工程化学基础习题解
? 第一章 绪论
P13. 一些基本概念
1.判别下列表述的正确与否，正确的在后面括号内用“√”错误的用“×”表示：
（1）1摩尔氧..........................................................................................................(X） （2）1mol(OH?)................................................(√) (3)化学反应通式可表示为ΣvBB=0...................................( X) (4)在宇宙中找不到绝对意义上的孤立系统..............................................................(√) 2.选择题：（要求将正确标号填入括号内，多选与单选自己判断） （1）下列物质中属于微观粒子的是 （ C D ）
(A)分子 （B）原子 （C）高速运动的电子 （D）光子 （2）下列说法正确的是 （ C ） （A）1摩尔氧的质量是8.0g
(B)原子和分子的空间尺寸分别为10?10m和10-7m
(C)原子和分子的空间尺寸在10?10m~10-7m左右
（D）我们能同时看到远处打雷发出光和听到打雷发出的声音
（3）下列表述中错误的是（ B D ） (A)18.0gH2O物质的量是1mol
(B)1.0 mol氢的物质参加了反应 （C）1.0 mol的（H2）参加了反应
（D）“反应进度”说明，认识物质变化，必须考虑时间的变化 3.（用恰当的文字或符号填入空格）计量反应进行程度的物理量都是（反应进度），它的符号是（ξ），单位是（mol）,这个单位还可以方便地计量介观粒子和微观粒子的物质的量。
4.在0℃时，一只烧杯中盛有水，水上浮着两块冰，问水和冰组成的系统中有几相？如果撒入食盐，保持系统的温度仍为0℃不变，直至冰和食盐全部溶解（此时，冰点下降，详见ξ2.3所述），此时系统中有几相？如果再加入一些AgNO3溶液，有什么现象发生？此时系统有几相？如果还加入一些CCl4，又将发生什么现象？此时系统为几相？ 答：① 两相（固、液）
1
② 一相（液相）
③加入AgNO3有白色沉淀生成，此时系统有两相（液、固） ④ 加入CCl4发生分层现象，此时系统三相（水相、固、油相） 5.高温水蒸气对钢的化学腐蚀特别严重。其反应如下：
Fe+H2O(g)=FeO+H2(g)
2Fe+3H2O(g)=Fe2O3+3H2(g) 3Fe+4H2O(g)=Fe3O4+4H2(g)
试问，如果把上述三个反应作为一个系统来研究，这个系统一共有几种聚集状态？几个相？（用化学符号表示出系统内各物质所属的聚集状态和相。） 答：有两个聚集状态：气态、固态
有5个相：气态、Fe\\FeO\\Fe2O3\\Fe3O4
6.已知某盐酸溶液的质量为216.5g,其中H2O为180g,求所含HCl物质的量。（要求：运算过程中要写明单位。） 解:由题意得
mHCl=216.5 – 180 = 36.5 g nHCl =
36.5g36.5g?mol1= 1 mol
7.已知化学反应方程式：CaCO3=CaO+CO2(g)，求1吨含有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多少千克？ 解：设能得到氧化钙x kg,二氧化碳y kg,则由题意得：
mCaCo3= 950（kg）
CaCO3=CaO+CO2(g)
100 56 44 950 x y
56×950(kg)x = =532(kg)
10044×950(kg)y = =418(kg)
100
318.已知化学反应方程式：H2+N2=NH3,试问：当反应过程中消耗掉2 mol N222
2
时，该反应进度为多少？分别用H2、N2、NH3进行计算。如果把上述化学方程式改成：3H2+N2=2NH3，其反应进度又为多少？ 解：由题意得 当反应方程式为
31H2+N2=NH3时，反应消耗掉2molN2，则刚好消耗掉226molH2，（即Δn(H2)=6mol），同时生成4 mol NH3。按反应进度定义式得：
ξH2=Δn(H2)/ν(H2)=(6)mol/(1.5)=4mol ξN2=Δn(N2)/ν(N2)=(2)mol/(0.5)=4mol ξNH3=Δn(NH3)/ν(NH3)=4mol/1=4mol
当反应方程式为3H2+N2=2NH3时，同理可得：
ξH2=ξN2=ξNH3=2mol
9.已知化学方程式：O2+2H2=2H2O,反应进度ξ=0.5 mol 时，问消耗掉多少
H2？生成了多少H2O?
