大学化学第一章
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第一章 气体和溶液学习要求1. 了解分散系的分类及主要特征。
2. 掌握理想气体状态方程和气体分压定律。
3. 掌握稀溶液的通性及其应用。
4. 掌握胶体的基本概念、结构及其性质等。
5. 了解高分子溶液、乳状液的基本概念和特征。
1.1 气体1.1.1 理想气体状态方程气体是物质存在的一种形态,没有固定的形状和体积,能自发地充满任何容器。
气体的基本特征是它的扩散性和可压缩性。
一定温度下的气体常用其压力或体积进行计量。
在压力不太高(小于101.325 kPa)、温度不太低(大于0 ℃)的情况下,气体分子本身的体积和分子之间的作用力可以忽略,气体的体积、压力和温度之间具有以下关系式:V=RT p n (1-1)式中p 为气体的压力,SI 单位为 Pa ;V 为气体的体积,SI 单位为m 3;n 为物质的量,SI 单位为mol ;T 为气体的热力学温度,SI 单位为K ;R 为摩尔气体常数。
式(1-1)称为理想气体状态方程。
在标准状况(p = 101.325 Pa ,T = 273.15 K)下,1 mol 气体的体积为 22.414 m 3,代入式(1-1)可以确定R 的数值及单位:333V 101.32510 Pa 22.41410 m R T1 mol 27315 Kp n .-⨯⨯⨯==⨯3118.314 Pa m mol K --=⋅⋅⋅11= 8.314 J mol K --⋅⋅ (31 Pa m = 1 J ⋅)例1-1 某氮气钢瓶容积为40.0 L ,25 ℃时,压力为250 kPa ,计算钢瓶中氮气的质量。
解:根据式(1-1)333311V 25010Pa 4010m RT8.314Pa m mol K 298.15Kp n ---⨯⨯⨯==⋅⋅⋅⨯4.0mol =N 2的摩尔质量为28.0 g · mol -1,钢瓶中N 2的质量为:4.0 mol × 28.0 g · mol -1 = 112 g 。
第一章化学反应的基本原理1.某乙醇溶液的质量为196.07g,其中H2O为180g,求所含C2H5OH物质的量。
解:由题意可知:n(C2H5OH)=m/M=(196.07-180)/46=0.35mol2.已知化学反应方程式:CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g),求1t含95%碳酸钙的石灰石在完全分解时最多能得到氧化钙和二氧化碳各多少千克?解:由题意可知:m(CaO)=(56×1000×95%)/100=532kgm(CO2)=( 44×1000×95%)/100=418kg3.已知铝氧化反应方程式:4Al(s)+3 O2(g)=2Al2O3(s),试问:当反应过程中消耗掉2molAl时,该反应的反应进度为多少?分别用Al,O2,Al2O3进行计算。
解:由题意可知:4Al(s)+3 O2(g)=2Al2O3(s)ξ(Al)=Δn(Al)/ν(Al)=(-2mol)/(-4)=0.5molξ(O2)= Δn(O2)/ν(O2)=(-1.5mol)/(-3)=0.5molξ(Al2O3)= Δn(Al2O3)/ν(Al2O3)=1mol/2=0.5mol4.水分解反应方程式:H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g),反应进度ξ=3mol时,问消耗掉多少H2O,生成了多少O2?解:H2O(l)=H2(g)+1/2O2(g), ξ=3molΔn(H2O)= ξ×ν(H2O)= (-1) ×3mol=-3molΔn (O2)= ξ×ν(H2O)= (1/2) ×3mol=1.5mol5.甲烷是天然气的主要成分,试利用标准生成焓的数据,计算甲烷完全燃烧时反应的标准焓变Δr H mθ(298.15K)。
1molCH4完全燃烧时能释放多少热能?解:由题意可知:CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l)Δf H mθ/ kJ·mol-1 -74.85 0 -393.50 -241.82Δr H mθ(298.15K)={Δf H mθ(CO2)+2Δf H mθ(H2O)-Δf H mθ(CH4)-2Δf H mθ(O2)}=-802.29kJ·mol-16.已知N2H4(l)和N2O4(g)在298.15K时的标准摩尔生成焓分别为50.63kJ·mol-1.和9.66kJ·mol-1。
第一章 习题选解
3. 20℃时某地空气中水的实际蒸汽压为
1.001KPa 。
此时的相对湿度是多少?若温度降低到10℃,相对湿度又如何变化?
