浙江大学工程化学基础（第二版）练习题参考答案

浙江大学<<工程化学基础（第二版）>>练习题参考答案 浙江大学<<工程化学基础（第二版）>>练习题参考答案 第一章 绪 论 练习题（p.9） 1. （1）×； （2）√； （3）×； （4）√。 2. （1）C、D；（2）C；（3）B。 3. 反应进度；ξ； mol。 4. 两相（不计空气）；食盐溶解，冰熔化，为一相；出现AgCl，二相；液相分层，共三相。 5. 两种聚集状态，五个相：Fe（固态，固相1），FeO（固态，固相2），Fe2O3（固态，固相3），Fe3O4（固态，固相4），H2O（g）和H2（g）（同属气态，一个气相5） 6. n =（216.5 －180）g / (36.5g · mol-1) = 1.0 mol 7. 设最多能得到x千克的CaO和y千克的 CO2，根据化学反应方程式： CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) 摩尔质量/g·mol-1 100.09 56.08 44.01 物质的量/mol 因为n(CaCO3)=n(CaO)=n(CO2) 即 = = 得 x =m(CaO) =532.38kg y =m(CO2) =417.72kg 分解时最多能得到532.28kg的CaO和417.72kg的CO2。 8. 化学反应方程式为3/2H2+1/2N2 = NH3时： 化学反应方程式为3H2+ N2 = 2NH3时： 当反应过程中消耗掉2mol N2时，化学反应方程式写成3/2H2+1/2N2 = NH3，该反应的反应进度为4 mol；化学方程式改成3H2+ N2 = 2NH3，该反应的反应进度为2 mol。 9. Δn（H2）=ξ×ν（H2）=0.5 mol×(－2)=－1 mol Δn（H2O）=ξ×ν（H2O）=0.5 mol×2=1 mol 消耗掉1 molH2，生成1 molH2O。 第二章 物质的化学组成和聚集状态 §2.1 物质的化学组成 练习题(p.23) 1． 化学式或名称 名称或化学式 配位中心 配位体 配位原子 配位数 K[Pt(NH3)C13] 三氯一氨合铂(Ⅱ)酸钾 Pt(Ⅱ) NH3,Cl N,Cl 4 Na2[Zn(OH)4] 四羟合锌(Ⅱ)酸钠 Zn(Ⅱ) OH O 4 Ni(en)3]SO4 硫酸三乙二胺合镍(Ⅱ) Ni(Ⅱ) H2NCH2CH2NH2 (en) N 6 [Co(NH3)5Cl]C12 二氯化一氯五氨合钴(Ⅲ) Co(Ⅲ) NH3,Cl N,Cl 6 Na2[CaY] 乙二胺四乙酸合钙(Ⅱ)酸钠 Ca(Ⅱ) (-OOCCH2)2NCH2- CH2N(CH2COO-)2 (EDTA或Y4-)－ N,O 6 Ni(CO)4 四羰合镍(0) Ni(0) CO O 4 氯化二氨合银(I) [Ag(NH3)2]C1 Ag(I) NH3 N 2 六氰合铁(Ⅱ)酸钾 K4[Fe(CN)6] Fe(Ⅱ) CN N 6 其中，螯合物有：（3）[Ni(en)3]SO4和（5） Na2[CaY] 2．答：金刚石、石墨和碳团簇都是碳的同素异形体。金刚石的C原子之间通过共价键形成原子晶体，是天然产物中硬度最大、熔点最高(3550℃)、不导电的贵重 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ；石墨晶体中同层粒子间以共价键结合，平面结构的层与层之间则以分子间力结合。由于层间的结合力较弱，容易滑动，所以有导电性和滑动性, 用于铅笔芯、润滑材料、电极材料。碳团簇, 如C60, 是由60个碳原子以20个六边形和12个五边形相间组成的32面体球形分子，形如足球，具有类似“烯烃”的某些反应性能，也称“足球烯”，球碳团簇及其衍生物在超导电性、半导体、非线性光学等方面具有奇异性能。碳纳米管是一种由单层或多层石墨卷成的纳米微管，多层碳管各层之间的间隔为石墨的层间距。碳管两头可以是空的，也可被半个C60或更大的球碳所封闭。碳纳米管可以是不同禁带宽度的半导体，可以用于未来电子工业制造电子器件和超薄导线，使电子芯片集成度更高，体积更小, 也是制备高强度轻质材料的理想组元。 3． Sn1－xCnxO2 ，存在于黑漆古铜镜中，是表层耐磨物质； Y2O2S:Eu3+ ，可用作彩色电视的发光材料； GaAs1-xPx，制备发光二极管的材料。 （另外还可以举出许多例子） 4．聚苯乙烯 中的链节、重复单元都是 ，聚合度是n。 聚酰胺—610 有两个链节： ，两个链节组成一个重复单元, 聚酰胺的聚合度是2n。 【注意】高分子化合物的重复单元可以包含不同的链节，聚合度以链节数来计量。特别注意，在聚酰胺化学式中，名称后的第一个数字指二元胺的碳原子数，第二个数字指二元酸的碳原子数，所以聚酰胺—610是由己二胺和癸二酸为单体缩聚而得的。 5． 名称 化学式 类型 聚丙烯 碳链高分子 聚丙烯腈 碳链高分子 尼龙—66 杂链高分子 聚二甲基硅氧烷 元素有机高分子 6． 高分子名称 单体化学式 命名 聚乙烯 CH2＝CH2 乙烯 聚丙烯 CH3CH＝CH2 丙烯 聚氯乙烯 ClCH＝CH2 氯乙烯 聚苯乙烯 苯乙烯 聚四氟乙烯 CF2＝CF2 四氟乙烯 聚异戊二烯 CH2＝C—CH＝CH2 CH3 2-甲基-1，3-丁二烯 （异戊二烯） 聚酰胺 H2N(CH2)6NH2 HOOC(CH2)4COOH 己二胺 己二酸 NH(CH2)5C=O 己内酰胺 聚甲基丙烯酸甲酯 CH2＝C—COOCH3 CH3 2-甲基-丙烯酸甲酯 聚环氧乙烷 CH2—CH2 O 环氧乙烷 聚丙烯腈 CH2＝CHCN 丙烯腈 聚丙烯酰胺 丙烯酰胺 聚对苯二甲酸乙二(醇)酯 HO CH2 CH2OH 1，4-苯二甲酸（对苯二甲酸） 乙二醇 酚醛树脂 ，HCHO 苯酚 甲醛 聚二甲基硅氧烷 二甲基二羟基硅烷 ABS CH2＝CHCN，CH2＝CH—CH＝CH2， 丙烯腈，1，3-丁二烯，苯乙烯 7．