解：由反应进度定义式ξ=Δn/νB可得： Δn(H2)=ξ?ν(H2)=0.5mol×(2)=1mol Δn(NH3)=ξ?ν(NH3)=0.5mol×2=1mol 答：消耗掉1molH2，生成1molH2O。 思考题
1． 略。
2． 物质层次有哪些？各层次物质运用适用的理论是什么？ 答：（1）宏观物体——牛顿力学; （2）微观物体——量子力学； （3）宇官物体——广义相对论； （4）渺观物体——超弦（？） 3.略。
4.以人体或烧结炉为例说明系统和环境的划分和确定不是绝对的，而是相对的。
答：系统的选择根据研究需要而定，不同的方法和不同的角度对系统的划分也不同。以烧结炉为例，在烧结炉中放置两块金属如铁片和银片，其间放有低熔点合金如锡和鉍的合金，在可控还原气氛如氮和氢的混合气体保护下加热，则两块难熔金属将被烧结在一起。在这个
3
例子中，如果要讨论烧结工艺的有关问题就可以把整个烧结炉作为系统，它包括金属片、低熔点合金和气体介质，而烧结炉外空间中的物质则均为环境。如果想研究烧结炉内可控保护气体间发生的反应，那么就可把氮气分解的化学反应当作一个系统加以讨论。而炉膛内的支架、难熔合金片、低熔点等物质及绝热均为环境。可见，“系统”的确定是根据研究对象的需要划分的。 5.略。
6.20℃ 的实验室内，把一只盛有水和冰的但没有盖的瓶子作为一个系统来研究，那么该系统可称为什么系统？它可与环境交换些什么？若盖上盖子密封，则情况怎样？这个系统称为什么系统？若将这个瓶子用绝对隔热（实际上是不可能的）石棉布包裹，情况又如何？这个系统称为什么系统？如果把整个实验室作为一个孤立系统来讨论，此时需要什么条件？ 答：（1）敞开系统，物质和能量的交换； （2）封闭系统，能量的交换；
（3）孤立系统，既无物质的交换也无能量的交换； 7.略。
8.摩尔（mol）是物质的量的单位，使用时应注意什么？ 答：在使用物质的量的单位时必须指明基本单元。 9.略。
10.反应进度的物理意义是什么？能不能随便改动化学反应方程式？生成一定量的H2O1时，反应O2+H2=H2O与反应O2+2H2=2H2O的反应进度是否相同？
2答：（1）物理意义：反应系统中任何一种反应物或生成物在反应过程中物质的量
的变化c与该物质的化学计量数νB的比值。
（2）因反应进度与化学计量数有关，故不能随便改动化学反应方程式。 （3）生成物的物质的量一定，化学计量数不同，则反应进度也不同。
第二章 物质的化学组成与聚集状态
ξ2.1 物质的化学组成
1. 写出下列配位化合物的名称或化学式，指出配位中心、配体、配位原子和配位数，并指
出哪些是螯合物。
[()] 三氯·一胺合铂（Ⅱ）酸钾 Na[Zn(OH)]（2） 四羟基合锌（Ⅱ）酸钠 [Ni(en)]SO（3） 硫酸三乙二胺合镍（Ⅱ）
[Co(NH)Cl]Cl（4） 氯化一氯·亚胺合钴（Ⅲ） （5）Na[CaY] 乙二胺四乙酸合钙（Ⅱ）酸钾
