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化学课后题答案分析

第一章化学反应热

习题与解答

1．说明下列符号的含义。

V Q m r H ?(T) Θm r H ?(T) Θm f H ?（T ） ξ

答：V Q ：等容反应热； m r H ?(T)：某温度下，反应的摩尔焓变（数值等于等压反应热）；

Θm f H ?(T )：某温度下某物质的标准摩尔生成焓； ξ：反应进度。

2．盖斯定律的使用条件，下列哪种说法正确？

（1）等压（2）等容（3）等温、等容或等温、等压

（4）等温、不做有用功，等容或等压

答：正确答案为（4）。

3．热力学标准态的含义？为什么要确定热力学标准态？

答：热力学标准态是指在温度T （但没有限定温度）和标准压力 [ p Θ

(100kPa)]下物质所处状态。而对纯理想气体热力学标准态是指该气体处于标准压力 [ p

Θ(100kPa)]下的状态。混合理想气体中任一组分的标准态是指该组分气体的分压为p Θ时的状

态。因为化学反应中的能量以及状态函数改变是受许多条件（如温度、压力、浓度、聚集状态等）的影响，为了比较方便，国际上规定了物质的热力学标准态。

4．简述照明弹中的铝、镁、硝酸钠和硝酸钡等物质各起什么作用？

答：金属铝、镁在燃烧时,可以放出大量热（Θ?M gO ,m f H = - 601.7 kJ/ mol, Θ?3

2O Al ,m H = - 1675.69 kJ/?mol -1）产生千度以上的高温，而反应放出的热量又能使硝酸盐分解产生O 2，又加速镁、铝的燃烧反应，使照明弹更加绚丽夺目。

在其中铝和镁作为还原剂；氧气、硝酸钠和硝酸钡等作氧化剂。

5．通过计算说明，氧－乙炔焰为什么可以用于金属焊接和切割？

答：（5/2）O 2 + C 2H 2 = 2CO 2 + H 2O(g)

Θ?m f H /（kJ ? mol -1） 0 226.7 -393.5 -241.8

?r H Θm =∑?f H Θm (生成物)－Θ∑?m f H （反应物）

△r H Θm =2×(-393.5) + (-241.82) – 226.7 – 0 = - 1255.5 kJ ·mol -1

因反应放出大量热，可以熔化金属，所以可用于焊接或切割金属。

6．通过计算说明，为什么称硼的氢化物（硼烷），硅的氢化物（硅烷）是高能燃料[ 已知B 2H 6（g ）的Θm f H ?＝36.56 kJ ·mol -1，B 2O 3（s ）的Θ

m f H ?＝-1132.55 kJ ·mol -1；SiH 4（g ）的Θm f H ?＝34.31 kJ ·mol -1，SiO 2（s ）的Θm f H ?＝-910.7kJ ·mol -1 ]。

解： B 2H 6（g ） + 3O 2(g) = B 2O 3（s ） + 3H 2O （g ）

Θ?m f H ／（kJ ·mol -1） 36.56 0 -1132.55 -241.82

△r H Θm = -1132.55+3×(-241.82) – 36.56 – 0 = - 1894.57 kJ ·mol -

SiH 4（g ） + 2O 2(g) = SiO 2（s ） + 2H 2O （g ） Θ?m f H ／（kJ ·mol -1） 34.31 0 -910.7 -241.82

△r H Θm

= -910.7 + 2×(-241.82) – 34.31 – 0 = - 1428.65 kJ ·mol -1

上述两个反应都放出大量热，因此B 2H 6（g ）和SiH 4（g ）可以作为高能燃料。

7．已知下列反应的化学反应热

C （石墨）+ O 2（g ）= CO 2（g ） Δr H m (1) = -393.5 kJ ·mol -

1 H 2（g ）+ (1/2) O 2（g ）=H 2O （l ） Δr H m (2) = -285.8 kJ ·mol -

1 C 2H 6（g ）+(7/2)O 2（g ）=2CO 2（g ）+3H 2O （l ） Δr H m (3) = -1559.8 kJ ·mol -

1 不用查表，计算由石墨和氢气化合生成1mol C 2H 6（g ）反应的Δr H m 。

解:根据Hess 定律 Δr H m (C 2H 6) = 2Δr H m (1) + 3Δr H m (2) -Δr H m (3)

所以Δr H m (C 2H 6) = 2×(－393.5) + 3×(－285.8)－(－1559.8) = －84.6 kJ·mol -1

8．在用硝石制硝酸时，下列反应同时发生

（1）KNO 3（s ）+ H 2SO 4（l ）= KHSO 4（s ）+ HNO 3（g ）

（2）2KNO 3（s ）+ H 2SO 4（l ）= K 2SO 4（s ）+ 2HNO 3（g ）

制得的硝酸中80%是由反应（1）产生的，20%是由反应（2）产生的。问在25℃制取1kgHNO 3(g)时将放出多少热量？已知KNO 3、H 2SO 4、KHSO 4、HNO 3（g ）、K 2SO 4的标准生成焓依次为-494.63、813.99、-1160.6、135.6、-1437.79（kJ ·mol -

1）。解： KNO 3（s ）+H 2SO 4（l ）= KHSO 4（s ）+ HNO 3（g ）方程（1）

Θ?m f H /(kJ ?mol -1) -494.63 813.99 -1160.6 135.6

r H Θm =∑?f H Θm (生成物)－Θ∑?m f H （反应物） △r H Θm (1) = ( －1160.6 +135.6 ) － ( －494.63 + 813.99 ) = －1344.36 kJ·mol -1

2KNO 3（s ）+H 2SO 4（l ）= K 2SO 4（s ）+2HNO 3（g ）方程（2）

Θ?m f H /（kJ ?mol -1）-494.63 813.99 -1437.79 135.6

△r H Θm (2)= [-1437.79]+ 2×(135.6)]- [2× (-469.63) +(813.99)]=－991.32 kJ·mol -1

HNO 3的相对分子量为63, 1 kg HNO 3的物质的量n =631000

=15.9 (mol)

制取1 kg HNO 3(g)时的反应热为

()()kg /kJ 1004.232.10419.15%2036.13449.15%804?-=-??+-??