答：蛋白质分子是一条或多条多肽链构成的生物大分子，多肽链由氨基酸通过肽键（酰胺键，—CO—NH—）共价连接而成，相对分子质量可从一万到数百万。各种多肽链都有自己特定的氨基酸顺序，人体蛋白质由20种氨基酸组成，除脯氨酸外，其它19种均是α-氨基酸，结构通式为R—CH(NH2)COOH，R是每种氨基酸的特征基团。蛋白质有不同层次的结构，分为一级、二级、三级和四级结构。多肽链中氨基酸的数目、种类和连接顺序称为蛋白质的一级结构；多肽链中若干肽段在空间的伸张方式，如α-螺旋、β-折叠等称二级结构；多肽链在二级结构基础上，依靠基团相互作用进一步卷曲、折叠而成的更复杂的三维空间结构称三级结构；两条或两条以上具有三级结构的多肽链按特定方式结合而成的聚合体称四级结构。一级结构又称为基本结构，二级结构以上属高级结构。通常只有那些具有高级结构的蛋白质才有生物活性。 脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)由磷酸、脱氧核糖或核糖、有机碱组成，有机碱分别为腺嘌呤（Adenine），鸟嘌呤（Guanine），胞嘧啶（Cytosine），胸腺嘧啶（Thymine）和尿嘧啶（Uracil），简称A，G，C，T，U。它们的基本结构单元是单核苷酸，单核苷酸通过3’，5’-磷酸二酯键互相连接形成多核苷酸链。DNA和RNA结构之间的主要区别在戊醛糖和嘧啶碱上。核酸与蛋白质一样，也有特殊的空间结构，DNA通过碱基互补配对原则形成双螺旋结构。 DNA和RNA的基本化学组成 组成 DNA RNA 酸 H3PO4 H3PO4 戊 醛 糖 脱氧核糖 核糖 有 机 碱 嘌呤碱 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 嘧啶碱 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U） 单 核 苷 酸 3’－腺嘌呤脱氧核苷酸 5’－胸腺嘧啶脱氧核苷酸 3’－ 鸟嘌呤核苷酸 5’－ 尿嘧啶核苷酸 8．（1）金属有机，C—O，C—O，化学气相沉积。（2）DNA，RNA，蛋白质。 §2.2 固 体 练 习 题 （p.32） 1．（1）B，F。 （2）D。（3）C、D、E、F，D、F。（4）A。 2．熔点高低为：MgO>CaO>CaF2>CaCl2。因为电荷之间作用力为f = k(Q+Q－)/(r++r－)2，典型离子晶体的熔点与其作用力有相同的变化规律，其中以Q+、Q－为主，r+、r－为参考。 3．熔点高低为：SiC>SiBr4>SiF4。因为粒子间作用力大小与晶体的熔点高低规律一致，SiC是原子晶体，SiF4和SiBr4为分子晶体，原子晶体以共价键结合，分子晶体以分子间力结合，共价键作用强于分子间力。在同为分子晶体的SiF4和SiBr4中，SiBr4的相对分子质量大于SiF4，前者分子间力大于后者。 4．因为钠卤化物是离子晶体，而所列硅卤化物均为分子晶体。离子晶体以离子键结合，离子间作用力大，而分子晶体以分子间力结合，分子间力较离子键弱，所以硅卤化物的熔点总比钠卤化物的低。离子键强弱随电荷数增大而增强，而分子间力随相对分子量的增大而增强，所以两者间变化规律不一致。 5．(1) 熔点由高到低为：BaCl2>FeCl2>AlCl3>CCl4。因为BaCl2为典型的离子晶体，熔点较高；FeCl2和AlCl3同为过渡型晶体，高价态的倾向于形成共价键为主的分子晶体，熔点、沸点较低；低价态的倾向于形成以离子键为主的离子晶体，熔点、沸点较高。正离子价态越高，吸引负离子的电子云的能力越强；负离子的半径越大，其电子云越易被正离子吸引过去。结果减弱了正、负离子间作用力。故AlCl3比FeCl3更偏向于分子晶体，熔点更低；CCl4则为典型的分子晶体，熔点更低。 (2) 硬度从大到小为：SiO2>BaO>CO2。因为SiO2是原子晶体，硬度最大；BaO是典型的离子晶体，硬度较大；CO2为典型的分子晶体，硬度最小。 6．耐高温金属：W(钨，熔点3410℃)，Re(铼，熔点3180℃) 。W和Re用于测高温的热电偶材料。 易熔金属：Hg(汞，熔点－38.87℃)，用于测体温的温度计。Sn(锡，熔点231.9℃)，用于制作自动灭火设备、锅炉安全装置、信号仪器(表)、电路中的保险丝等的合金材料。 7．非晶态线型高分子聚合物在不同温度下可以呈现出玻璃态、高弹态和粘流态等三种不同的物理状态。低温时处于玻璃态，此时不仅高分子的整个分子链不能运动，连个别的链节也不能运动，变得如同玻璃体一般坚硬。当温度升高到一定程度时，高分子的整个链还不能运动，但其中的链节已可以自由运动了，此时在外力作用下所产生的形变可能达到一个很大的数值，表现出很高的弹性，称为高弹态。当温度继续升高，使整条分子链可以自由运动，成为流动的粘液，此时称为粘流态。 由玻璃态向高弹态转变的温度叫做玻璃化温度（Tg）。由高弹态向粘流态转变的温度叫做粘流化温度（Tf）。塑料的Tg高于室温，橡胶的Tg低于室温。作为塑料，要求在室温下能保持固定的形状，因此Tg越高越好。作为橡胶，要求能够保持高度的弹性，因此Tg越低越好。Tf是高分子化合物成型加工的下限温度。温度高，流动性大，便于注塑、浇塑和吹塑等加工。但Tf过高可能引起分解，高分子化合物的分解温度是成型加工的上限温度。对高分子材料的加工来说，Tf越低越好；对耐热性来说，Tf越高越好。Tg与Tf差值越大，橡胶的耐寒、耐热性也越好，其应用温度范围越宽。 8．（1）基于橡皮室温下处于高弹态这一力学特征。室温下橡皮塞处于高弹态，在外力作用下能产生形变，表现出很高的弹性，故可以密封容器口使其不漏气。 （2）基于BaCl2的高温稳定性。BaCl2是典型的离子晶体，熔点高，稳定性较好，不易受热分解，其熔融态可用作高温时某些金属的加热或恒温介质，即盐浴剂，使该经高温处理的金属慢慢冷却保持晶形。 （3）基于金属有机化合物中化学键的不同稳定性。过渡金属有机化合物中，M—C键不是典型的离子键，键能一般小于C—C键，容易在M—C处断裂，用于化学气相沉积（CVD），能沉积成高附着性的金属膜，致密的金属膜附着在玻璃上制得镜子。 §2.3 液体和液晶 练 习 题(p.44) 1．（1）饱和，方向，降低，氢，氧 （2）1千克溶剂 （3） ，-SO3-，—C17H35，－O－(CH2－CH2－O)－，R — —，油包水型乳状液 （4）8，润湿剂；16-18，洗涤剂、增溶剂。 （5）热致液晶，溶致液晶 2． (1) pH大小：10℃时>20℃时>50℃时，因为pH=－1g[c(H+)／cθ]，Kwθ=[c(H+)／cθ]·[c (OH－)／cθ]，Kwθ随温度升高而升高，故c(H+)随温度升高而升高，pH随温度升高而减小。 (2) 电导率大小：10℃时<20℃时<50℃时，因为KW 随温度升高，电离出来的OH－、H+都增加，所以电导率增大。 (3) 凝固点高低：0.1molkg－1>0.2molkg－1>0.5molkg－1，因为 ， 表示溶液的凝固点下降值， 、 分别表示纯溶剂和溶液的凝固点； 是溶质的质量摩尔浓度，单位为mol·kg-1， 为凝固点下降常数，取决于纯溶剂的特性而与溶质特性无关。 (4) 凝固点高低：C6H12O6的>NaCl的>Na2SO4的， 因为C6H12O6是非电解质，NaCl 和Na2SO4是强电解质，在水溶液中电离出的离子数不同，0.1 mol·kg-l NaCl和0.1 mol·kg-l Na2SO4溶液的实际质点的质量摩尔浓度分别为0.2mol·kg-l和0.3mol·kg-l，根据凝固点下降公式，凝固点随质点数的增加而降低。 (5) 渗透压高低：0.1molkg－1<0.2molkg－1<0.5molkg－1，因为 =cRT，浓度增大，渗透压也增大。 3．(1) 水的气化热（100℃时的气化热为40.67kJ·mol-1）很大，水气化成水蒸气时要吸收大量热，水的摩尔热容（25℃时为75.4 J·mol-1·K-1）也很大，使水升高温度需要吸收较大的热，水温受环境温度影响较小，所以水是廉价安全的制冷剂和载冷剂。 （2）水的摩尔热容很大，使水升高温度能够吸收较大的热，工厂常用喷水来降温。 （3）雪熔化成水需要从环境中吸收熔化热（在101.325 kPa时为6kJ·mol-1）。 （4）表面活性物质具有润湿作用，含有表面活性物质的水溶液容易在固体表面铺展开来而润湿整个表面。 （5）表面活性物质浓度大于临界胶束浓度时，溶液中内部的表面活性物质分子的憎水基之间互相以分子间力缔合形成胶束，胶束中能使溶液溶解一些原本不溶或微溶于水的物质，即表面活性物质具有增溶作用。 （6）含有少量表面活性物质的水溶液容易在固体表面铺展开来而润湿整个表面，带走油污，水剂价廉、安全无毒，而汽油、煤油等有机溶剂存在一定毒性，所以用溶有表面活性物质的水剂清洗油污是一项既节能又安全的措施。 （5）乳化燃料指由燃料油（煤油、汽油、柴油、重油、渣油）和水组成的油包水型 乳化液。水是分散相，均匀地悬浮在油中，燃料油则包在水珠的外层。由于水的沸点低于燃料，高温下包裹在油滴中的水珠发生“微爆”作用，使油滴变得更小，有利于燃烧。另外，可以发生水煤气反应等化学作用，即：C+H2O=CO+H2，C+2H2O=CO2+2H2，CO+H2O=CO2+H2， 2H2+O2=2H2O ，使燃烧反应更趋完全。所以，乳化燃料能够节约能源、减少污染。 4． 物质 化学式 作用 四乙基铅 (C2H5)4Pb 提高汽油辛烷值，高度有效抗爆剂 甲基叔丁基醚 CH3—O—C(CH3)3 提高汽油辛烷值 硝酸异辛酯 CH3CH2 CH2 CH2 CH(CH2 CH3)CONO2 柴油十六烷值改进剂 2,6-二叔丁基对甲酚 抗氧化剂 5．常见表面活性物质的分类、结构举例 阴离子型 类别 羧基酸类 烷基磺酸类 烷基芳基磺酸类 硫酸酯类 结构式 R—COONa R—SO3Na R—OSO3Na 名称 C17H35COONa 硬脂酸钠 (肥皂主要成分) 烷基酰胺磺酸钠 十二烷基苯磺酸钠 2-乙基-己基硫酸钠 阳离子型 类别 胺基盐类 季铵盐类 吡啶盐类 结构式 名称 氯化烷基胺 溴化十六烷基三甲基铵 烷基氯代吡啶 非离子型 类别 酯类 醚类 结构式 名称 失水山梨醇（斯盘） 聚氧乙烯基醇醚（平平加型） 聚氧乙烯烷基苯酚醚（OP型） 两性 型 结构式 名称 烷基二甲基铵丙酸 卵磷脂 高分子型 类别 阳离子型 阴离子型 结构式 名称 聚-4-乙烯溴化十二烷基吡啶 聚丙烯酸钠 §2.4 气体和等离子体 练 习 题(p.51) 1．(A) 2．(A) 3．(1)据pi=(ni/n)p，所以有：p(O2)=100kPa×0.21=21Pa，p(N2)=100kPa×0.78=78 kPa，p(NO2)=100kPa×0.01=1.0 kPa。 (2) 因为pV=nRT ，V=2V0 ，所以p= p0=50 kPa 。 4． (1) 空气的相对湿度=p(H2O，实)/p(H2O，饱)×100 查表，20℃时p(H2O，饱)=0.2339kPa，则 相对湿度=(0.1001/0.2339)×100=42.80。 (2) 若温度降低到10℃，此时水的实际蒸气压为： p(H2O.实)=0.1001kPa×283.15/293.15=0.09669kPa 查表，10℃时p(H2O,饱)=0.1228kPa 所以，相对湿度=0.09669/0.1228×100=78.73. 5．小于5.6 CO2 、 SO3 H2CO3 、H2SO4。 6．温室气体CO2、SO3、O3、N2O和CFxClx等,引起臭氧层破坏的有N2O、CFxClx等气体。 7．对流层：温室效应；平流层：防紫外线。 第三章 物质的结构和材料的性质 §3.1 原子核外电子运动状态 练习题(p.58) 1．(b)正确。(a)错在“完全自由”；(c)错在有“一定轨迹”。 2．位置、能量 3．n，四（0、1、2、3），4f，7。 4．波动，波粒二象性 5． 组 态 1p 2s 2d 3p 5f 6s 是否存在 N Y N Y Y Y 主量子数 / 2 / 3 5 6 角量子数 / 0 / 1 3 0 轨函(个数) / 1 / 3 7 1 最多可容纳电子数 / 2 / 6 14 2 §3.2 元素周期律 金属材料 练习题(p.69) 1. 