（1）KPtNH3Cl324343522（6）
NiCO() 四羟基合镍
44
[Ag(NH)]Cl
K[Fe(CN)]（8）六氰合铁（Ⅱ）酸钾
（7）氯化二胺合银（Ⅰ）
3346
2.简述金刚石、石墨和碳团簇结构的异同及其应用。
答： 分类 金刚石 石墨 碳团簇 异同 硬度最大、熔点最高、不导电 导电性、润滑性 超导电性 应用 贵重金属 铅笔芯、润滑材料、电极材料 半导体、非线性光学等方面的应用
3.列举三种不同类型的非整比化合物及其用途。
答：
GdCo、GdFe 计算机储存元件的一种非晶态材料 信息、电子工业中经常用到的半导体材料 钛镍形状记忆合金 ??Si:H Ti50Ni
4.指出聚苯乙烯、聚酰胺-610中的链节、重复单元和聚合度。 链节 聚苯乙烯 H2C聚酰胺-610 CHO 重复单元 H2CNH(CH2)5C CHONH(CH2)5C 聚合度 n 2n
5.写出聚丙烯、聚丙烯腈、尼龙-66和聚二甲基硅氧烷的化学式，并按主链组成指出它们属于哪类高分子化合物。（提示：碳链、杂链、元素有机类） 聚丙烯 化学式 *CHCH3CH2* 类别 n碳链 5
聚丙烯腈 *CHCNCH2*n 杂链 O尼龙-66 O*NH(CH2)6NHC(CH2)4CCH3n * 杂链 元素有机类 聚二甲基硅氧烷 *SiOn*CH3 6.略。
7.指出蛋白质、DNA和RNA分子的组成和结构特点。 答： 蛋白质 DNA RNA 结构特点 组成 一条或多条肽链构成的生物大分子，相 对分子质量可从一万到数百万
8.用恰当的文字或符号填入空格内。 （1）三丙烷基铝属有机金属化合物，其中CO键的键能小于
CC键和
MO键
的键能，容易在
CO键处断裂，它被广泛用于化学气相沉淀。
(2)从遗传信息传递中心法则可知，在人体中DNA具有携带遗传信息的功能，RNA具有复制遗传信息的功能，蛋白质具有执行生命的功能。
思 考 题
1. 分析配位中心和配体的特征，为什么螯合物特别稳定？
答：配位中心：处于配合物中心的位置的正离子或中性原子；
配体：按一定空间位置排列在配位中心周围的负离子或中性分子。 由于螯合效应，所以螯合物的稳定性很强。
2. 联系实际，简述团簇、非整比化合物在工程应用中的重要性。
答：碳纳米管可用于未来电子工业制造电子器材和超细导线，使电子芯片集成度更高，体积更小。碳纳米管有优异的力学性能，有很好的韧性，弹性比碳纤维高5个数量级，是制备高强度轻质材料的理想组元。
非整比化合物等在材料中十分重要，可以控制或改善无机固体材料的光、电、声、磁、热和力学性质。例如，碳化物、氮化物在钢材中可以有效的提高钢材的硬度。
6
3. 略。
4. 联系实际，体会一般高分子化合物和生物大分子的异同。
略
5. 比较蛋白质和核酸在生物体内的重要作用，现代生物工程主要包括哪些方面？
答：略。 ??