9．甘油三油酸脂是一种典型的脂肪，当它在人体内代谢时发生下列反应 C 57H 104O 6（s ）+ 80 O 2（g ）= 57CO 2（g ）+52H 2O （l ）该反应的Θ?m r H = -3.35×10 4 kJ ·mol -1 ，问如以当代男大学生平均每人每日耗能

10125.3kJ ，且以完全消耗这种脂肪来计算，每天需消耗多少脂肪？解：每天消耗脂肪物质的量(mol)302.0335003.101253

.10125===Θ?m r H n

该脂肪相对分子量为884；每天消耗脂肪的质量为：0.302×884=267.0 (g)

10．葡萄糖（C 6H 12O 6）完全燃烧反应的方程式为

C 6H 12O 6（s ）+ 6O 2（g ）= 6CO 2（g ）+ 6H 2O （l ）

该反应的Θ

m r H ?= -2820 kJ ·mol -1，反应热的约40%可用于肌肉活动的能量。试计算一匙葡萄糖（以3.8g 计）在人体内氧化时，可获得的肌肉活动能量。

解：葡萄糖相对分子量为180；一匙葡萄糖(3.8g)的物质的量为 3.8 / 180 = 0.021(mol) 一匙葡萄糖被氧化放出的热量为 0.021Θ??m

r H = 0.021 ×2820 = 59.2 kJ

可获得的肌肉活动能量 59.2×40% = 23.7 kJ

11．辛烷是汽油的主要成分，据附录的有关数据计算下列两个反应的热效应，并从计算结果比较得出结论（已知：Θ

m f H ?（C 8H 18，l ）=-218.97 kJ ·mol -1）？

（1）完全燃烧 C 8H 18（l ）+ O 2（g ）→CO 2（g ）+ H 2O （l ）

（2）不完全燃烧 C 8H 18（l ）+ O 2（g ）→C （s ）+ H 2O （l ）

解：据附录查得下列物质C 8H 18(l ), O 2 (g) , CO 2 (g),C(s), H 2O(l )的标准生成

焓变分别为218.97kJ.mol -1, 0, －393.5 kJ.mol -1, 0, －285.83 kJ.mol -1 ?r H Θm =∑?f H Θm (生成物) － ∑?f H Θm (（反应物）

C 8H 18（l ）+（25/2）O 2（g ）= 8CO 2 （g ） + 9H 2O （l ）

Θ?m f H /（kJ ?mol -1）-218.97 0 - 393.5 - 285.83

△r H Θm (1)= 8 ( - 393.5) + 9 ( - 285.83) － 0 － ( -218.97) = -5501.58 kJ ·mol -1

C 8H 18（l ）+（9/2）O 2（g ）= 16C （s ） + 9H 2O(l )

Θ?m f H /（kJ ?mol -1） -218.97 0 0 - 285.83

△r H Θm (2)= 0 + 9 ( - 285.83 ) －0 － ( - 218.97) = 2353.5 kJ.·mol -1

△

r H Θ

m (1) >> △r H Θm (2)，结论：完全燃烧放热量大。

第二章化学反应进行的方向和限度

习题与解答

1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。

（1）因为Q P =ΔH ，而ΔH 与变化途径无关，是状态函数，所以V q 也是

状态函数。

答：错, H 是状态函数，但是焓变（ΔH ）不是状态函数。热量、功以及状

态函数的变量“Δ”都不是状态函数。

（2）单质的标准生成焓(Θm f H ?)和标准生成吉布斯函数变(Θm f G ?)都为零，

因此其标准熵也为零。

答：错，因 H 和 G 的绝对值还无法得到，因此采用相对值，根据定义，

最稳定单质的Θm f H ?和Θ

m f G ?都为零，而S 有绝对值，除完美晶体在OK 时的熵等于0外，其它条件下的熵（包括标准熵）皆不为零。但离子的熵也是相对值，是以氢离子为相对标

准（H +的Θm S = 0）（3）对于纯固、液、气态物质而言，100kPa 、298K 是其标准态。答：对。虽然热力学标准态不指定温度，但是任何温度都有其对应的标准态。

