无机及分析化学答案.doc
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1、习题解答第一章 绪论1.1判断下列误差属于何种误差?在分析过程中,读取滴定管读数时,最后一位数字n次读数不一致,对分析结果引起的误差。标定HCl溶液用的NaOH标准溶液中吸收了CO2 ,对分析结果所引起的误差。移液管、容量瓶相对体积未校准,由此对分析结果引起的误差。在称量试样时,吸收了少量水分,对结果引起的误差。答: 偶然误差;系统误差中的试剂误差;系统误差中的仪器误差;过失误差1.2测得Cu百分含量为41.64%、41.66%、41.58%、41.60%、41.62%、41.63%,计算测定结果的平均值、平均偏差、相对平均偏差。(无须舍去数据)解:=2.210-4 =0.053%1.3测定某
2、样品中铁的百分含量,结果如下:30.12%、30.05%、30.07%、30.05%、30.06%、30.03%、30.02%、30.03%根据Q检验法,置信度为90%时是否有可疑数要舍去,计算分析结果的平均值、标准偏差、变异系数和对应的置信区间。解:排序:30.02%、30.03%、30.03%、30.05%、30.05%、30.06%、30.07%、30.12%先检验最大值30.12%: Q0.9=0.47 0.2,不应舍去,30.07%应该保留。检验最小值30.02%,Q0.9=0.510.2,不应舍去,30.02%应该保留。=1.810-4 =610-41.4下列数据分别有几位有效数字
3、?18.77;4位0.1877;4位0.001877;4位0.0187700;6位18770; 5位1.87710-4 4位1.5将下列各数修约到三位有效数字,并用标准指数形式表示。412.523300;73.265105;0.007362540;0.000056412300解:4.13102;7.33106;7.3610-3;5.6410-51.6根据有效数字的运算规则完成下列计算:35.6 27.38 -0.0023632.45+3.8258.768=974.70.0765833.5381.008103(在首位遇到大于或大于8的数时,多保留一位有效数字)1.7某溶液的pH=6.53,其c(
4、H+)为多少?某溶液的c(H+)=110-7molL-1,其pH值是多少?解:pH=-lgH+=6.53,H+=3.010-7 molL-1; pH=-lgH+=7.0第二章 化学反应的基本原理2.1计算下列系统的热力学能的变化:系统吸收了163 kJ热量,并且对环境作了394 kJ功。系统放出248 kJ热量,并且环境对系统作了265 kJ功。解:U=Q+W=163+(394) = -231kJU=Q+W=(248) +265 = 17kJ2.2诺贝尔发明的硝酸甘油炸药,爆炸时产生的气体发生膨胀,可使体积增大1200倍,反应如下:4C3H5(NO3)3(l)6 N2(g)10H2O(g)12
5、 CO2(g)O2(g)己知C3H5(NO3)3(l)的标准摩尔生成焓为-355kJmol-1,利用本书附表中的数据计算该爆炸反应在298K下的标准摩尔反应焓变。解: kJmol-1 2.3 在298.15K、p下,B2H6发生燃烧反应:B2H6(g)+3O2(g) = B2O3(s)+3H2O(g),每燃烧1molB2H6(g)就放热2020kJ,同样条件下2mol单质硼(B)在O2中燃烧生成1molB2O3(s),放热1264kJ。计算298.15K时B2H6(g)的标准摩尔生成焓。解:B2H6 (g)+3O2 (g)=B2O3 (s)+3H2O (g)?0-1264-241.82解得:2
6、.4已知,在298.15 K、100kPa下CH4(g)+4NO2(g)= 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)=-574kJmol-1CH4(g)+2NO2(g)= N2(g)+ CO2(g)+2H2O(g)=-867 kJmol-1计算:CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)=?解:根据题意2所以,=2=-1160 kJmol-12.5推测下列过程是熵增过程还是熵减过程?水变成水蒸气;熵增盐从过饱和溶液中结晶出来;熵减碳酸氢钠分解;熵增铁丝燃烧;熵减2NH3(g)N2(g)+3H2(g) 熵增H2(g)+I2(s)2HI(g) 熵增2.6碘钨灯内发生如
7、下可逆反应:W(s) + I2(g)WI2(g)扩散到灯内壁的钨会与碘蒸气反应,生成气态WI2,而WI2气体在钨丝附近受热,又会分解出钨单质,沉积到钨丝上,如此可延长灯丝的使用寿命。已知在298.15 K时,该反应的为-43.19Jmol-1K-1,为-40.568kJmol-1。如果灯内壁的温度为600K,计算上述反应的(600K)(假设该反应的和不随温度而改变);计算WI2(g)在钨丝上分解所需的最低温度。解:=T=-14.654kJmol-1=T939.3K2.7根据本书附表中的数据,判断下列反应在标准态下能否自发进行。Ca(OH)2(s) + CO2(g)=CaCO3(s) + H2O