ξ2.2固体
1. 根据题意，选择正确的标号填入空格内。
（1） B, F （2） D
（3） C、D、E, D （4） A
2. 试比较下列典型离子晶体的熔点高低，并说明理由。
CaF2 CaO CaCl2 MgO
MgO > CaO > CaF2 > CaCl2
k(Q理由： f=+Q)(r2
++r)3.试比较下列这些晶体的熔点高低并说明理由。
SiC、SiF4、SiBr4
SiC>SiF4>SiBr4
4.已知下列两类晶体的熔点（℃）：
（1）NaF(993), NaCl(801), NaBr(747), NaI(601) (2)
SiF4(-90.2),
SiCl4(-70) ,
SiBr4(5.4),
SiI4(120.4)
为什么钠卤化物的熔点总是比相应的硅卤化物的熔点高，而且递变规律不一致？ 答：钠卤化物是离子晶体，而硅的卤化物是分子晶体。
6. 比较并说明理由：（1）BaCl2 ，CCl4，AlCl3，FeCl2 的熔点高低；SiO2,CO2,BaO 硬度大小。
答：(1) BaC2l>FeCl2>AlCl3>CCl4;`
7
2）
（
f=k(Q+Q)(r++r)22+2+3+4+FeAlC >Ba,离子半径：>>
(2) SiO2>BaO>CO2
6.写出耐高温金属和易熔金属各两种，简述它们的用途。
答：耐高温金属：钨（3410℃）、铼（3180℃），常被用作测高温的热电偶材料。
易熔金属：Bi(231.97℃)、Sn(271.44℃)，用于低熔点合金的制备。
7. 简述非晶态线型高分子聚合物的不同力学状态及特征。塑料、橡胶对玻璃化温度和粘流
化温度分别有什么要求？
答：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。对高分子材料的加工来说，Tg与Tf差值越大，其应用范围就越宽，橡胶的耐热性耐寒性也越好。
8. 下列物质的用途分别基于它们的什么特性？ （1） 常温下橡皮塞密封容器口使其不漏气；
高弹性
（2） 用BaCl2作盐浴剂，使经高温处理的金属慢慢冷却保持晶形。
熔点沸点较高，稳定性较好，不易受热分解。
（3） 金属有机化合物用于制备镜子。
金属有机化合物热分解产生金属的氧化物
ξ2.3液体和液晶 1． 填空：
（1） 方向性，饱和性，降低，氢，氧。 （2） 单位质量溶剂
C12H25SO3Na（3）
OCH2CH2OHnR，
SO3-,
C12H25,
,
W乳化剂
, 油包水型乳液。
（4） 8 ， 润湿剂 ， 14~18， O（5） 热致液晶 ，溶剂液晶。
3. 比较并简述原因：
（1） 纯水在10℃，20℃，50℃时的pH大小。
依次降低
（2） 纯水在10℃，20℃，50℃时的电导率大小。
依次升高
8
（3）0.1mol?kg,0.2mol?kg,0.5mol?kg蔗糖溶液的凝固点高低。 依次降低
111CHONa2SO4（4）0.1 mol的6126,0.1 molNaCl,0.1 mol溶于1 kg水中构成溶液的凝固点高
低。
依次降低
（5）0．1mol?kg,0.2mol?kg,0.5mol?kg的 依次升高
ξ2.4 气体和等离子体 1. A 2. A
3. 在25℃时，若1dm某气体混合物中，O2,N2和CO2的物质的量分数分别为
3dm0.21，0.78，0.01，求总压为100kPa下各物质的分压。若容器扩大到2，
3111Na2SO4溶液的渗透压高低。
CO2的分压为多少？ 解：pCO2=100*0.01=1kPa pO2=21 kPa
pN2=78 kPa
p′CO2=0.5 kPa
4.20℃时，某处空气中水的实际蒸汽压为1.001 kPa，求此时的相对空气湿度；若温度降低到10℃，相对湿度又为多少？ 解：由题意得：