（4）H 、S 、G 都与温度有关，但ΔH ，ΔS ，ΔG 都与温度关系不大。

答：错，一般认为反应的ΔH ，ΔS 与温度关系不大，但ΔG =ΔH - T ΔS

所以ΔG 与温度有关。

（5）等温等压条件下，用Θm r G ?就可以判断任何一个化学反应的方向。

答：错，等温等压条件下用m r G ?（>0 或<0）判断反应方向，而不是用Θ

m r G ?。

（6）化学反应进度可以度量化学反应进行的程度，所谓1mol 反应是指各物质按化学计反应方程式进行的完全反应。

答：对

（7）ΘK 与K C 、K P 在数值上是相等的，但量纲不一定相同，

答：(有关数值) K C 与ΘK 的数值相等；当

∑=B B 0ν时，P K 与ΘK 的数值也相等。（有关量纲）ΘK 没有量纲；当∑=υ

B B 0时，K

C 与K P 也都没有量纲；但是

∑≠υ

B B 0时，K

C 与K P 有量纲；

例如合成氨反应(g)NH 2(g)H 3(g)N 322=+

设平衡时 p (NH 3) =247 kPa ； p (N 2) =1kPa ； p (H 2) =10kPa 。

Kp ＝323H N 2NH )()(223

Pa Pa Pa P P P ???= 4322Pa 100001000Pa 247000）（）（? = 6.1×10－5 (Pa)－ 2

假如单位用atm ，Kp = 6.1×105atm 2；或用mmHg ，Kp =1.06mmHg 2。

K θ =3H N 2

NH ))(()(223θθθp p p p p p =5

32101.6100000/10000100000/1000100000/247000?=?）（）（）（

可以看出∑≠υB B 0时，Kp 有量纲，且数值与K θ

不等。（8）Θ

m r G ?> 0，反应不能自发进行，但其平衡常数并不等于零。

答：Θm r G ?> 0，只能说明在标准态下，过程不能自发进行。在非标准态下，

而且|Θm r G ?|又不是很大时，不能用于判断反应方向。可逆反应平衡常数都

不应为零。

2．选择题（将正确答案的标号填入空格内）

(1)下列物理量属于状态函数的是① ② ③ ⑤ ⑦ ⑧。

①T ②p ③V ④W ⑤H ⑥ΔH ⑦S ⑧G

答：正确答案为① ② ③ ⑤ ⑦ ⑧。

(2)生产水煤气的反应为 C （s ）+ H 2O （g ）=== CO （g ）+ H 2（g ）

该反应的Θm r H ?= 131.3 kJ ·mol -1，则该反应是 ①（∵系统ΔH > 0，ΔS > 0）。 ①低温下正向不自发，高温下正向自发；②低温下正向自发，高温下正向不自发；③任何温度下正向都自发；④任何温度下正向都不自发

答：正确答案为①。

3．不用查表，将下列物质按标准熵Θ

m S 值由大到小的顺序排列。

（1）Si （s ）（2）Br （l ）（3）Br （g ）

答： Θm S （3）>Θm S （2）>Θm S （1）

4．给出下列过程的Θm r G ?，Θm r H ?，Θm r S ?的正负号（或零）（1）电解水生成H 2和O 2；（2）H 2O （g

）273K H 2O （l ）；

（3）H 2O （l ） 268K H 2O （s ）

5．SiC 是耐高温材料，问以硅石（SiO 2）为原料，在标准状态和298K 时能否制得SiC 。

解： SiO 2 + C = SiC + O 2

Θ?m f G /( kJ ·mol -1) -856.67 0 -62.76 0

-1mol J k 91.793)67.856(76.62?=---=Θ?m r G ＞ 0。

结论：不能在此条件下制备SiC 。

6．由二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法

（1）MnO 2（s ）+ 2H 2（g ）= Mn （s ）+ 2H 2O （g ）

Θm r H ?=37.22 kJ ·mol -1 Θm r S ?=94.96J ·mol -1·K -1

（2）MnO 2（s ）+2 C （s ）= Mn （s ）+ 2CO （g ）

Θm r H ?=299.8 kJ ·mol -1； Θ

m r S ?=363.3J ·mol -1·K -1

试通过计算确定上述两个反应在298K 、标态下的反应方向？如果考虑工作温度越低越好，则采用那种方法较好？

解：（1）MnO 2(s) + 2H 2 (g) = Mn(s) + 2H 2O(g) △r G Θm =△r H Θm －T △r S Θm =37.22kJ ·mol -1－298×94.96×10 -3=8.922 (kJ ·mol -1) (2) MnO 2(s) + 2C(s) = Mn(s) + 2CO(g)

△r G Θm =△r H Θm －T △r H Θm = 299.8 ― 298 × 363.3 × 10

–3 = 191.5 kJ ·mol -1 上述两个反应的Θ?m r G 均大于0，所以298K ，100 kPa 下反应都不能自发正向进行。

95.3911096.9422.3731=?=??≈-ΘΘm r m r S H T 转（K ）

2.82510

3.3638.299T 32=?≈

-转（K ）答：若考虑工作温度越低越好，易采用方程（1）的方法。

7．汞的冶炼可采用朱砂（HgS ）在空气中灼烧

2HgS （s ）+ 3O 2（g ）= 2HgO （s ）+ 2SO 2（g ）

而炉中生成的HgO 又将按下式分解

2HgO （s ）= 2Hg （g ）+ O 2（g ）

试估算炉内的灼烧温度不得低于多少时，才可以得到Hg （g ）？

已知HgS （s ），HgO （s ）的Θm f H ?分别是 -58.2 kJ ·mol -1，-90.83 kJ ·mol -1；Θm

f G ?分别是-50.6，-58.56（kJ ·mol -1

）；Θm S 分别是82.4 J ·mol -1·K -1和70.29 J ·mol -1·K -1。解：查表得 2HgS （s ） + 3O 2 = 2HgO + 2SO 2

Θ?m f H /（kJ ·mol -1） -58.2 0 - 90.83 -297.04

Θm S /（J ·mol -1·K -1）82.4 205.03 70.29 248.11

-1

mol J k 34.6590)2.58(2)83.90(2)04.297(2?-=--?--?+-?=Θ?m r H 11K mol J 09.1434.82203.205329.70211.2482--Θ?-=?-?-?+?=?m r S Θ?m r H ＜０； Θ