元素 外层电子排布式 未成对电子数 离子 外层电子排布式 未成对电子数 22Ti 3d24s2 2 Ti4+ 3s23p6 0 24Cr 3d54s1 6 Cr3+ 3s23p63d3 3 28Ni 3d84s2 2 Ni2+ 3s23p63d8 2 29Cu 3d104s1 1 Cu2+ 3s23p63d9 1 2．最高化合价为+6,可能是第六主族或第六副族的元素；最外层电子数为1的,则只有第六副族的元素,同时原子半径又是最小的,只有Cr满足。 (1) 29Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 (2) 3d54s1 (3) 3s23p63d3 3． 11Na 1s22s22p63s13p1 Z=11－(1.00×2＋0.85×8＋0)=2.20 14Si 1s22s22p63s23p2 Z=14－(1.00×2＋0.85×8＋0.35×3)=4.15 17Cl 1s22s22p63s23p5 Z=17－(1.00×2＋0.85×8＋0.35×6)=6.10 Na、Si、Cl作用在外层电子上的有效核电荷数依次增大，原子半径依次减小，非金属性依次增强。 4．Ca、Ti、Mn、Fe、Co、Ga、Br同属第四周期元素,自Ca至Br，所受的有效核电荷数依次增大,即金属性依次降低。 5．19K 1s22s22p63s23p64S1 Z=19－(1.00×10＋0.85×8＋0)=2.2 29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 Z=29－(1.00×10＋0.85×18＋0)=3.7 K和Cu最外层均有4s1,但K的4s电子所受的有效核电荷数(2.2)比Cu的4s电子所受的有效核电荷数(3.7)小，而且半径亦小，因此在化学反应中K比Cu易失去电子，金属性强。 6． Ta 第六周期 VB族 W 第六周期 VIB族 Zr 第五周期 IVB族 7．由于形成固熔体而引起合金强度、硬度的升高的现象称为固熔强化，它能提高金属的强度和硬度。引起固熔强化的主要原因是固熔体溶质元素的外层电子结构、原子半径、电负性等不同于溶剂金属,再形成取代或间充固熔体时发生固熔化晶格歪扭(或称畸变)。 8．形成碳化物倾向从大到小次序是Ti>Cr>Co>Cu。因为Ti、Cr、Co、Cu的外层电子结构依次为3d24s2、3d54s1、3d74s2、3d104s1，d电子越多,与C成键的可能性越小,因此形成碳化物倾向性也越小。 §3.3 化学键 分子间力 高分子材料 练习题(p.86) 1．（1）c，f （2）a、b，c，d，g (3) a，d (4)d (5)b 2．乙二胺四乙酸合钙(II)酸钠 ， Ca2+ ， 乙二胺四乙酸 。 3．化学键>氢键>分子间力。 4．聚甲基丙烯酸甲酯是II类给电子性高聚物，它的溶度参数=19.4(J·cm－3)1/2;能溶解它的溶剂必须是弱亲电子溶剂,而且其溶度参数要相近，它们是三氯甲烷 =19.0(J·cm－3)1/2、二氯甲烷 =19.8(J·cm－3)1/2。 聚氯乙烯是I类弱亲电子性高分子化合物，=19.8(J·cm－3)1/2；能溶解它的溶剂必须是给电子性溶剂,而且其溶度参数要相近，它们是环己酮(II类给电子性溶剂) =20.2(J·cm－3)1/2、四氢呋喃(II类给电子性溶剂) =18.6(J·cm－3)1/2。 聚碳酸酯是II类给电子性化合物，=19.4(J·cm－3)1/2；能溶解它的溶剂必须是弱亲电子溶剂,而且其溶度参数要相近，它们是三氯甲烷 =19.0(J·cm－3)1/2、二氯甲烷 =19.8(J·cm－3)1/2。 5．9个键,2个键。 6．第(1)组中的HF、第(2)组中的H2O、第(3)组中的CH3CH2OH、第(4)组中的 有氢键。 因为它们中有电负性大的F、O、N等元素，它们将对与其直接相连接的H的电子云强烈吸引，使H裸露成质子，它再吸引F、O、N上的电子云，F、O、N等元素(用X表示)与质子(用H表示)与另一个分子上的F、O、N等元素(用Y表示)形成了XHY多中心轨函而产生了氢键。 7．聚二甲基硅氧烷的线型分子的化学式 ： 其性质及产生原因见教材84页。 8．详见教材83~84页。注意橡胶和塑料的原料都是高分子化合物，高分子化合物可有不同合成工艺，不同工艺、不同配方所得高分子分子量不同，其Tg、Tf也不同。有时同一种高分子化合物既可作塑料又可作橡胶，聚氨酯类高分子化合物就属这种情况。 § 3.4 晶体缺陷 陶瓷和复合材料 练习题(p.97) 1． 2． 陶瓷由晶相、晶界相、玻璃相和气相组成。 晶相是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷的主要性质。 晶界相是多晶结合处的缺陷，对晶体功能影响很大，是功能产生的原因。 玻璃相起粘结作用，能降低烧成温度，可填充气孔气相，可使陶瓷的电热绝缘性能大大提高。 气相不可避免，但可降低到最低程度。气孔可减轻重量，但抗电击穿能力下降，受力时易产生裂缝，透明度下降。 3． 尽管硅酸盐有多种形式的结构，但都是Si和氧的共价键结合的硅氧四面体负离子基团，基团内镶嵌着金属正离子,与硅氧四面体负离子基团中的氧以离子键结合，其绝缘性取决于负离子基团中的氧与金属离子间的结合力。硅氧西面体的框架是确定的，金属离子的电荷与半径决定了结合力的大小，金属离子的电荷较高,半径大,结合力大。Na+电荷低，半径小，所以含量越低越好。 4． 氮化硅Si3N4，偏共价键型。 外层电子排布式 14Si1s22s22p63s23p2，7N 1s22s22p3。 电负性Si 1.8 N 3.0。 氮化硅耐高温,在1200℃下可维持室温时的强度和硬度，在氧化情况不太严重的介质中最高安全使用温度可到1600～1750℃，用作火箭发动机尾管及燃烧室，无冷却汽车发动机。 5．