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new《无机化学》上习题答案
第5章化学热力学
5-6.测得2.96g氯化汞在407℃的1L容积的真空系统里完全蒸发达到的压力为60kPa,求氯化汞蒸气的摩尔质量和化学式。
5-8.25℃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。
由于混合前氮气和氧气的压力相同,因此可以假定它们混合过程为等压混合(只混合,不改变压力),则根据分体积的定义,氮气和氧气混合前的体积则为分体积,混合后的总体积为15+5=20L,混合后的初始压力(体积20L)与混合前两种气体的初始压力相同。
然后再把混合气体体积压缩到10L。
5-9.25℃,1.47MPa下把氨气通入容积为1.00L刚性密闭容器中,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。
2NH3====N2+3H2
n平0.593-2xx3x
0.593-2x+x+4x=0.965x=0.186mol
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:
C2H4(g)+H2(g)=C2H6(g)
P始XY0
P终0Y-XX
P始=X+Y=6930PaP终=Y-X+X=4530Pa
5-14.反应CaC2(s)+2H2O(l)=Ca(OH)2(s)+C2H2(g)在298K下的标准摩尔热力学能变化量为-128.0kJ.mol-1,求该反应的标准摩尔焓变。
解:
△Hø=△Uø+P△V=△Uø+RT∑B(g)
=-128.0+8.314×10-3×298×1
=-125.5kJ.mol-1
5-16.已知Al2O3(s)和MnO2(s)的标准摩尔生成焓为
-1676kJ.mol-1和-521kJ.mol-1,计算1g铝与足量MnO2(s)反应产生的热量。
解:
4Al(s)+3MnO2(s)=2Al2O3(s)+3Mn(s)
△fHøm/kJ·mol-10-521-16760
△rHmø=2×(-1676)-3×(-521)=-1789kJ.mol-1
5-17.已知Cl-(aq)的标准摩尔生成焓为-167.5kJ.mol-1,计算1molHCl(g)溶于足量水中释放出多少热?
解:
HCl(g)+∞(aq)=H+(aq)+Cl-(aq)
△fHøm/kJ·mol-1-92.3070-167.5
△rHøm=(-167.5)-(-92.307)=-75.2kJ.mol-1
5-21
解答:
5-25.已知N2、NO和O2的解离焓分别为941.7kJ.mol-1、631.8kJ.mol-1和493.7kJ.mol-1,仅利用这些数据判断NO在常温常压下能否自发分解。
解:
2NO(g)==N2(g)+O2(g)
△rHøm=2×631.8–941.7–493.7=-171.8kJ.mol-1
∵反应前后气体分子数相同,△Sø变化不大。
∴反应的△Gø主要取决于△Hø,故△Gø<0,反应自发。
5-26.下列反应是熵增还是熵减反应?
①葡萄糖燃烧;②乙炔燃烧;③碳酸氢钠分解;④铁丝燃烧;⑤甲烷与水蒸气反应生成水煤气;⑥甲烷与氧气反应生成合成气。
解:
①C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)
②2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)
③2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(l)
④3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)
⑤CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)
⑥2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)
①、③、⑤、⑥△S>0②、④△S<0
5-28.碘钨灯灯内发生如下可逆反应:
W(s)+I2(g)=WI2(g)
△fGøm/kJ.mol-1019.327-8.37
Søm/J.mol-1.K-133.5260.69251
①求623K时,上式反应的△rGøm
②估算WI2(g)在钨丝上分解所需的最低温度。
解:
①△rGø298=-8.37-19.327=-27.697kJ.mol-1
△rSø298=251-33.5-260.69=-43.19J.mol-1.K-1
△rHø298=△rGø298+298△rSø298
=-27.697+298×10-3×(-43.19)
=-40.568kJ.mol-1
△rGø623≈△rHø298-623△rSø298
=-40.568-623×(-43.19)×10-3
=-13.66kJ.mol-1
②WI2(g)=W(s)+I2(g)
△rHø298=40.568kJ.mol-1△rSø298=43.19J.mol-1.K-1
5-29.用凸透镜聚集太阳光加热分解倒置在液汞上的装满液汞试管内的氧化汞,使其分解。
估算:
使氧气的压力达到标态压力和1kPa所需的最低温度,并估计为使氧气压力达1kPa,试管的长度至少为多长?