?m r S ＜ 0 ，低温自发，高温非自发。

K 9.46071009.14334.6593=?==-ΘΘ??m r m r S H T 转

结论（1）：当升温至T ＞ 4607.7K 时, 反应由自发转变为非自发。

2HgO = 2Hg + O 2

Θ?m f H kJ ·mol -1 90.83 0 0

Θm S J ·mol -1·K -1 70.29 76.02 205.03

()-1mol kJ 66.18183.90200?=-?-+=Θ?m r H

11K mol J 49.21629.70203.20502.762--?=?-+?=Θ?m r S

Θ?m r H ＞０； Θ?m r S ＞ 0 ，低温非自发，高温自发。

K 11.8391049.21666.1813=?==-ΘΘ??m r m r S H T 转；

结论（２）当升温至T ＞ 839.11K 时, 反应由非自发转变为自发进行。

所以，当839.11K ＜ T ＜ 4607.9K 时。才可得到Hg(g)。

8．汽车尾气中含有CO ，能否用热分解的途径消除它？

已知热分解反应为CO （g ）= C （s ）+ 21

O 2（g ），该反应的Θm r H ?= 110.5 kJ ·mol -1，

Θm r S ?= - 89J ·mol -1·K -1 。

解: ∵△r G Θm =△r H Θm - T △r S Θm ，此反应△r H Θm ＞0， △r S Θm ＜0 ∴△r G Θm 永远大于零，

说明此反应在任何温度下反应都不能自发进行，又因 1mol kJ 173.0K)298(-?=Θ?m r G >>

0，ΘK 很小（9.5×10-25），平衡产率很低，故不能用热解法除CO 。

9．在298K ，100kPa 条件下，金刚石和石墨的标准熵分别为2.45 J ·mol -1·K -1和5.71

J ·mol -1·K -1，它们的燃烧反应热分别为-395.40 kJ ·mol -1和-393.51 kJ ·mol -1，试求：

（1）在298K ，100kPa 条件下，石墨变成金刚石的Θm r G ?。

（2）说明在上述条件下，石墨和金刚石那种晶型较为稳定？

解: 已知: S Θm (石)=5.71J·mol 1·K -1, S Θm (金)=2.45 J·mol -1·K -1

C (石)+O 2(g)=CO 2(g) △r H Θm (1) = - 39351 kJ·mol -1

C (金)+O 2(g)=CO 2(g) △r H Θm (2)= - 395.40 kJ·mol -1

方程(1) —方程 (2) 得方程（3）C (石)→C （金）根据Hess 定律

该反 △r H

Θm (3)= △r H Θm (1) -

△r H Θm (2) = -393.51 - (-395.40) = 1.89 kJ·mol -1 △r S Θm =2.45 - 5.71= - 3.26 J·mol -1·K -1 △r G Θm =△r H Θ

m -T △r S Θm = 1.89 - 298 × ( - 3.26) ×10-3 = 2.86 kJ·mol -1 ∵△r G Θm > 0 ∴298K, 100kPa 下, 石墨较稳定

10．计算合成氨反应 N 2（g ）+ 3H 2（g ）= 2NH 3（g ）在673K 时的标准平衡常数，并指出在673K ，下列三种情况下反应向何方向进行？

（1）p （NH 3）= 304kPa ，p （N 2）= 171kPa ，p （H 2）= 2022kPa ；

（2）p （NH 3）= 600kPa ，p （N 2）= 625kPa ，p （H 2）= 1875kPa ；

（3）p （NH 3）= 100kPa ，p （N 2）= 725kPa ，p （H 2）= 2175kPa ；

解：首先用热力学数据求出Θ

K 。

查表得 N 2(g) + 3H 2(g) = 2 NH 3(g)

△r H Θ

m/（kJ?mol-1）0 0 －46.11

S Θ

m/（J·mol-1·K-1）191.50 130.57 192.34

△r H

m= 2×（- 46.11）= - 92.22 kJ·mol-1

△r S

m= 2×192.34 - 3×130.57 - 191.50 = - 198.53 J·mol-1·K-1

△r G

m(673K)= △r H

m- T△r S

m= - 92.22× - 673(- 198.53)×10-3

= 41.39kJ·mol-1·K-1

ln=RT

=673

314

-= - 7.397 ；

= 6.13×10 – 4，再求出各条件下的P J，与Θ

K进行比较。(1) J1=

()()3

2022

171

)

304

(

=6.5×10 - 4J1> K

∴反应逆向进行

在计算压力商（J）时，各项一定要用相对压力，而且注意分子和分母的单位要一致，在此

单位用的是kPa，得出的结果J与K Θ

进行比较后，做出判断。

(2) J2=

1875

625

)

600

(

=8.7×10 - 4J2> K

∴逆向进行

(3) J3=()()3

2175

725

)

100

(

=1.3×10 -5J3< K

∴正向进行

11．试通过计算说明1000K时能否用碳将Fe2O3、Cr2O3和CuO中的金属还原出来？解：(1) 2Fe2O3+3C = 4Fe + 3CO2

△f H Θ

m/（kJ?mol-1）824.25 0 0 393.51

S Θ

m/（J?mol-1·K-1）87.40 5.74 27.28 213.64

△r H Θ

m= 3 × (393.51) – 2 × (824.25) = - 467.97 kJ·mol-1

△r S Θ

m= 3 × 213.64 + 4 × 27.28 – 3 × 5.74 – 2 × 87.40 = 558.02 J mol-1·K-1

△r G Θ

m=△r H

m- T△r S

m= - 467.97 - 1000×558.02×10-3= - 1025.99 kJ·mol-1

∵△r G Θ

m<0，∴1000K可用C还原出Fe。

(2) 2Cr2O3 + 3C = 4Cr + 3CO2

△f H Θ

m/（kJ?mol-1）1139.72 0 0 393.51

S Θ

m/（J·mol-1·K-1）81.17 5.74 23.77 213.64

△r H

m= 3× (393.51) - 2×(1139.72) = -1098.91 kJ·mol-1

△r S

m= 3×213.64 + 4×23.77 - 3×5.74 - 81.17×2 = 556.44 J·mol-1·K-1

△r G

m= △r H

m-T△r S

m=-1098.91-1000×556.44×10-3 = -1655.35 J·mol-1 △r G

m< 0，∴可用C还原出Cr。

(3) 2CuO + C = 2Cu + CO2

△r H Θ

m/（kJ?mol-1）157.32 0 0 393.51

S Θ

m/（J·mol-1·K-1）48.63 5.74 33.15 213.64

△r H Θ

m= 3 × (393.51) – 2 × (157.32) = 865.89 J·mol-1

△r S Θ

m= 213.64 + 2 × 33.15 - 5.74 – 2 × 48.63 = 176.94 J·mol-1·K-1

△r G Θ

m= 865.89 – 1000 × 176.94 × 10-3 = 689.95 （kJ· mol-1）

△r G Θ

m> 0，∴不能用C还原出Cu

12．已知SiF4（g）、SiCl4（g）的标准生成吉布斯函数（

?）分别为-1506和-569.8

（kJ·mol-1），试用计算说明为什么HF（g）可以腐蚀SiO2，而HCl（g）则不能？

解：4HF(g) + SiO2(g) = SiF4(g) + 2H2O(1)