铁氧体的化学组成主要是Fe2O3,此外有二价或三价的Mn、Zn、Cu、Ni、Mg、Ba、Pb、Sr、Li的氧化物,或三价的稀土元素Y、Sm、En、Gd、Fb、Dy、Ho和Er系的氧化物。NiMnO3及CoMnO3等虽不含Fe，但也是铁氧体。 它可用作计算机和自动化装置中的记忆(贮存)元件,用作隐身材料。 6．BYCO的化学组成为Ba、Y、Cu的氧化物,但不一定成整数比。它可用作超导材料，制成电缆输电、发动机的线圈、磁力悬浮高速列车。 7．WC－Co金属陶瓷的简单制备过程如下： WO3 + C W + CO2 W(粉末) + C WC(粉末) CoO + C Co(粉末) WC(粉末) + Co(粉末)(烧结)WC－Co金属陶瓷 8．玻璃钢是一种复合材料，它由合成树脂,如酚醛树脂、环氧树脂及玻璃纤维等组成，将玻璃纤维(增强相)浸渍在树脂(粘结相，基体)中，再加以固化剂、稀释剂、填充剂、增塑剂等辅助材料制成。它的主要优点是质轻，电绝缘性好，不受电磁作用，不反射无线电波，微波透过性能好，耐磨，耐腐蚀，成型简便。可用作汽车、轮船外壳、室内器具等。 第四章 化学反应与能源 §4.1热化学与能量转化 练习题(p.106) 1．(1) a、b；(2) b、d；(3) c；(4) b 2． C2H2(g) + 5/2O2 (g) = 2CO2 (g) + H2O(g) fHm (298.15)/kJ.mol－1 227.4 0 －393.5 －241.8 rHm(298.15)=[2×(－393.5) －241.8－227.4] kJmol－1 =－1256.2 kJmol－1 CH4(g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O(g) fHm (298.15)/kJ.mol－1 －74.6 0 －393.5 －241.8 rHm(298.15)=[ (－393.5) +2×(－241.8)－(－74.6)] kJmol－1 =－802.5 kJmol－1 C2H4(g) + 3O2 (g) = 2CO2 (g) + 2H2O(g) fHm (298.15)/kJ.mol－1 52.4 0 －393.5 －241.8 rHm(298.15)=[2×(－393.5) +2×(－241.8)－52.4] kJmol－1 =－1323 kJmol－1 C2H6(g) + 7/2O2 (g) = 2CO2 (g) + 3H2O(g) fHm (298.15)/kJ.mol－1 －84.0 0 －393.5 －241.8 rHm(298.15)=[2×(－393.5) +3×(－241.8)－(－84.0)] kJmol－1 =－1428.4 kJmol－1 可见，燃烧1molC2H4或C2H6放出的热量大于C2H2，因此可以代替，而CH4不行。 3． Na2S(s) + 9H2O(g) = Na2S9H2O(s) fHm /kJ.mol－1 －372.86 －241.8 －3079.41 rHm (298.15)={(－3079.41)－[(－372.86)+(－241.8)×9]}kJmol－1 =－530.35 kJmol－1 1kg Na2S的物质的量：n=1000g/(22.99×2＋32.07)gmol－1=12.81mol Q= Qp=H= (－530.35kJmol－1 )×12.81mol=－6794 kJ 4． 2N2H4(l) + N2O4(g) = 3N2(g) + 4H2O(l) fHm /kJ.mol－1 50.63 9.66 0 －285.8 rHm (298.15)=[(－285.8)×4－(50.63×2+9.66)] kJmol－1 =－1254.12 kJmol－1 32 g N2H4的物质的量为：n=32g/(14×2+1×4)gmol－1=1.0 mol 1.0molN2H4完全反应，其反应进度为 mol，所以： Q= Qp=H=－1254.12 kJmol－1× mol=－627.06 kJ 5． CaO(s) + H2O(l) = Ca2+(aq) + 2OH－(aq) fHm (298.15)/kJmol－1 －634.9 －285.8 －542.8 －230.0 rHm (298.15)=[(－543.20)－2× (－230.0)]－[(－634.9)+(－285.8)] kJmol－1 =－82.1 kJmol－1 罐头从25℃80℃需吸收的热量： Q= Qp=H=400 JK－1(80－25)K=22000 J 设需CaO为W克，则其物质的量 n=W/[(40.08+16.00) gmol－1]=Q/[-rHm (298.15) ×80%] W=[22000/(82.1×103×80%)] mol ×56.08 gmol－1 =18.78 g 6． C6H6(l) + 15/2O2 (g) = 6CO2 (g) + 3H2O(l) 1mol液态苯在弹式量热计中完全燃烧放热： 7．恒容反应热 ，恒压反应热 ，当液体、固体相对于气体体积可以忽略且气体可以看作理想气体时有： 。所以： (1) H2(g)十 O2(g)==H2O(g) ， ， ； (2) H2(g)十 O2(g)==H2O(l) ， ， 。 8． Fe2O3(s) + 3CO(g) = 2Fe(s) + 3CO2(g) fHm (298.15)/kJmol－1 －824.2 －110.5 0 －393.5 rHm (298.15)=[3× (－393.5)－(－824.2)+3×(－110.5)] kJmol－1 =－24.8 kJmol－1 9． C5H12(l) + 8O2 (g) = 5CO2 (g) + 6H2O(g) fHm (298.15)/kJ.mol－1 －149.9 0 －393.5 －285.8 rHm(298.15)=[5×(－393.5) +6×(－285.8)－(－149.9)] kJmol－1 =－3532.4kJmol－1 燃烧1克汽油所放出的热量： §4.2 化学反应的方向和限度 练习题(p.114) 1．