1.001100%=42.8% ① 2.339×1.001100%=81.5% ② 1.228×5. <5.6 ， CO2、SO2、NO , H2SO4、H2SO3、HNO3、HNO2、H2CO3 6. “温室气体”有哪些？引起“臭氧层空洞”的物质有哪些？ 答：①CO2、CH4、O3、N2O、CFC
9
② NOx、CFC
§2.4 气体和等离子体 思考题
1.略
2.造成全球气候变暖、臭氧层空洞、光化学烟雾的原因是什么？对环境及人类有何危害？为什么不把H2O(g)称为温室气体？
答：温室效应：太阳辐射透过大气，很少一部分被吸收，大部分到达地面，地表又以红外辐射的形式向外辐射，被大气中CO2等温室气体吸收，从而阻止了地球的热量向外空的散发，致使大气层增温。
臭氧层空洞、光化学烟雾：NOX、CFC以及一些工业用剂等，在大气中能发生一系列的光化学反应而破坏臭氧层。 危害：臭氧层的破坏，致使过量的紫外线射到地面，引起植物、生物、人类病变增加；加速高分子材料的老化；增加城市光化学烟雾，加剧环境的污染；造成高空平流层变冷和地面变暖。 因为H2O(g)会在空气中凝聚放热。
3.吸烟者从一支烟中吸入约20 mg 的烟微粒，若这些烟微粒是直径为400 nm 、密度为1.0 g·cm3 的球体，那么这些微粒的总表面积是多少？请从吸附角度分析吸烟的危害。 答：由题意得：
A4πr233=== Ai =
V43r2.0×10πr35=1.5×105 ㎝-1
m20×103g3 5 A = Ai ·V = Ai ·=1.5×10× = 3000 ㎝
ρ1.0gcm3
4.略
5.造成全球气候变暖、臭氧层空洞、光化学烟雾的原因是什么？对环境及人类有何危害？为什么不把H2O(g)称为温室气体？
答：温室效应：太阳辐射透过大气，很少一部分被吸收，大部分到达地面，地表又以红外辐射的形式向外辐射，被大气中CO2等温室气体吸收，从而阻止了地球的热量向外空的散发，致使大气层增温。
臭氧层空洞、光化学烟雾：NOX、CFC以及一些工业用剂等，在大气中能发生一系列的光化学反应而破坏臭氧层。 危害：臭氧层的破坏，致使过量的紫外线射到地面，引起植物、生物、人类病变增加；加速高分子材料的老化；增加城市光化学烟雾，加剧环境的污染；造成高空平流层变冷和地面变暖。 因为H2O(g)会在空气中凝聚放热。
6.吸烟者从一支烟中吸入约20 mg 的烟微粒，若这些烟微粒是直径为400 nm 、密度为1.0
10
g·cm3 的球体，那么这些微粒的总表面积是多少？请从吸附角度分析吸烟的危害。 答：由题意得：
A4πr233=== Ai =
V43r2.0×10πr35=1.5×105 ㎝-1
m20×103g3 5 A = Ai ·V = Ai ·=1.5×= 3000 ㎝10×
ρ1.0gcm3
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
1.判别下列对原子核外电子运动的说法哪些是正确的，哪些是错误的？
（a) × （b) √ （c) ×
2.动量 位置
3.n 0,1,2,3共4 4f 7 4.波动（干涉、衍射）
5.请对元素基态原子的有关问题填写下表：
组态 是否存在 主量子数 角量子数 轨道（个数） 最多可容纳电子数
1 p ×
2s √ 2 0 1 2
2d ×
3p √ 3 1 3 6
5f √ 5 3 7 14
6s √ 6 0 1 2
6.铯的电子逸出功为3.04×10-19 J，试求：
（1）使铯产生光效应的光的最小频率极其波长各是多少？
（2）如果要达到能量为2.4×10-19J,必须使用波长为多少纳米的光照射？ 解：由题意得：
Δε3.04×1019J14-1
= (1) ν==4.59×10 s 34h6.63×10Jsc3.0×108ms1=6.54×107m λ==141ν4.59×10s
11