△f G Θ

m/（kJ?mol-1）273.22 856.67 -1506 237.18

Δr G Θ

m= 2 × (237.18)+ (-1506)– (856.67) – 4× (273.22 ) =–2981.19 kJ·mol-1

Δr G Θ

m＜＜0，∴反应可正向进行，HF可被用来腐蚀SiO2。

4HCl(g) + SiO2 (g) = SiCl4(g) + 2H2O(l)

△f G Θ

m/（kJ?mol-1）–95.30 –856.67 –569.8 –237.18

△r G Θ

m=2×(–237.18) + (–569.8) -(–856.67) - 4×(–95.30) = 193.71 kJ· mol-1∵△r G

m> 0 ∴不能正向进行，HCl不能被用来腐蚀SiO2。

13．试通过计算说明，为什么用BaCO3热分解制取BaO，反应温度要在1580K左右，

而将BaCO3与碳黑或碎炭混合，按下式反应：

BaCO3（s）+ C（s）= BaO（s）+ 2CO（g）

则所需温度可显著降低。已知BaCO3（s）和BaO（s）的

?分别是-1216 kJ·mol-1，

-548.1 kJ·mol-1；

S分别是112 J·mol-1·K-1和72.09J·mol-1·K-1。

解BaCO3= BaO + CO2

△f H Θ

m/（kJ?mol-1）－1216 －548.1 －393.5

S Θ

m/（J·mol-1·K-1）112 72.09 213.64

△r H Θ

m= －393.5 +（－548.1）—（－1216）= 274.4 kJ· mol－1

△r S Θ

m= 213.64 + 72.09 —112 = 173.73 J·mol－1·K－1Θ

H＞０；Θ

S＞0 ，低温非自发，高温自发。转化温度T= 73

173

1000

274?

= 1580K

BaCO3+ C = BaO + 2CO

△f H Θ

m/（kJ?mol-1）－1216 0 －548.1 －110.53

S Θ

m/（J·mol-1·K-1）112 5.74 72.09 197.56

△r H Θ

m= 2×(－110.53)+（－548.1）－0 －（－1216）= 446.84（kJ· mol－1）

△r S Θ

m= 2×197.56 + 72.09 - 5.74 – 112 = 349.47.0(J·mol－1·K－1)

转化温度T=

= 47

349

1000

446?

= 1278.6（K）第三章化学反应速率

习题与解答

1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。

（1）每种分子都具有各自特有的活化能。

答：不正确，活化能是活化分子所具有的最低能量与反应物分子平均能量

之差。（前提:发生化学反应；特点:活化能是个差值，是对化学反应而言的。）（2）影响反应速率的几个主要因素对反应速率常数也都有影响。

答：温度和催化剂同时影响反应速率和速率常数；浓度和压强只影响反应速率。

（3）如果某反应速率方程中每一反应物的级数，都与相应化学计量方程式

中的化学计量数相同，则该反应必是元反应。

答：否，例如H2+I2=2HI 速率方程为v=kc（H2）c（I2），

曾经长期被认为是简单反应。但研究表明，此反应经历了两个步骤

①

?（快反应，可逆平衡）；)

(I)

；

)

(I)

=；

②

→

+（慢反应，元反应）；

根据质量作用定律

(I)

)

(H2

ν； [ 将)

(I)

=带入 ]

得到其速率方程：

)

ν= )

)

虽然其速率方程看起来是元反应，但此反应是复杂反应。

（4）加催化剂不仅可以加快反应速率，还可影响平衡，也可使热力学认为

不能进行的反应自发进行.

答：否，加催化剂只改变反应速率，不能影响化学平衡，也不能改变反应方向。

（5）反应级数只能是0或正整数。

答：错，反应级数不仅可以为0或正整数，而且可以为小数或负数。

（6）所有化学反应速率都和温度成正比。

答：不对，多数化学反应符合Arrhenius公式，但是一部分化学反应速率与温度的关系比较复杂，甚至有些反应（例如NO+O2=NO2）与温度成反比。

（7）升高温度可以加快所有化学反应的速率。答：错[见(6)]。

2．选择题（将正确答案的标号填入空格内）

（1）已知反应A + 2B = 2D的速率方程为v=kc（A）c2（B），则该反应（③）

①是元反应②是非元反应

③应由实验确定④无法确定

答：（1）题的正确答案是③。

（2）升高温度可以增加反应速率，主要原因是（②）

①增加分子总数②增加活化分子总数

③降低反应的活化能④使反应向吸热方向进行

答：（2）题的正确答案是②。

（3）链反应的基本步骤有（②），在链传递过程中，产生的自由基数目大于消耗掉的自由基数目的链反应是（④）。

①链的引发，链的传递②链的引发，链的传递，链的终止

③直链反应④支链反应

答：（3）题的正确答案是②和④。

3．用锌和稀硫酸制取氢气，该反应的Δr H为负值，在反应开始后的一段时间内反应速率加快，后来反应速率又变慢，试从浓度、温度等因素来解释此现象。

答：开始时，因为反应放热，使体系温度升高，加快反应了速率；随反应

物的消耗，其浓度下降，反应速率随之变慢。

4．反应 A （g ）+ B （g ）= 2D （g ），Δr H 为负值，当达到化学平衡时，如改变下表中各项条件，试将其他各项发生的变化的情况填入表中：

改变条件

增加A 的分压增加压力降低温度使用催化剂正反应速率

速率常数k 正

答：改变条件

增加A 的分压增加压力降低温度使用催化剂正反应速率

↗ — ↘ ↗ 速率常数k 正 — — ↘ ↗

5．化学反应发生爆炸的原因是什么？H 2和O 2的混合物（2:1）的爆炸半岛图上为什么存在三个爆炸极限？

答。通常发生在自由基产生速率大于其销毁速率时，温度、压力和混合气体的组成都是影响爆炸的重要因素。在爆炸半岛图上，当压力处于第一与第二爆炸极限时，支链反应速率加快，自由基产生速率大于销毁速率而发生爆炸；当压力升至第二和第三爆炸区间时，自由基销毁速率大于产生速率，进入慢速反应区，不发生爆炸；当压力达到第三爆炸限以上时，发生的是热爆炸。