（1）X；（2）√；（3）X；（4）X；（5）X；（6）√。 2．（1）Smθ[H2O（s）]＜Smθ[H2O（l）] ＜Smθ[H2O（g）] （2）Smθ(298.15K) ＜Smθ(398.15K)＜Smθ(498.15K) （3）同一温度下：Smθ（Fe）＜Smθ（FeO）＜Smθ（Fe2O3）。 3． C（s）+CO2（g）==2CO（g） fGm (298.15)/kJmol－1 0 －394.4 －137.2 rGm (298.15)=[ 2× (－137.2) －(－394.4)] kJmol－1 =120.0 kJmol－1 4． CaCO3（s） == CaO（s）+ CO2（g） fHm (298.15)/kJmol－1 －1207.6 －634.9 －393.5 Sm (298.15)/Jmol－1K－1 91.7 38.1 213.8 rHm (298.15)=[(－634.9)－ (－393.5)－(－1207.6)] kJmol－1 =179.2 kJmol－1 rSm (298.15)=(38.1+213.8－91.7) Jmol－1K－1 =160.2 Jmol－1K－1 ΔrGmθ(1222K) rHm (298.15) －TrSm (298.15) = 179.2 kJmol－1－1222K×160.2 Jmol－1K－1 = －16.56 kJmol－1 ΔrGmθ(1222K) ＜0，能自发进行。 5． SiO2(s) + 2C(s) = Si(s) + 2CO(g) (298.15K)/kJ·mol-1 -910.7 0 0 -110.5 (298.15K)/J·mol-1·K-1 41.5 5.7 18.8 -197.7 (298.15K)/kJ mol-1 -856.3 0 0 -137.2 (1) (2) 或 (3) 不能自发。 (4) ，自发，所以： 6．（1）大于零；（2）大于零；（3）小于零；（4）小于零。 7． C(s) + H2O (g) = CO(s) + H2(g) (298.15K)/kJ·mol-1 0 -241.8 -110.5 0 (298.15K)/J·mol-1·K-1 5.7 188.8 197.7 130.7 (298.15K)/kJ mol-1 0 -228.6 -137.2 0 (1) 不能向正方向进行。 (2) 因此，升高温度能向正方向进行。 (3) 8．已知rHm (298.15)=－402.0kJmol－1，rGm =－345.7kJ.mol－1，则 298.15K时的rSm (298.15)值可以从下式求出： rHm (298.15)－298.15K×rSm (298.15)=rGm (298.15) rSm (298.15)=[rHm (298.15)－rGm (298.15)]/298.15K =[－402.0－(－345.7)]kJmol－1/298.15K =0.1888 kJ.mol－1.K－1 当rGm (T)=0时的温度可用下式表示： rHm (298.15)－TrSm (298.15)0 算得：T[rHm (298.15)]/rSm (298.15) =－402.0kJ.mol－1/(－0.1888kJ.mol－1.K－1) =2129 K 当温度在2129K以下时，该反应均向正向进行，即CaO和SO3的结合是可能的，所以高温下除去SO3也是可能的。 §4.3 化学平衡和反应速率 练习题(p.125) 1．(1) （2） 2．降低温度，增加总压力 3．此反应随温度T升高，平衡常数 增大，从关系式： 可看出： 必须是正值才能满足T增大 也增大，所以是吸热反应。 4． FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) 开始 0.05 0.05 平衡 0.05-x 0.05+x (0.05+x)/(0.05-x)=0.5 x=-0.017mol·L-1 平衡时：c(CO2)=0.033mol·L-1，c(CO)=0.067 mol·L-1 5． Ea=256.9kJ·mol-1 6． C2H4（g）+ H2O（g） C2H5OH（g） fH m（298.15K）/kJ·mol-1 52.4 -241.8 -277.6 该反应为放热、总体积减小的反应，所以增大压力和采用适当较低温度有利于反应正向进行，可以采用适当催化剂，加速反应速度（弥补温度降低带来的不利）。 7． 2NO2（g） 2NO（g）+O2（g） （1）因为该反应速率方程符合质量作用定律，所以正反应的速率方程式为： 。 （2） 正反应： 逆反应： 可见，温度升高，正、逆反应速率增加的倍数不同，这里显然正反应增加的倍数远远大于逆反应增加的倍数，说明温度升高使平衡向正反应方向，即吸热反应方向移动。 8． 2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) (298.15K)/kJ·mol-1 91.3 -110.5 0 -393.5 (298.15K)/J·mol-1·K-1 210.8 197.7 191.6 213.8 fGm (298.15)/kJ.mol－1 87.6 －137.2 0 －394.4 (1) 298.15 K时： 或 rGm (298.15)=[2×(－394.4)－2×(－137.2)－2×87.6]kJ·.mol－1 =－689.6kJ·.mol－1 lnK =－rGm /RT =－(－689.6×103J.mol－1)/( 8.314 J.mol－1.K－1×298.15K) =278 K =5.01×10120 （2）773.15K时： lnK =－rGm /RT =－(－595.67×103J.mol－1)/( 8.314 J.mol－1.K－1×773.15K) =92.67 K =1.76×1040 §4.4 氧化还原反应和能源的开发和利用 练习题(p.137) 1． (1) x； (2) ∨；(3) x；(4) ∨． 