)之间的关系。,解: (1)对于快反应,正、逆反应速率相等,整个反应的速率由慢反应控制,其反应速率应由慢反应速率表示:,(1),(
16、2),(3),将(1)、(2)式代入到(3),得,这一机理与速率方程式相符。,(2)式中的k与反应机理中的各速率常数(k1,k-1,k2,k-2)之间的关系为:,11.下列说法是否正确,请说明理由: (1)速率常数k就代表该化学反应的速率; (2)反应速率只取决于温度,而与反应物或生产物的浓度无关; (3)反应级数就是反应分子数; (4)反应的活化能越大,在一定温度下化学反应的 速率越慢; (5)催化剂能加快反应速率是因为它能降低了反应的活化能; (6)如果某一化学反应分几步进行,其总反应的速率主要取决于最慢一步的化学反应。,(1) 错误,在单位浓度时速率常数k等于该化学反应的速率;,(2)
17、错误,反应速率取决于温度和反应物或生成物的浓度。,(4) 正确。,(3) 错误,反应级数不一定等于反应分子数;,(5) 正确。 (6)正确。,12.反应:2NO(g) + Cl2(g) 2NOCl(g)的速率表达式为v=kNO2Cl2, ,试讨论下列各种条件变化时对反应的初速率有什么影响? (1) Cl2的分压增加一倍; (2)加入某种催化剂; (3)将反应容器增大一倍; (4)将总压增加一倍。,解:(1) Cl2的分压增加一倍,反应的初速率增加一倍。,(2) 加入某种催化剂,加快反应的初速率。,(3) 将反应容器增大一倍,反应的初速率为原来的1/8倍。,(4) 将总压增加一倍,反应的初速率为
18、原来的8倍。,1. 20时,把6.31g的某种不挥发物质溶解在500g水中,此时测得溶液的蒸气压为2.309kPa,而同温度时纯水的蒸气压为2.3138kPa,试计算此溶质的摩尔质量。,第3章 溶液与水溶液中的离子平衡,解:,2. 有2.00g某种不挥发性碳氢化合物,该化合物中碳的质量分数WC=0.994。在20时将它溶解在100g苯中,使苯的蒸气压从9.953kPa降低到9.8672kPa,试求此碳氢化合物的化学式。,解:,3. 26.6g氯仿(CHCl3)中熔有0.402g萘(C10H8)的溶液,其沸点比纯氯仿的沸点高0.455,求氯仿的沸点升高常数Kb。,解:根据,有,4. 一多酞水溶液
19、,在1dm3该溶液中含有溶质0.4g,在27测得这溶液的渗透压为498.63Pa,求多酞的近似摩尔质量。,解:根据,得,5. 0时200g乙醇中含有23g溶质的溶液,其蒸气压等于27.62KPa。已知0时乙醇的蒸气压为29.30KPa,求该溶质的摩尔质量。,解:根据,6. 1.00g硫溶于20.0g萘中,溶液的凝固点比纯萘低1.28,求硫的摩尔质量和分子式。,解:由,7. 强电解质和弱电解质的电离方式有何不同?它们在水溶液中各主要以什么形式存在?,答:强电解质在水溶液中完全电离成阴、阳离子,电离后,以阴、阳离子形式存在;弱电解质在水溶液中部分电离,因此,其存在形式有分子、阴离子、阳离子。,8.
20、 0.01moldm-3 HAc溶液的电离度为4.2%,求HAc的电离常数和该溶液的H+。,解:由于,则可用以下公式进行近似计算,9. 知HClO的电离常数Ka=2.9510-8,计算0.05moldm-3 HClO溶液中的H+、ClO-及电离度。,解:由于,则可用以下公式进行近似计算,10. 制pH=5.0的缓冲溶液,需称取多少克NaAc3H2O固体溶解于300ml 0.5moldm-3醋酸中?,解:设需NaAc3H2O固体x克,根据缓冲溶液公式,查表得,11.已知浓盐酸的相对密度为1.19gml-1,其中含HCl均为37%,求其浓度。如欲配置1L 0.15 mol/L HCl溶液,应取这种
21、浓盐酸多少毫升?,解:设浓盐酸的浓度为xmol/L,体积为1L。需浓盐酸yml。,则,12. 配制CNa2C2O4为0.10 moldm-3溶液500ml,应称取Na2C2O4多少克?,13. 5时,Br2在CCl4和水中的分配比为29.0,水溶液中的溴用(1)等体积;(2)1/2体积的CCl4萃取时,萃取效率各为多少?,解:设需称取Na2C2O4固体xg。,解:根据,(1),(2),15将具有下述pH值的各组强电解质溶液,以等体积混合,所得溶液的pH值各为多少? (1).pH1.00+pH2.00; (2).pH1.00+pH5.00; (3).pH13.00+pH1.00; (4).pH5
22、.00+pH9.00,解: (1) pH=1.26 (2) pH=1.30 (3) pH=7.0 (4) pH=7.0,16.欲配制pH=10.0的缓冲溶液1L,用了16.0 mol/L氨水420ml,需加NH4Cl多少克?,解:设需加NH4Cl x克。已知:pKb=4.75 根据缓冲溶液公式:,17.将一弱碱0.950g溶解成100ml溶液,其pH为11.0,已知该弱碱的相对分子量为125,求弱碱的pkb.,解:设弱碱的浓度为cmol/L。,18.计算下列溶液的pH值及水解度 (1).0.02 mol/LNH4Cl (2).0.1 mol/LKCN,解: (1) 已知Kb(NH3.H2O)=
23、1.7610-5,(2) 已知:Ka(HCN)=4.931010,19.写出下列离子水解反应的离子方程式 CO32-; CN-; HPO42-; F-,20.已知Zn(OH)2的溶度积为1.210-17,求其溶解度。,解:设Zn(OH)2的溶解度为s mol/L 。平衡,平衡时的浓度(mol/L) s 2s,21. 20时PbI2的溶解度为0.068g/100克水,求其溶度积Ks。,解: 设PbI2的溶解度s以摩尔浓度来表示为s mol/L。,由于该溶液为稀溶液,以溶剂水的体积代替溶液的体积。,22.现有100ml溶液,其中含有0.001mol的NaCl和0.001mol的K2CrO4,逐滴加
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