8、(1)2H2(g) + O2(g)= 2H2O(1)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)解:,查表得到相关数据计算。=-74.57kJmol-1 0 ;可以自发=-474.28 kJmol-1 0;可以自发=-28.518kJmol-1 0;可以自发2.8汽车尾气中的一氧化氮和一氧化碳在催化剂作用下可发生如下反应:2CO(g) +2NO (g) 2CO2(g) +N 2 (g)根据本书附表中的数据,计算该反应能够自发进行的温度范围,并判断这一反应能否实际发生?(假设反应的和不随温度而改变);解:298.15K时, =0+2(-393.511)-2(-110.525)-289.86
9、=-745.692kJmol-1=191.598+2213.76-2198.016-2210.309=197.532Jmol-1K-1要使反应自发进行,0=T=-745.692kJmol-1-(197.532Jmol-1K-1)T所以, T3775K,温度低于3775K,该反应可以自发进行。2.9在标准状态下(二氧化碳的分压达到标准压力),将CaCO3加热分解为CaO 和CO2,试估计进行这个反应的最低温度(假设反应的和不随温度而改变)。解:CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)=fHm(CO2,g)+fHm (CaO,s)fHm (CaCO3,s)=177.759kJmol-1=fSm(
10、CO2,g)+fSm(CaO,s)fSm(CaCO3,s)=160.66 Jmol-1K-1要使该反应发生必须0,rGm=T1106.4K2.10在298.15K时,将压力为3.33104Pa的氮气0.200L和压力为4.67104Pa的氧气0.300L移入0.300L的真空容器,问混合气体中各组分气体的分压力和总压力各是多少?解: 在298.15K时,p1V1=p2V2对于N2,p(N2)=2.22104 Pa对于O2,p(O2)=4.67104 Pap(总)= p(N2) +p(O2) =6.89104 Pa2.11人在呼吸时,呼出的气体与吸入的空气的组成不同。在36.7与101kPa时,
11、某人呼出气体的体积组成是: N2,75.l%,O2,15.2%,CO2,3.8%, H2O, 5.9%。求:此人呼出气体的平均摩尔质量;呼出的气体中CO2的分压力。解: 2.12写出下列各反应的标准平衡常数表达式。CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O(g)NH4HCO3(s) NH3 + CO2 + H2O(g)Fe3O4(s) + 4 H2(g)3 Fe(s) + 4 H2O(g)C(s) + O2CO2Cl2(g) + H2O(l)H+(aq) + Cl- (aq) + HClO(aq)BaSO4(s) + CO32- (aq) BaCO3(s) + SO42-(aq)2.13在298
12、.15K时反应ICl(g) 1/2 I2(g) + 1/2 Cl2(g)的平衡常数为K = 2.210-3,试计算下列反应的平衡常数:1/2 I2(g) + 1/2 Cl2(g) ICl(g)I2(g) + Cl2(g)2ICl(g)解:4.51022.01052.14已知在823 K时CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) = 0.14CoO(s) + H2(g)Co(s) + H2O(g) = 67求823 K时反应CoO(s) + CO(g)Co(s) + CO2(g) (g)的平衡常数K。解:4.81022.15根据本书附表中的数据,计算反应2N2O(g)+3O2(g
13、) = 4NO2(g) 在298.15 K时的平衡常数;在298.15 K时,如果向1.00 L的密闭容器中充入1.0 mol NO2,0.10 mol N2O和0.10 mol O2,试判断上述反应进行的方向。解:=451.86-2103.62=0.20 kJmol-1 K=0.92=4.0103K,反应逆向进行2.16某理想气体反应A(g) + B(g)3C(g)在298 K时,标准平衡常数为 0.027,则反应1/3A(g) +1/3B(g) C(g)在同温度下的标准平衡常数为多少?解:=0.32.17反应2CO(g) + O2 (g)2CO2 (g)的0,该反应在密闭容器中达到平衡,请