2．（1）c；（2）b。 3．反应(1) 正向进行： 反应(2) 正向进行： 所以： 4． MnO4－ + 8H++5e=Mn2++4H2O E=E + ×(10－5)8]=(1.507－0.496) V=1.01V Cl2 +2e=2Cl－ E=E =1.36V Cr2O72－+14H++6e=2Cr3++7H2O E=E + ×(10－5)14 ]=(1.232－0.708) V=0.524V 从计算结果知道，此时的氧化性从大到小的顺序是:Cl2、KMnO4溶液、K2Cr2O7溶液。 5． （1）已知 ， （2） ， 6．已知 ， ，所以 为负极。 电池图式：(-)Pt | Fe3+( l mol·dm-3), Fe2+( l mol·dm-3) || Ag+( lmo1·dm-3) | Ag (+) 电极反应： 负极 Fe2+ = Fe3+ +e 正极 Ag+ +e = Ag(s) 电池反应：Ag+ + Fe2+ = Ag + Fe3+ 电池电动势： (1) (2) 7． (1) (2) (3) 所以反应为：MnO4-+8H++5Fe2+=Mn2++4H2O+5Fe3+。 8．电池反应：Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2Ag ， 第五章 溶液中的化学反应和水体保护 §5.1 弱酸弱碱溶液及其应用 练 习 题(p.146) 1． 酸：H2S HCN NH 其共轭碱：HS— CN— NH3 碱：S2- NH3 CN— OH— 其共轭酸：HS— NH HCN H20 两性物质：HS— H2O 其共轭碱：S2- OH— 其共轭酸：H2S H3O+ 2． NH3 ＋ H2O NH + OH－ ΔfG -26.59 -237.1 -79.42 -157.38 ΔrG =26.89kJ·mo1-1 lgK K (NH3)=1.95×10-5 3． K (NH )= 设平衡时c(H3O+)为xmol·dm-3 NH ＋ H2O NH3 + H3O+ 起始浓度/ mol·dm-3 0.20-x x x K (NH ) ∵x值很小,∴0.20-x≈0.20 即 K (NH ) 得 x =1.07×10-5 mol·dm-3 = c(H3O+) pH= = 4.97 4． HAc = H++ Ac- K (HAc)=1.74×10-5 HF = H++ F- K (HF)=6.61×10-4 H3PO4 = H++ H2PO K (H3PO4) =7.08×10-3 NH3＋H2O = NH + OH－ K (NH3) =1.74×10-5 ∵K 愈大，酸性愈强 ∴酸性由强到弱得排列为：H3PO4，HF，Hac，NH3 5．选K =1.77×10-4 的HCOOH最合适。 因为所选缓冲系的共轭酸的pK 与缓冲溶液的pH值越接近，则该缓冲系在总浓度一定时，具有较大缓冲能力。 6．根据缓冲溶液pH的计算公式： pH = p (HAc)+ ∵HAc，K =1.74×10-5 ∴p (HAc)= 4.76 ∴ pH = 4.76 + 在100cm3上述缓冲溶液中加入1.00cm31.00 mol·dm-3的HCl溶液,忽略总体积变化 则 c(Ac-)=0.100 mol·dm-3 - 0.010 mol·dm-3 = 0.09 mol·dm-3 c(HAc) = 0.100 mol·dm-3+ 0.010 mol·dm-3= 0.110 mol·dm-3 pH = p (HAc)+ = = 4.67 7．NH3与NH4C1组成缓冲液，其中 NH3的pK = 4.75 NH 的pK =pK - pK = 14 - 4.75 = 9.25 所以pH = p + = 9.25 在1000cm3此溶液中加入10cm30.10mol·dm-3的NaOH，则 pH = p + = 9.25 + 8．设需加6.0 mol·dm-3的HAc溶液x立方厘米, NaAc与HAc混和配成缓冲溶液后 c(Ac-) = =0.50 mol·dm-3 c(HAc) = =6x mol·dm-3 由pH = p + , p (HAc)= 4.76得 5.0 = 4.76 + ∴x= 11.97 dm3 §5.2 水溶液中的沉淀溶解反应、配位反应及其应用 练 习 题(p.155) 1． (2)，(4) 2．饱和的PbCl2溶液中存在以下平衡 PbCl2 Pb2+ + Cl- 平衡浓度/ mol·dm-3 3.74×10-5 2×3.74×10-5 ∴ = 3.74×10-5×(2×3.74×10-5)2 =2.09×10-13 3． (1) 在不断振荡下逐滴加入AgNO3溶液,首先析出黄色AgI沉淀,然后析出白色AgCl沉淀。 (2) 当AgI沉淀完全析出，c(I-)<1.0×10-6 mol·dm-3 ∴c(Ag+)= mol·dm-3 (3) Ag+ + I- AgI（s）, Ag+ + Cl- AgCl（s） 要使AgI 和AgCl沉淀完全，需Ag+的物×10-3质的量为 n(Ag+)=0.10×10×10-3+0.10×10=2×10-3 mol ∴共需v(Ag+)= = 40×10-3dm3=40 cm3 4．设Cr3+开始沉淀时OH-浓度为xmol·dm-3 Cr3++ 3OH- Cr(OH)3 平衡浓度/ mol·dm-3 0.01 x 根据溶度积规则, ≥ 时才能产生沉淀,即 0.01×x3 =6.3×10-31 x =4×10-10 mol·dm-3 (2) 当Cr3+浓度为4mg·dm-3时,即 c(Cr3+)=4mg·dm-3×10-3 g·mg-1/52.00 g·mol-1=7.69×10-5 mol·dm-3 设Cr3+完全沉淀时OH-浓度为ymol·dm-3 7.69×10-5 ×y3≥ 6.3×10-31 y = c(OH-)=2.0×10-9 mol·dm-3 ∴pH=5.30 5． K (FeS) = 6.3×10-18 K (CuS) = 6.3×10-36 K (CdS) = 8.00×10-27 K (PbS) = 8.00×10-28 FeS，CuS，CdS，PbS均属同类型难溶电解质,除FeS外，CdS是其中溶解度最大的 FeS+ Cd2+ CdS+ Fe2+ 该转化反应的平衡常数 该反应非常完全，所以FeS能转变成CdS，Cd2+能被除去。 