解:设水蒸气服从PV=nRT ,其他因素不变时,P 正比于绝对温度T ,故10℃时:
P H2O 实际= 1.001×2
.2932.283=0.9669(KPa ) 查表1-1(P10)知,P H2O ,饱和是2.339 KPa (20℃)和1.228 KPa (10℃) 按相对湿度=饱和实际
,O H O H P P 22,计算,此地空气的相对湿度分别是42.80%(20℃)和78.74%
(10℃),温度降低至10℃,其值增大为20℃值的
80.4274.78=1.840(倍) 4. 比较并简述原因
(1)不同浓度蔗糖溶液的凝固点高低;
解:b/mol·Kg -1 0.1 0.2 0.5
/b K t f f ⋅=∆℃ 小 大 更大
/0f f t t ∆-=℃ 高 低 更低
(2)同浓度不同溶质水溶液的凝固点高低;
解:溶质 微粒b/mol·kg -1 /f t ∆℃ /f t ℃
C 6H 12O 6 0.1 小 高
NaCl=Na ++Cl - 0.2 大 低
Na 2SO 4=2Na ++SO 42- 0.3 更大 更低
(3)不同浓度Na 2SO 4溶液的渗透压高低。
解:Na 2SO 4⎩⎨⎧∙≈⋅-KPa RT b p kg m ol b //1
渗
低1.0 高2.0 更高5
.0
5. 比较并说明理由:
解:(1) BaCl 2 FeCl 2 AlCl 3 CCl 4 晶体类型 离子 过渡型(偏离子) 过渡型(偏分子) 分子
熔 点 由高到低
(2) SiO 2 BaO CO 2 晶体类型 原子 离子 分子
硬 度 由大到小
(3) MgO CaO CaF 2 CaCl 2
离子键强度 由强到弱
熔 点 由高到低
(4) SiC SiBr 4 SiF 4 晶体类型 原子 分子 分子
结合力 共价键 色散力较强 色散力,较弱
熔 点 由高到低
(5) 液态HF 、HCl 、HBr 、HI 靠分子间力(主要是色散力)凝聚,从左到右因分子体积增大,色散力增强,故沸点升高。
例外的是HF (l )因形成大量分子间氢键,从而使其沸点升至最高。
8. 不同1 mol·Kg -1 溶液的冰点下降:
NaCl NH 4NO 3 (NH 4)2SO 4
微粒b/mol·kg -1 2 2 3
/f t ∆℃ 少 少 多
故用(NH 4)2SO 4代替NaCl ,既可以提高其融冰雪的效率,又可以为草地施肥。
第一章 补充习题1-1
1. 已知H 2SO 4(Mr=98.07 )的质量为147g ,求n (H 2SO 4)和n (2
1H 2SO 4)。
解:n (H 2SO 4)=07
.98147=1.50(mol ) n (2
1H 2SO 4)=2×1.50=3.00(mol ) 2. 已知80% H 2SO 4溶液的密度是1.74g/cm -3,求C (H 2SO 4)和C (2
1H 2SO 4)。
解:C (H 2SO 4)=1
07.98%80100074.1⨯⨯⨯≈14(mol ·L -1) C (2
1H 2SO 4)=2×14=28(mol ·L -1) 3. 50.0g 水中溶有2.00g 甲醇(CH 3OH ,Mr=32.04),求甲醇的质量摩尔浓度。
解:b (CH 3OH )=04.3200.20
.501000⨯=1.25(mol·kg -1) 4. 500g 溶液中含有50gNaCl ,溶液的密度为1.071g ·cm -3,求C (NaCl ),b (NaCl )和x (NaCl )。
NaCl 的Mr=58.44。
解:n (NaCl )=44
.5850=0.86 n (H 2O )=015
.18450=25.0 n (NaCl )+ n (H 2O )≈25.9
∴ x (NaCl )=9
.2586.0=0.033 b (NaCl )=0.86×450
1000=1.9(mol·kg -1) V 液=071
.1500=467 ∴ C (NaCl )=0.86×467
1000=1.8(mol ·L -1) 5. 怎样用FeCl 3·6H 2O (Mr=270.30)配制1.5kg35%的FeCl 3溶液,溶质的摩尔分数是多少?
解:FeCl 3的Mr=270.30-18.015×6=162.21
FeCl 3·6H 2O 的m=1.5×35%×21
.16230.270=0.87(kg ) 加水量m A =1.5-0.87=0.6(kg )
用尽可能少的盐酸溶解0.87kg FeCl 3·6H 2O ,再加0.6kg 水混匀。
n (FeCl 3)=21
.162%3510005.1⨯⨯=3.2(mol ) n (H 2O )=015
.18%6510005.1⨯⨯=54(mol ) ∴x (FeCl 3)=2
.572.3=0.056
小测验(一)
1. 已知:(1)Zn (s )+2
1O 2(g )=ZnO (s ) θrHm ∆= –348.28mol kJ ⋅-1 (2)Hg (l )+2
1 O 2(g )=HgO (s )θrHm ∆= –90.83mol kJ ⋅-1 求(3)Zn (s )+ HgO (s )= ZnO (s )+ Hg (l )的θ
3rHm ∆
解: (3)式=(1)式–(2)式
∴θ3rHm ∆=(–348.28)–(–90.83)= –257.45(mol kJ ⋅-1) 2. 0℃时,水和三块浮冰组成的系统中有几相?(2相)①撒上一把盐,使其全溶,维持0℃,会有什么现象发生?最后有几相?(冰全熔;1相)②滴加AgNO 3溶液,有何现象?系统有几相?(白色AgCl 沉淀;2相)③又加入一些CCl 4(l ),系统有几相?(沉入底部分层,3相)
补充习题1—2
1. 汽车发动机水箱中加入8.0dm 3乙二醇(密度是1.083-⋅cm g ,Mr=6
2.067)和32 dm 3水,求此溶液的凝固点。
解:0-f t =1.86×32
1067.6208.110000.8⨯⨯⨯=8.1 ∴f t =-8.1(℃)
2. 海水中盐的总浓度约为0.60 mol·L -1(即
3.5%),若均以主要成分NaCl 计,试估算海水开始结冰的温度和沸腾的温度,以及在25℃时用反渗透法提取纯水所需的最低压力(设C≈6).
解:⎩⎨⎧=⨯⨯=-=⨯⨯=-61
.0260.0512.01002.2260.086.10b f t t )(61.100)(2.2C t C t b f =-= P 渗=0.60×2×8.314×298.15=3.0×103(Kpa )=3.0(Mpa )
3. 血红素1.0g 溶于100ml 水中,20℃时渗透压为366Pa ,计算血红素的相对分子质量。
解:366×10-3=15.293314.8100.00.1⨯⨯⨯M
∴血红素的Mr=6.7×104。