解:
HgO(s)==Hg(s)+½O2(g)
△fHøm/kJ.mol-1-90.4600
Søm/J.mol-1.K-171.176.02205.138
△rHø298=90.46kJ.mol-1
△rSø298=1/2×205.138+76.02-71.1=107.5J.mol-1K-1
①标态下的分解温度
②1kPa下的分解温度
试管的长度应大于760mm。
5-30
解答:
2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)
5-31.石灰窑的碳酸钙需加热到多少度才能分解?
若在一个用真空泵不断抽真空的系统内,系统内的气体压力保持10Pa,加热到多少度才能分解?
解:
CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)
△fHøm/kJ.mol-1-1206.92-635.09-393.509
Søm/J.mol-1.K–192.939.75213.74
△rHø298=(-393.509)+(-635.09)–(-1206.92)=178.321kJ.mol-1
△rSø298=213.74+39.75–92.9=160.59J.mol-1.K–1
①标态下的分解温度
②10Pa下的分解温度
第6章化学平衡
6-1写出下列各反应的标准平衡常数表达式和实验平衡常数表达式
①.2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)
②.NH4HCO3(s)=CO2(g)+NH3(g)+H2O(g)
③CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
④CO2(g)=CO2(aq)
解:
①
②
③
④
6-2
(1)K1=K2=(2.2×10-3)2=4.84×10-6
(2)K2=1/K=1/2.2×10-3=4.55×102
6-4测得合成氨反应在500℃的平衡浓度分别为:
[H2]=1.15mol/L,[N2]=0.75mol/L,[NH3]=0.26mol/L,求K、Kc以及KP(分别用Pa和bar为气体的压力单位)。
解:
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)
6-5已知:
①HCN=H++CN-K1=4.9×10-10
②NH3+H2O=NH4++OH-K2=1.8×10-5
③H2O=H++OH-K3=1.0×10-14
求反应NH3+HCN=NH4++CN-的平衡常数。
解:
①+②-③得:
NH3+HCN=NH4++CN-
6-6反应CO+H2O=CO2+H2在749K时的平衡常数K=2.6设①反应起始时CO和H2O的浓度均为1mol/L;②起始时CO和H2O的摩尔比为1:
3,求CO的平衡转化率。
用计算结果说明勒沙特列原理。
解:
∵△n=0∴Kc=KP=K
1CO+H2O=CO2+H2
C平1-x1-xxx
②CO+H2O=CO2+H2
C平1-x3-xxx
计算结果说明,增大反应物的浓度,平衡向生成物方向移动。
6-7将SO3固体置于一反应器内,加热使SO3气化并令其分解,测得温度为900K,总压为P时,气体混合物的密度为=0.925g/dm3,求SO3的解离度。
解:
SO3=SO2+½O2
n平1-XXX/2n=1+X/2
6-8已知反应N2O4=2NO2在308K下的标准平衡常数K为0.32。
求反应系统的总压力为P和2P,N2O4的解离度及其比。
用计算的结果说明勒沙特列原理。
解:
N2O4==2NO2
n平1-x2xn=1+x
将P=P和2P代入解得:
x1=27.2%x2=19.6%
即增大压力,平衡朝缩小气体体积的方向移动。
6-9为使Ag2O在常温下分解,氧的分压应降为多大?
解:
Ag2O(s)=2Ag(s)+½O2(g)
ΔfGmø/kJ·mol-1-11.200
ΔrGmø=11.2kJ·mol-1
6-12在693K和723K下氧化汞分解为汞蒸气和氧的平衡总压分别为5.16×104和1.08×105Pa,求在该温度区域内分解反应的标准摩尔焓和标准摩尔熵变。
解:
HgO(s)==Hg(g)+½O2(g)
P平XX/2
P总1=X1+X1/2=5.16×104PaX1=3.44×104Pa
P总2=X2+X2/2=1.08×105PaX2=7.2×104Pa
△G693=-RTlnK=-8.314×693ln0.143=1.12×104J.mol-1
△GT=△H-T△S
6-14雷雨导致空气中的氮气和氧气化合为NO。
经热力学计算得知,在2033K和3000K下该反应达平衡时系统中NO的体积分数分别为0.8%和4.5%,试问①该反应是吸热反应还是放热反应?
②计算2033K时的平衡常数。
解:
①温度升高,平衡右移,所以该反应是吸热反应
②N2+O2==2NO
P初/kPa78210
P平/kPa78-0.421-0.40.8
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