chc3.0×108ms1×6.63×10 (2) λ===νΔε2.4×1019J34Js=8.3×107m
思考题
1.略
2.核外电子运动有什么特征？哪些事实可以说明？ 答：特征：光的波粒二象性 波动：干涉、衍射；
微粒：光电效应、黑体辐射现象
§3.2 元素周期律 金属材料
1.采用表格形式分别列出Ti，Cr，Ni,Cu,Ti4+,Cr3+,Ni2+,Cu2+的外层电子排布式和未成对电子数。
Ti 3d24s2 2 Cr 3d54s1 6 Ni 3d84s2 2 Cu 3d104s1 1 Ti4+ 3s23p6 0 Cr3+ 3s23p63d3 3 Ni2+ 3s23p64s2 2 Cu2+ 3s23p63d9 1
2.某元素的化合价为+6，最外层电子数为1，原子半径是同族元素中最小的，试写出它的： （1）核外电子排布； （2）外层电子排布式；
（3) +3价离子的外层电子排布式； 答：由题意得：该元素为Cr （1） 1s22s22p63s23p63d54s1
(2) 3d54s1
（3）3s23p63d5
3.分别计算出第三周期11Na , 14Si , 17Cl 三种元素核作用在外层电子上的有效核电荷数，并解释其对元素性质的影响。 解：11Na ：
14Si
Z′= 11－(2×1.00+8×0.85)=2.2
= 14－(2×1.00+8×0.85+3×0.35)=4.15 =17－(2×1.00+8×0.85+6×0.35)=6.1
： 17Cl：
4.比较Ti , Fe , Ca , Co , Ga , Mn , Br 的金属性强弱。
Ca > Ti > Mn > Fe > Co > Ga > Br
5.分别计算第四周期19K 和 20Ca 两种元素作用在4s电子上的有效核电荷数，比较两种元素的金属性强弱。 答：19K： =19－(10×1.00+8×0.85)=2.2 20Ca： =20－(10×1.00+8×0.85+1×0.35)=2.85
12
?Z
金属性：19K > 20Ca 6.略
7.什么叫固溶强化，它对金属材料的性质有何影响？
答：当溶质元素溶入溶剂元素后，能使原来的晶格发生畸变，它们将阻碍材料因外力作用而引起的形变，因而使固溶体的强度得到提高，但其延展性和导电性将会下降，这种现象称为固溶强化。
8.比较Ti ,Gr,Co,Cu与碳形成碳化物的趋向的大小，并解释理由。 答：Ti > Gr > Co > Cu d 电子数：
Ti Gr Co Cu 2 5 7 10
一般来讲，d 电子数越小，则金属元素与硼、碳、氮结合强度就越大，稳定性也越大。
思考题
1.p区零族元素和d区第Ⅷ族元素的最外层电子组态是否相同？试写出它们的通式。 答：p区零族元素： ns2np1~6
d区第Ⅷ族元素: (n－1)d1~10ns1~2
2.合金有哪几种基本类型？置换固溶体和间隙固溶体的晶格结构有何区别？
答：根据合金中组成元素之间相互作用的情况不同，一般可分为三种结构类型：金属固溶体型；金属间化合物型；简单机械混合型。
置换固溶体：溶质原子占据了溶剂原子的位置；
间隙固溶体：溶质原子半径小，分布在溶剂原子空隙之间。
§3.3 化学键 分子间力 高分子材料
练 习 题 1.用正确的内容和标号填入空格内，使下列说法完整无误： （1） c, f
(2) a b ,c ,d (3) a , d (4) d (5) b
2+4-
2.乙二胺四乙酸根合钙 Ca Y
3.比较化学键、氢键、分子间作用力的大小。 答：分子间作用力<氢键<化学键
4.分别指出能溶解聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸脂的溶剂。 答：聚甲基丙烯酸甲酯——环己酮 聚氯乙烯——丙酮
13
聚碳酸脂——乙醛
5.丁二烯 分子中的σ键和π键各是多少？ 答：9 ， 2