6．在660K 时，反应2NO + O 2 = 2NO 2的有关实验数据如下表

c （NO ）/（mol ·L -1） c （O 2）/（mol ·L -1） v （NO ）/（mol ·L -1·s -1）

0.010 0.010 2.5×10-3

0.010 0.020 5.0×10-3

0.030 0.020 4.5×10-2

求：（1）反应的速率方程及反应级数

（2）速率常数k

（3）c （NO ）= 0.035mol ·L -1，c （O 2）= 0.025mol ·L -1时的反应速率。

解：（1）速率方程通式可写作：)(O (NO)2y x c kc v ?=

将各级浓度及相应反应速率数据代入上式，

可得 2.5×10-3 = k (0.01)x (0.01)y ①

5.0×10-3 = k (0.01)x (0.02)y ②

4.5×10-2 = k (0.03)x (0.02)y ③

由（1）、（2）可得y = 1，由（1）、（3）可得x = 2。将x =2, y = 1代入速率方程，可

得=v k [c （NO ）]2 [c (O 2)]；反应级数为3级

（2）将y =1，x =2代入①②③中任意式，可得 k = 2.5×10 3 ·mol·l -1·s -1

（3）将k 值及浓度数据代入速率方程，

v = 2.5 × 103 × (0.035)2 × 0.025 = 7.6 × 10-2 mol·l -1·s -1

7．放射性Co 60

27所产生的强γ辐射，广泛用于癌症治疗。放射性物质的强度以“居里”

表示。某医院一个20居里的钴源，经一定时间后钴源的剩余量只有5.3居里。问这一钴源已有多少时间了。已知Co 6027的半衰期为5.26a 。解：此反应为一级反应，121132.026.5693.0693.0-===a a k k t ，可得，由

将k = 0.132a -1 、c 0 = 20居里、c t = 5.3居里，代入ln kt c c t -=0，

则ln 203

.5= - 0.132 t ； t = 10.06a

8．某药物分解反应为一级反应，在37℃时，反应速率常数k 为0.46h -

1，

若服用该药0.16g ，

问该药在胃中停留多长时间方可分解90%。

解：将c t = ( 1- 90%) × 0.16 = 0.016g 代入一级反应速率方程为ln kt c c t -=0，，得 ln 16.0016

.0= － 0.46t ； t = 5h

9．在500K 时，硝基甲烷（CH 3NO 2）的半衰期是650s 。试求该一级反应

的（1）速率常数。

（2）硝基甲烷的浓度由0.05mol ·L -1减至0.0125mol ·L -1所需时间。

（3）继（2）之后1h 硝基甲烷的浓度。

解：（1）一级反应； 3211007.1650

693.0693.0-?===

t k （s -1）

（2）c t = 0.0125mol·L - 1, c o = 0.05mol·L 1代入一级反应速率方程，可得 ln =0c c t ln 05.00125

.0= －1.07×103 t ； t = 1300s

（或推论，反应由0.05mol·L -1 减至0.0125mol·L 1经历两个半衰期，因此t = 2×21t =1300s ）

（3）继（2）以后，反应时间为t = 1300 +3600 = 4900（s ），代入速率方程表达式，得ln 05.0t

c = - 1.07×10 - 3×4900 ；

c t = 2.64×10 – 4

10．在稀的蔗糖溶液中（即水大量存在）发生下列反应：

C 12H 22O 11（aq ）+ H 2O （l ） 2C 6H 12O 6（aq ）

该反应为一级反应，若该反应的速率常数k 为0.034h -

1，且蔗糖溶液的起始浓度为0.010

mol ·L -1，

试求：（1）蔗糖水解反应的起始速率；（2）5h 后蔗糖的浓度。

解：（1）该一级反应的速率方程可写作v = k c （C 12H 22O 11）

起始速率v = 0.034 × 0.010 = 3.4×10 - 4mol·L -1·h -1 （2）ln 0c c t = - k t 5034.001.0ln ?-=t c c t = 0.0085 mol·L -1

11．某病人发烧至40℃，使体内某一酶催化反应的速率常数增大为正常体

温（37℃）时的1.23倍。试求该催化反应的活化能。

解：由阿氏公式k = A ·e Ea/RT ，可得

)(ln 211212T T T T R Ea k k -=

将T 1 = 273 + 37 = 310K, T 2 = 273 + 40 = 313K, k 2 = 1.23k 1 代入公式，有 )(ln

211212T T T T R Ea k k -=；

ln )313310310313(10314.823.1311?-?=-Ea k k ∴E a = 55.70 kJ ?mol -1

12．反应2NOCl （g ）= 2NO （g ）+ Cl 2（g ）的活化能为101kJ ·mol -1，

300K 时，速率常数k 1为2.80×10-5 L ·mol -1·s -1，试求400K 时的速率常数k 2。

解：由 )(ln

211212T T T T R Ea k k -=；

有 )400300300400(10314.81011080.2ln 352?-?=?--k ； k 2 = 0.698 L·mol -1·s -1

13；已知青霉素G 的分解反应是一级反应，37℃时其活化能为84.8

kJ ·mol -1，指前因子A 为4.2×1012h -1，试求37℃时该反应的速率常数k 。

解：代入阿氏公式 k = A·e - Ea/RT 得

)37273(10314.8/4.84123104.2+??--?=e k =0.0216 h -1

14．300K 时，下列反应

H 2O 2（aq ）= H 2O （l ）+ （1/2）O 2（g ）

的活化能为75.3kJ ·mol -1。若用I -催化，活化能降为56.5kJ ·mol -1；若用酶

催化，活化能降为25.1kJ ·mol -1。试计算在相同温度下，该反应用I –催化及酶催化时，

其反应速率分别是无催化剂时的多少倍？

解：由Arrhenius 公式，有k = A·e - Ea/RT

用I - 催化时，RT Ea RT Ea e e k k //)

