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天津大学无机化学第五版习题答案解析

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第1章 化学反应中的质量关系和能量关系 习题参考答案

1.解:1.00吨氨气可制取2.47吨硝酸。 2.解:氯气质量为2.9×10g。 3.解:一瓶氧气可用天数 4.解:T?pVMpV? nRmR3

= 318 K ?44.9℃ 5.解:根据道尔顿分压定律

p(N2) = 7.6?104 Pa p(O2) = 2.0?104 Pa p(Ar) =1?103 Pa

6.解:(1)n(CO2)? 0.114mol; p(CO2)? 2.87 ? 104 Pa

(2)p(N2)?p?p(O2)?p(CO2)?3.79?104Pa n(O2)p(CO2)2.67?104Pa (3)???0.286

np9.33?104Pa7.解:(1)p(H2) =95.43 kPa (2)m(H2) =

pVM = 0.194 g RT8.解:(1)? = 5.0 mol

(2)? = 2.5 mol

结论: 反应进度(?)的值与选用反应式中的哪个物质的量的变化来进行计算无关,但与反应式的写法有关。

9.解:?U = Qp ? p?V = 0.771 kJ 10.解: (1)V1 = 38.3?10 m= 38.3L

(2) T2 =

-3

3

pV2= 320 K nR(3)?W = ? (?p?V) = ?502 J (4) ?U = Q + W = -758 J (5) ?H = Qp = -1260 J

11.解:NH3(g) +

153?298.15K??NO(g) + H2O(g) ?rHm= ? 226.2 kJ·mol? O2(g) ???标准态4212.解:?rHm= Qp = ?89.5 kJ ?rUm= ?rHm? ?nRT

= ?96.9 kJ

13.解:(1)C (s) + O2 (g) → CO2 (g)

?rHm = ?fHm(CO2, g) = ?393.509 kJ·mol?

1

??11CO2(g) + C(s) → CO(g) 221文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

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1??rHm = 86.229 kJ·mol?

CO(g) +

?1Fe2O3(s) → 2Fe(s) + CO2(g)

331

?rHm = ?8.3 kJ·mol?

各反应?rHm之和?rHm= ?315.6 kJ·mol?。

1

?? (2)总反应方程式为

3132C(s) + O2(g) + Fe2O3(s) → CO2(g) + Fe(s) 23231??rHm = ?315.5 kJ·mol?

由上看出:(1)与(2)计算结果基本相等。所以可得出如下结论:反应的热效应只与反应的始、终态有关,而与反应的途径无关。

14.解:?rHm(3)=?rHm(2)×3-?rHm(1)×2=?1266.47 kJ·mol?

1

??????15.解:(1)Qp =?rHm== 4?fHm(Al2O3, s) -3?fHm(Fe3O4, s) =?3347.6 kJ·mol?

1

(2)Q = ?4141 kJ·mol?

????rHm?rHm?rHm16.解:(1) =151.1 kJ·mol?(2) = ?905.47 kJ·mol?(3) =?71.7 kJ·mol?

1

1

1

1

?????17.解:?rHm=2?fHm(AgCl, s)+?fHm(H2O, l)??fHm(Ag2O, s)?2?fHm(HCl, g) ? ?fHm(AgCl, s) = ?127.3 kJ·mol?

1

18.解:CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)

???? ?rHm = ?fHm(CO2, g) + 2?fHm(H2O, l) ??fHm(CH4, g)

= ?890.36 kJ·mo ? Qp = ?3.69?10kJ

第2章 化学反应的方向、速率和限度 习题参考答案

??1.解:?rHm = ?3347.6 kJ·mol?;?rSm = ?216.64 J·mol?·K?;?rGm = ?3283.0

1

1

1

4

1

?kJ·mol?< 0

该反应在298.15K及标准态下可自发向右进行。

?2.解: ?rGm = 113.4 kJ·mol? > 0

1

1

该反应在常温(298.15 K)、标准态下不能自发进行。

?? (2)?rHm = 146.0 kJ·mol?;?rSm = 110.45 J·mol?·K?;?rGm = 68.7 kJ·mol? >

1

1

1

1

?0

该反应在700 K、标准态下不能自发进行。

??3.解:?rHm = ?70.81 kJ·mol? ;?rSm = ?43.2 J·mol?·K?;?rGm = ?43.9 kJ·mol?