6.指出下列四组物质中有氢键的物质，并用电负性及化学的观点解释之。 （a）HF ， HCl , HI (b) (c)
H2O ,
H2SHSe , 2
CH3CH2OH,
CH4O ,
CH2OCH2
HN(CH2)6HN**C(CH2)4C (d) * H2CHC**H2Cn ,
HC*CNn ,
Cln
7.写出聚二甲基硅氧烷线型分子的化学式，简述它的性质和产生这些性质的原因。
CH3*SiCH3O*n答：
O性质及产生的原因：（1）耐热性。这是由于Si键、CO键的键能（452kJ?mol?1 ）大于CC键。
（2）耐寒性。线型有机硅氧烷的分子较对称，硅氧烷的极性不大，因此耐寒性较好。 （3）耐水性。聚有机硅氧烷的侧链是羟基，呈憎水性。
（4）电绝缘性。聚有机硅氧烷具有不随外电场而取向极化的非极性侧基和分子的对称性，因此有高度的绝缘性和介电性能。 8.略。
思 考 题
1.化学键是什么？一般可分成几类？各类化学键中原子、电子的关系是怎样？原子在分子中对电子吸引力的大小用什么来衡量？
答：①化学键：原子结合态（比如分子）中相邻原子间较强烈的相互作用。
② 一般可分为离子键、共价键两类。
14
③ 离子键是由正负离子痛过强烈的静电作用而形成的化学键，没有自由电子。
共价键是由共享电子对形成的化学键。 ④ 电负性来衡量。
2.两个氢原子是怎样结合成分子的？两个氦原子为什么不能结合成答：（1）在氢分子中，两个H原子的1s轨道可以组合成1个
He2分子？
H2的两个分子轨道。而2个
H1s电子首先填充在成键分子轨道中，填充的结果使整个分子系统的能量降低，因此，2分
子能够稳定存在。
（2）下面我做不来了~~~
§3.4 晶体缺陷 陶瓷和复合材料
1. 略。
2. 陶瓷一般由哪些相组成，它们对陶瓷的形成和性能有什么作用和影响？
答：陶瓷由晶相、玻璃相、晶界相和气相组成。 晶相决定了陶瓷的刚性、导热性等物理性质；
玻璃相对制品所起的作用是是黏结作用、填充气孔以及降低烧结温度等，同时也为制品提供了一定的韧性。
晶界的结构对陶瓷的性能影响很大；
气孔的存在可以提高陶瓷的绝热性能，但气孔也能使陶瓷的抗击穿能力下降，受力时容易产生裂纹，透明度下降。 3. 为什么硅酸盐陶瓷做绝缘材料时要求Na离子含量越低越好？氧化铝（刚玉）陶瓷、氧
化镁陶瓷等绝缘性能如何，为什么一般情况下不用它们做绝缘材料？ 答：在陶瓷材料中，
+K2ONa2O之比值不应小于3.5，即钠离子的含量越低越好。因为
金属离子的电荷数高，离子半径大，则与硅氧四面体负离子的结构也牢固，绝缘性能好。 高铝瓷、镁质瓷中，它们做绝缘材料。
4. 写出氮化硅陶瓷的化学式，指出化学键类型，指出它的特性和用途。
氮化硅是通过共价键结合而形成的原子晶体。它在1200℃下可维持室答：
温时的强度和硬度，在氧化性不太强的介质中最高安全使用温度可达1650℃~1750℃，因此氮化硅陶瓷可用于火箭发动机尾管及燃烧室，也可用于无冷却汽车发动机。
Al2O3和MgO 的含量很高，价格昂贵，所以一般情况下不用不用
Si3N4 15
第四章 化学反应与能源
§4.1 热化学与能量转化
1.在下述各题四种表述或数据中选择正确的答案，填在空格中： （1） a b (2) b d (3) c (4) b
2.在下列反应过程中：
?U 与
?H是否有区别？为什么？请计算说明。其中（1）和
（3）以1 mol CaCO3分解、1 mol CH4 完全氧化计算，（2）以生成2 mol 的H2O计算，（4）以析出1molCu计算。 （1）（2）（3）（4）
CaCO3(s)810℃→CaO(s)+CO2(g)25℃
2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)