14、填写表2-1.表2-1 习题2.17所涉及表格固定条件改变条件平衡移动方向K如何变化P、V降低温度右变大P、T加入惰性气体左不变V、T加入惰性气体不变不变T增加容器体积V左不变P、T加入O2右不变T、P加催化剂不移动不变2.18在 749K 时,反应CO(g) + H2O(g)CO2 + H2(g)的平衡常数K =2.6。如果:起始时只有CO和H2O存在,两者的浓度都为 1.0molL-1;起始时只有CO和H2O存在,两者的物质的量之比为1:3,求这两种情况下CO的平衡转化率。解:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)t=0时n/mol1100t=时n/mol1-x11-x1x1x1
15、n=2mol解得x1=0.617,转化率为61.7%。CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)t=0时n/mol1300t=时n/mol1-x23-x2x2x2n=4mol x2=0.865,转化率为86.5%显然,增大反应物浓度,平衡向右移动,转化率增大。2.19在1100 K时,在8.00 L的密闭容器放入3.00 mol 的SO3,SO3分解达平衡后,有0.95 mol的O2产生。试计算在该温度下,下述反应的K。解: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)t0时n/mol003teq时n/mol1.90.951.12.20雷雨天会发生反应:N2(g)+O2(g)=2NO(g),
16、已知在2030K和3000K时,该反应达平衡后,系统中NO的体积分数分别为0.8%和4.5%,试判断该反应是吸热反应还是放热反应?并计算 2030K时的平衡常数。(提示:空气中N2和O2的体积分数分别为78%和21%。)解:温度升高,NO变多,平衡右移,所以该反应是吸热反应N2+O22NOp0/kPa78210peq /kPa78-0.4=77.621-0.4=20.60.82.21在298.15K、1.47103kPa下,把氨气通入1.00L的刚性密闭容器中,在623K下加入催化剂,使氨气分解为氮气和氢气,平衡时测得系统的总压力为5.00103kPa,计算623K时氨气的解离度以及平衡各组分
17、的摩尔分数和分压。解:开始时氨气的物质的量为:平衡时混合气体总物质的量为:2NH3N2+3H2n0/mol0.59300neq/mol0.593-2xx3x0.593-2x +x +3x = 0.965 x = 0.186mol氨气的解离度:; ; 2.22某密闭容器中充有N2O4(g)和NO2(g)混合物,n(N2O4):n(NO2)=10:1。在308K、100kPa条件下,发生下列反应:N2O4(g)2 NO2(g) K=0.315试计算平衡时各物质的分压;如果使该反应系统体积减小到原来的1/2,而温度及其它条件保持不变,平衡向什么方向移动?在新的平衡条件下,系统内各组分的分压又是多少?
18、解:N2O4(g)2NO2(g)n0/mol101neq/mol10-x1+2xn=11+xpeq /kPa 解得:x =2.353分压:;如果使该反应系统体积减小到原来的1/2,根据pV=nRT,p(总)=200kPa, ,平衡逆向移动在新的平衡条件下 解得:y =1.54同理:p(N2O4)=135kPa;p(NO2)= 65.1kPa2.23温度相同时,三个反应的正逆反应的活化能如下表:反应反应反应Ea /kJmol-1307016Ea/kJmol-1552035判断上述反应中,哪个反应的正反应速率最大?哪个反应的正反应是吸热反应?解:根据公式,温度T相同时,活化能Ea越大,速率k越小,
19、所以反应的正反应速率最大;如果Ea (正) Ea(逆),则rHm0,为吸热反应;所以反应的正反应是吸热反应。2.24已知2Cl2(g)+2H2O(g)4HCl(g)+O2(g) 的0,该反应在密闭容器中达平衡,判断下列情况下各参数如何变化?表2-2 习题2.2所涉及表格正反应速率逆反应速率平衡移动方向K增加总压左不变升高温度右变大加入催化剂不移动不变2.25在一定温度下,测得反应4HBr(g)+O2(g)2H2O(g)+ 2Br2(g)系统中HBr起始浓度为0.0100 molL-1,10 s后HBr的浓度为0.0082 molL-1,试计算反应在10 s之内的平均速率为多少?如果上述数据是O
20、2的浓度,则该反应的平均速率又是多少?解:根据公式:代入数据计算,得:v(HBr)=4.510-5 molL-1s-1;v(O2)=1.810-4 molL-1s-12.26人体内某酶催化反应的活化能是50kJmol-1,正常人的体温为37,如果某病人发烧到40时,该反应的速率是原来的多少倍?解:2.27以下说法是否正确?说明理由。反应级数可以是整数,也可以是分数和零;对使用催化剂是为了加快反应的速率;错,也有负催化剂催化剂既可以降低反应的活化能,也可以降低反应的;错,催化剂只能降低活化能化学反应达到平衡时,该反应就停止了;错,动态平衡,不是停止标准平衡常数K受温度和浓度的影响很大;错,K只是
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