1

1

1

1

? (2)由以上计算可知:

?? ?rHm(298.15 K) = ?70.81 kJ·mol?;?rSm(298.15 K) = ?43.2 J·mol?·K?

1

1

1

?? ?rGm = ?rHm ? T ·?rSm ≤ 0

?2文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

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??rHm(298.15 K)??rSm(298.15 K) T ≥ = 1639 K

3c (CO) ? c (H2) ?p (CO) ? p (H2) ?4.解:(1)Kc = Kp =

p (CH) p (HO)c (CH4) c (H2O)423 K?

?p (CO) / p?? p (H) / p ? =

?p (CH)/p?? p (HO) / p???32??42 (2)Kc =

?c (N2)?? c (H2) ?c (NH3) 12 32 Kp =

2)/??p (N2)?? p (H2) ?p (NH3) 12 32

K? =

?p (N2)/1?2p ?? p (Hp ??32p (NH3) /p

(3)Kc =c (CO2) Kp =p (CO2) K? =p (CO2)/p? (4)Kc = K?

? c (H2O) ? ? c (H2) ?33 Kp =

? p (H2O) ? ? p (H2) ?33

?=

? p (H p (H2O)/p? 2)/p?? ?33

??5.解:设?rHm、?rSm基本上不随温度变化。

????rGm = ?rHm ? T ·?rSm

1??rGm(298.15 K) = ?233.60 kJ·mol? 1??rGm(298.15 K) = ?243.03 kJ·mol?

lgK?(298.15 K) = 40.92, 故 K?(298.15 K) = 8.3?1040 lgK?(373.15 K) = 34.02,故 K?(373.15 K) = 1.0?1034

??6.解:(1) ?rGm=2?fGm(NH3, g) = ?32.90 kJ·mol? <0

1

该反应在298.15 K、标准态下能自发进行。

(2) lgK?(298.15 K) = 5.76, K?(298.15 K) = 5.8?10

5

??7. 解:(1) ?rGm(l) = 2?fGm(NO, g) = 173.1 kJ·mol?

1

lg?K1=

???fGm(1)31? = ?30.32, 故 K1= 4.8?10?

2.303 RT1

??(2)?rGm(2) = 2?fGm(N2O, g) =208.4 kJ·mol?

lg?K2=

???fGm(2)37? = ?36.50, 故 K2= 3.2?10?

2.303 RT1

??(3)?rGm(3) = 2?fGm(NH3, g) = ?32.90 kJ·mol?

5??lgK3= 5.76, 故 K3= 5.8?10

由以上计算看出:选择合成氨固氮反应最好。

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????8.解:?rGm = ?fGm(CO2, g) ? ?fGm(CO, g)? ?fGm(NO, g)

= ?343.94 kJ·mol?< 0,所以该反应从理论上讲是可行的。

??9.解: ?rHm(298.15 K) = ?fHm(NO, g) = 90.25 kJ·mol?

1

1

? ?rSm(298.15 K) = 12.39 J·mol?·K?

1

1

??? ?rGm(1573.15K)≈?rHm(298.15 K) ?1573.15?rSm(298.15 K)

= 70759 J ·mol?

lgK?(1573.15 K) = ?2.349, K?(1573.15 K) = 4.48?10?