同理Cu2+，Pb2+等离子也可被除去。 6．CaCO3在纯水中存在如下平衡： CaCO3 (s) Ca2+ + CO 当存在H+时，由于酸效应使平衡向右移动，CaCO3溶解度增大；且随H+浓度的增大而右移程度增大。 当存在CaCl2时，由于同离子效应使平衡左移，CaCO3溶解度减小。 综上所述，CaCO3溶解度依次增大的次序为：（d）1.0mol·dm-3 CaCl2 、(a)纯水、(b)0.1 mol·dm-3的盐酸、(c)1.0 mol·dm-3的盐酸 7．设平衡时Ag+浓度为xmol·dm-3，则 Ag+ ＋ 2py [Ag(py)2]+ 起始浓度/mol·dm-3 0.10 1.0 0 平衡浓度/mol·dm-3 x 1.0-2(0.10- x) 0.10-x =0.80+2x = ∵(0.10-x) mol·dm-3 0.10 mol·dm-3 , (0.80+2x) mol·dm-3 0.80mol·dm-3 ∴ c(Ag+) = x= 6.98×10-6 mol·dm-3 c(py) = (0.80+2x) mol·dm-3 0.80 mol·dm-3 c([Ag(py)2]+)=(0.10-x) mol·dm-3 0.10 mol·dm-3 8．(1) 187.8gAgBr的物质的量n=187.8g/187.8 g·mol-1=1.0 mol， 设完全溶解1.0 molAgBr需Na2S2O3溶液x升,则根据题意 AgBr + 2S2O [Ag(S2O3)2]3- + Br- 平衡浓度/mol·dm-3 = 2.88×1013×5.35×10-13 = 15.41= 得：x = 1.13升 (2) c(Br-) =1.0 mol/1.13dm3 = 0.887 mol·dm-3 c(S2O ) = 2.0-2.0/1.13 = 0.23 mol·dm-3 c(Ag+) = mol·dm-3 9．(1) c(Ag+) = c(I-) = ∵ [c(Ag+)/ ]×[c(I-)/ ]=3.3×10-3 >> = 8.51×10-17 ∴ 有AgI沉淀产生 (2)设加入100cm30.20mol·dm-3KCN溶液后I-浓度为x mol·dm-3 , c(I-) = AgI + 2CN- [Ag(CN)2]- + I- 平衡浓度/mol·dm-3 0.080-2x x x K= = 1.26×1021×8.51×10-17 =1.07×105 x = 0.04 mol·dm-3 即所加入的KCN能溶解AgI，使溶液中的c(I-)达到0.04 mol·dm-3；而(1)加入I-的物质的量为0.050 dm3×0.10 mol·dm-3 0.0050 mol，即(2)混合液中 c(I-)max = 故(2)中的溶液中不可能存在AgI沉淀。 10． nSCN- + Fe3+ [Fe(SCN)n]3-n 血红色 3[Fe(CN)6]-4 + Fe3+ Fe4[Fe(CN)6]3 (s) 蓝色 (3) CuSO4 + 4NH3 [Cu(NH3)4]SO4 深蓝色 §5.3 气液固平衡转化和非水溶液化学反应及其应用 练 习 题(p.163) 一． 1. （×） 2. （×） 3. (√) 4. （×）5. （×） 6. (√) 7. （×） 8. （×） 二、1.（C）2.(A) 3. (C) 三、填空题 1．为了回收废水中的苯酚，可用溶剂油进行萃取，那么萃取剂是 油 ，原料液是 苯酚和水 ，萃取相中物质是 苯酚 ，萃余相中物质是 水 ，最后回收的是 。 2．天然水中常有带负电的溶胶污物，可用 明矾 净水，就是利用其水解产生的 Al(OH)3 正溶胶，与污物相互 聚沉 而得以净化。 四、答: B） §5.4水质与水保保护 练 习 题(p.169) 1. 按GB3838-2002规定，一般鱼类保护区属Ⅲ类水域，查附表7，知 六价铬≤0.05mg/L，总锰≤0.1mg/L，溶解氧≥5mg/L，ODcr≤0.05mg/L 2．不对。 溶解氧(DO)是指水体中溶解的分子氧的量,它主要来源于空气或藻类的光合作用。DO值越低，说明水体污染越严重。 化学需氧量(CODcr)是指用强氧化剂K2Cr2O7在加热回流条件下对水体中的有机物进行氧化，并加入银离子作催化剂,把反应中氧化剂的消耗量换算成氧气量。CODcr值越高说明水体受有机物污染越严重。 3．不对。 化学需氧量(CODcr)表示水体中可能化学氧化降解的有机污染物的量,五日生化需氧量, BOD5表示可用生物氧化降解的有机污染物的量,用生物降解与用K2Cr2O7降解不一定有一致的变化规律。 4．例如某厂排放的中性废水中含有Pb2+10mg/L(我国规定Pb2+的最大允许排放浓度为1.0mg/L)，为达到排放标准，可在废水中加入Na2S固体使生成PbS沉淀而除去。 原废水中c(Pb2+) = 10mg/L = ,根据反应式 Pb2++ S2- PbS(s) , K (PbS) = 8.00×10-28 ,可算得当废水中的c(S2-)≥1.9×10-5 mol·dm-3时,开始有PbS沉淀析出;为达到排放标准,要求处理后c(Pb2+) =1.0mg/L = ,故应在每升废水中投入Na2S的物质的量n(Na2S)=n(S2-)=(4.2×10-5-4.2×10-6+1.9×10-5) mol=5.7×10-5 mol,合质量约为4.5mg。 5．含CN-废液中加入FeSO4形成配合物可使毒性大大减小。 6NaCN + 3FeSO4 = Fe2[Fe(CN)6]↓+