()

1()()1(无无----=30010314.85.563.753??--=e =1.9×103倍有酶催化时，

RT Ea RT Ea e e

k k //)()()()(无酶无酶--=30010341.81

.253.753??--=e =5.5×108倍

第四章溶液及溶液中的离子平衡

习题与解答

1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。

（1）物质的量浓度的优点是与温度无关，而质量摩尔浓度和物质的量分数

与温度有关。

答：否，（体积）物质的量浓度与温度有关，而质量摩尔浓度和物质的量分数浓度都与温度无关。

（2）直链羧酸通式为CH 3(CH 2)n COOH ，当n 值增大时，羧酸在极性溶剂

水中的溶解度变小，而在非极性溶剂如CCl 4中的溶解度将增大。

答：对。

（3）溶液的蒸气压随着溶解的质量的增加而增加。

答：错，溶液的蒸气压随所溶解的难挥发溶质的质量增加而降低，从而引起溶液的沸点上升和凝固点降低。对难挥发、非电解质的稀溶液，其蒸气压下降满足下式

Δp = 质x ?*p

Δp ：蒸气压下降值； K p ：凝固点降低常数，与溶剂的性质有关；

b ：质量摩尔浓度。若溶质是易挥发的，则蒸气压上升。

（4）由于海水和淡水的渗透压不同，所以海水和淡水鱼不能调换生活环

境，否则将会引起鱼体细胞的肿胀和萎缩，使其难以生存。

答：对。

（5）在氢硫酸（H 2S ）中，H +(aq)和S 2-（aq ）浓度之比应为2:1。

答：否，H 2S 溶液中c （H +） >> c （S 2-）, 这是因为氢离子浓度主要来自于一级解离，

而S 2-离子浓度近似等于其二级解离常数，而且K a1 >> K a2。

（6）缓冲溶液是指在一定范围内溶液的pH 不因稀释或外加酸（或碱）而

发生明显改变的溶液。

答：不确切，缓冲溶液是指在一定范围内,溶液的pH 不因稀释、浓缩或外加少量酸（或碱）而发生明显改变的溶液。

2．选择题（将正确答案的标号填入空格内，正确答案可以不止一个）:

（1）通常加热可以使固体在液体中的溶解度增大是由于__①_。

① 固体在液体中溶解多为吸热过程， ② 固体在液体中溶解多为放热过程 ③ 固体的熵值增加 ④ 液体的熵值增加

正确答案为①。

（2）要提高萃取分离的效率，可__③_____。

① 多加萃取剂 ② 升高温度

③ 多次萃取 ④ 降低温

正确答案为③。

（3）在两只烧杯中分别装上纯水和饱和的糖水，并用钟罩将其罩住，将发现_②_③__。 ① 装有纯水的烧杯中的纯水逐渐增加

② 装有纯水的烧杯中的纯水逐渐减少

③ 装有饱和糖水的烧杯中的水逐渐增加

④ 装有饱和糖水的烧杯中的水逐渐减少

正确答案为②和③。

3．试用溶度积规则解释下列事实:

（1） M g(OH)2溶于NH 4Cl 溶液中。

答：NH 4Cl 为强酸弱碱盐，显酸性，可中和部分OH -，[ Mg(OH)2 = Mg 2+ + 2OH -]使Mg(OH)2

的离子积小于溶度积而溶解。

（2） Z nS 能溶于盐酸和稀硫酸，而CuS 却不能溶于盐酸和稀硫酸，但能溶于硝酸中。答：由式

)(H S)(H )(S 22212+-=

c c K K c 可知，c (S 2 - )与溶液中c (H +)2有关，当溶

液中c (H +)增加时，c (S 2—)c 减小，在盐酸和稀硫酸溶液中的c （H +）足以使c (Zn 2+)与c (S 2

—) 的离子积小于ZnS 的溶度积（K spZnS = 1.6×10-24），而K spCuS = 6.3×10-37, 非氧化性酸

不足以使 c (Cu 2+) 与c (S 2—)的离子积小于CuS 的溶度积，只有氧化性酸（HNO 3等）可

以将S 2-氧化，而大大降低c (S 2—) ,使CuS 溶解.

（3） B aSO 4不溶于稀盐酸中。

答：盐酸中的H + 或Cl - 不能与BaSO 4中解离出来的离子（Ba 2+ 或 SO 42—）反应，即

盐酸不能降低溶液中c (Ba 2+) 或c (SO 42—)，所以BaSO 4不溶于稀盐酸。

4．填充题:

（1）热电厂废水排放造成热污染的原因是___热的废水使天然水体的温度升高，溶解氧的浓度降低，厌氧菌和水藻增加，水体质量恶化___。

（2）水中加乙二醇可以防冻的原因是水中溶解溶质后使水的凝固点降低。

（3）氯化钙和五氧化二磷可用作干燥剂的原因是_在它们的表面所形成的溶液的蒸气压显著下降，可不断地吸收水蒸气，使体系中的水分降低。

（4）人体输液用的生理盐水及葡萄糖溶液的浓度不能随意改的原因是 _ 保证所输入的液体与人体血液的渗透压相近或相等__。

5．盐酸含HCl 37.0%(质量分数)，密度为1.19g/cm 3。计算:

（1）盐酸的物质的量浓度(c )。

（2）盐酸的质量摩尔浓度(b B )。

（3） H Cl 和H 2O 的物质的量分数(x 2 和x 1)。解：(1)盐酸的分子量为36.5, c = 5.36%

0.3719.11000?? = 12.06 mol ·L -1

(2) b B = %)0.371(5.36%

0.371000-?? = 16.09 mol ·kg -1

(3) x 2 = 225

.018/%)0.371(5.36/%0.375.36/%0.37=-+；x 1 = 1-x 2 =0.775

6．由于食盐对草地有损伤，因此有人建议用化肥如硝酸铵或硫酸铵代替

食盐来融化人行道旁的冰雪。下列化合物各100g 溶于1kg 水中，问哪一种冰点下降的多？若各0.1mol 溶于1kg 水中，又问哪一种冰点下降的多？

（1） NaCl (2) NH 4NO 3 (3) (NH 4)2SO 4

答:

7． 3.62g 尼古丁溶于73.4g 水中，其凝固点降低了0.563℃。求尼古丁的相对分子质量。

解：由公式B f b K t ?=?可得 b B

= 0.563/ 1.86 = 0.303 mol ·kg -1

尼古丁的分子量为

8.162303.04.73100062.3=??=

8．树干内部树汁上升是渗透压所致.设树汁是浓度为0.20mol ?L -1的溶液,在树汁的半透

膜外部水中非电解质浓度为0.02mol ?L -1.试估计在25℃时,树汁能够上升多高。

解：根据求渗透压公式Π=ΔcRT =(0.20-0.02)×8.314×298 =446kPa ≈48m

9. 25℃时,0.1mol l -1甲胺（CH 3NH 2）溶液的解离为6.9%

CH 3NH 2(aq) + H 2O(l ) = CH 3NH +3(aq) + OH -(aq)

试问:相同浓度的甲胺与氨水哪个碱性强?

解：甲胺中 c (OH - )=c （CH 3NH 2）?α= 0.1 × 6.9% = 0.0069 mol·L -1

0.1mol·l 1氨水中

c (OH - ) =b b C K =1.01074.15??-= 0.00133 mol L -1

结论：相同浓度时，甲胺的碱性更强

10．在1 L 0.1mol L -1 HAc 溶液中,需加入多少克的NaAc ·3H 2O 才能使溶液的pH 为

5.5？（假设NaAc ·3H 2O 的加入不改变HAc 的体积）。解：该系统为缓冲溶液 c （H +）= s a a c c K ；

10-5.5 = 1.74×10 -5 s c 1

.0 ； c s = 0.055 mol ?L -1。

需加醋酸 0.55×136 = 74.8g

11．某一元弱碱（MOH ）的相对分子量为125，在25℃时将1g 此碱溶于0.1 L 水中,

所得溶液的pH 为11.0,求该弱碱的解离常数Θb K 。

解：为弱碱电离体系统，此弱碱的浓度1

b L mol 08.010*********-?=??=

c ， c

08.010/10)(OH 0.1114?===---b b b K c K ，求出=b K 1.25×10 -5。

12．Pb(NO 3)2溶液与BaCl 2溶液混合，设混合液中Pb(NO 3)2的浓度为0.20mol ?L -1，问

(1) 在混合溶液中Cl - 的浓度等于5.0×10-4 mol ?L -1 时，是否有沉淀生成?

(2) 混合溶液中Cl -的浓度多大时，开始生成沉淀?

(3) 混合溶液中Cl -的平衡浓度为6.0×10-2 mol ?L -1时，残留于溶液中的Pb 2+的浓度为多

少?

解：（1）离子积c (Pb 2+)c (Cl -1)2 = 0.2×(5.0×10-4)2 =5×10-8

2PbCl =1.6×10-5 ∴无沉淀；

（2）开始生成沉淀时

c （Cl –） =

]/[Pb 2+b K = 35109.82.0/106.1--?=?；

（3）残留的铅离子浓度 c （Pb 2+）= 2PbCl K / c (Cl –)2 = 1.6×10-5/(6.0×10 –2 ) 2 = 4.44×10 - 3。

第五章氧化还原反应与电化学

习题与解答

1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。

（1）．氧化数就是某元素的一个原子在化合态时的电荷数。答：不确切，氧化数是某元素的一个原子在化合态时的形式电荷数。

（2）．所有参比电极的电极电势皆为零。

答：错，只有氢标准氢电极的电极电势为零，其它不为零。

（3）．因为Δr G m 的值与化学反应计量方程式的写法（即参与反应物质的化学计量数）有关，因此Θ

?也是如此。

答：错，因电极电势的数值反映物种得失电子的倾向，这种性质应当与物

质的量无关，因此与电极反应式的写法无关。对电极反应a 氧化态 + z e - = b 还原态则有a b

z ][][lg 059.0氧化态还原态-=Θ

??；如果电极反应为 na 氧化态 + nze - = nb 还原态，则有

na nb nz ][][lg 059.0氧化态还原态-=Θ

?? = a b z ][][lg 059.0氧化态还原态-Θ?，与上式相同。

而Θ?是指氧化态与还原态都是单位浓度（或标准态压力）时的?，因此与电

极反应方程式写法无关，?也是如此。因Δr G m = J RT G m r ln +Θ?，而∑=B B

m f B m r G G ΘΘ?ν?,，所以Δr G m 与化

学计量数有关，故Θ?m r G 也是如此，与化学反应方程式写法有关。

（4）．插入水中的铁棒，易被腐蚀的部位是水面以下较深部位。

答：错，水面下的接近水线处的铁棒容易被腐蚀。

（5）．凡是电极电势偏离平衡电极电势的现象，都称之为极化现象。

答：对。