3

1

10. 解: H2(g) + I2(g) 2HI(g)

平衡分压/kPa 2905.74 ?χ 2905.74 ?χ 2χ

(2x)2= 55.3

(2905.74?x)2χ= 2290.12

p (HI) = 2χkPa = 4580.24 kPa

RT55

11.解:p (CO) = 1.01?10 Pa, p (H2O) = 2.02?10 Pa

p (CO2) = 1.01?10 Pa, p (H2) = 0.34?10 Pa

CO(g) + H2O(g) ? CO2(g) + H2(g)

起始分压/10 Pa 1.01 2.02 1.01 0.34 J = 0.168, Kp= 1>0.168 = J,故反应正向进行。 12.解:(1) NH4HS(s) ? NH3(g) + H2S(g)

平衡分压/kPa x x

K?=p (NH3) / p? p (H2S) / p? = 0.070 则 x= 0.26?100 kPa = 26 kPa 平衡时该气体混合物的总压为52 kPa

(2)T不变,K?不变。

NH4HS(s) ? NH3(g) + H2S(g)

平衡分压/kPa 25.3+y y

5

5

5

n =

pV = 3.15 mol

????K?=(25.3 ? y) / p? y / p? = 0.070

????y= 17 kPa

13.解:(1) PCl5(g) ? PCl3(g) + Cl2(g)

0.70?0.500.500.50

2.02.02.0c(PCl3)c(Cl2)1

Kc = = 0.62mol· L?, ?(PCl5) = 71%

c(PCl5 )平衡浓度/(mol·L?)

1

PCl5(g) ? PCl3(g) + Cl2(g)

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平衡分压 0.20

K

?

?p (PCl=

3)/?p (PClp? p (Cl2 )/p? 5) /??RTRTRT 0.5 0.5 VVVp???

= 27.2

(2) PCl5(g) ? PCl3(g) + Cl2(g) 新平衡浓度/(mol·L?) 0.10 + y 0.25 ?y 0.25 +

1

0.10?y 2Kc=

(0.25?y)(0.30?y)11

mol·L? = 0.62mol· L? (T不变,Kc不变)

(0.10?y)1

y=0.01 mol·L?,?(PCl5) = 68%

(3) PCl5(g) ? PCl3(g) + Cl2(g)

平衡浓度/(mol·L?) 0.35?z z 0.050 +z

1

(0.050?z)z1

= 0.62 mol·L?

0.35?z1

z= 0.24 mol·L?,?(PCl5) = 68%

比较(2)、(3)结果,说明最终浓度及转化率只与始、终态有关,与加入过程无关。

Kc=

14.解: N2(g) + 3H2(g) ? 2NH3(g) 平衡浓度/(mol·L?) 1.0 0.50 0.50

1

?c(NH3)?2Kc= 3c(N2)?c(H2)? L?1)?2 =2.0(mol ·1

若使N2的平衡浓度增加到1.2mol· L?,设需从容器中取走x摩尔的H2。 N2(g) + 3H2(g)

1

2NH3(g)

新平衡浓度/(mol·L?) 1.2 0.50+(3?0.2) ?x 0.50?2?0.20

(0.50?2?0.20)2?1?2?1?2(mol · L)2.0(mol · L) =Kc=31.2?(0.50?3?02?x) x=0.94

15. 解:(1)α(CO)=61.5%;(2)α(CO)=86.5%; (3)说明增加反应物中某一物质浓度可提高另一物质的转化率;增加反应物浓度,平衡向生成物方向移动。 16.解: 2NO(g) + O2(g)

2NO2(g)

平衡分压/kPa 101?79.2 = 21.8 286 ? 79.2/2 = 246 79.2

K?(673K)=

?p(NO)/p??p(O?2?p(NO?2)/p?22)/p??= 5.36

1

??= ?2.303RTlgK?,?rGm(673 K) = ? 9.39 kJ·mol? ?rGm?17.解: ?rGm(298.15 K) = ?95278.54 J·mol?

1

???(298.15 K) = ?rHm(298.15 K) ? 298.15 K·?rSm(298.15 K) ?rGm5文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

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