CH4(g)+O2(g)CuSO4(aq)+Zn25℃→CO2(g)+2H2O(g)→ZnSO4(aq)+Cu
25℃解：（1） （2） (3)
ΔH=ΔU+RT
1
ΔH=179.2kJmol
ΔU=170.2kJmol1
ΔH=ΔU3RT
1ΔH=571.6kJmol
ΔU=564.2kJmol1
ΔH=ΔU+RT
ΔH=802.5kJmol1ΔU=805.0kJmol11
(4)
ΔU=ΔH=218.7kJmol
制成化学储能装置。已知
3.某公司已根据反应：
Na2S(s)+9H2O(g)=Na2S?9H2O(s) 16
Na2S(s)和Na2S?9H2O(s)—3079.41
在298.15K时的标准摩尔生成焓分别是—372.86
kJmol1和
kJmol1，试求1kg干燥的
Na2S 吸收水蒸气变成
Na2S?9H2O时所放出
的热量。
解：从附录中查得
θΔrHm(B)/(kJNa2S(s)+9H2O(g)=Na2S?9H2O(s)
mol1) —372.86 —241.8 —3079.41
θθΔrHm=ΣυBΔfHm(B)B 又知：
θθθ=ΔfHm(Na2S?9H2O,s)ΔfHm(Na2S,s)9ΔfHm(H2O,g)1=[3079.41(372.86)9×(241.8)]kJmol=53035kJmol1
1M(Na2S)=78gmol
所以放出的热量=4.已知
530.35kJ1000gmol1×78gmol1=6799.36kJ
N2H4(l)和N2O4(g)在298.15K时的标准摩尔生成焓分别是
50.63kJ?mol?1和
9.66kJ?mol?1，计算火箭燃料联氨和氧化剂四氧化二氮反应：
的标准焓变。计算32g液态联氨完全氧化时所
2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(l)放出的热量。
解：从附录中查得
θΔrHm(B)/(kJ2N2H4(l)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(l)
mol1) 50.63 9.66 0 —285.8
θθΔrHm=ΣυBΔfHm(B)B
θθθθ=4ΔfHm(H2O,l)+3ΔfHm(N2,g)ΔfHm(N2O4,g)2ΔfHm(N2H4,l)1=[4×(285.8)+3×09.662×50.63]kJmol=1254.12kJmol1
17
又知 ：
M(N2H4)=32gmol1
1Q=所以：
m32gθ?ΔrHm=×(1254.12)kJmol1MυN2H432gmol×2=627.06kJ
5.计算298.15K时反应：
θΔrHm(298.15K)CaO(s)+H2O(l)=Ca+(aq)+2OH(aq)400JK1的标准摩尔焓变
.设某罐头的热容为,反应放出的热有80%被吸收，要将其从
25℃加热到80℃，需CaO至少多少克？ 解：从附录中查得
θθΔrHm=ΣυBΔfHm(B)BCaO(s)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2OH(aq)
θΔrHm(B)/(kJmol1) —634.9 —285.8 —542.8 -230.0
θθθθ=2ΔfHm(OH,aq)+ΔfHm(Ca2+,g)ΔfHm(H2O,l)ΔfHm(CaO,s)1=[2×(230)+(542.8)(285.8)(634.9)]kJmol=82.1kJmol1
设需要CaO
x克，则：
x×(82.1)×80%=CsΔT=0.4×(8025) 56
x=18.76(g)
6. 298.15 K时，在弹式热量计中，将5.0 g 液态苯完全燃烧生成CO2 (g) 和H2O（l),放热209.2kJ，计算该反应的△U和△H。1mol液态苯在弹式热量计中完全燃烧放热多少？ 解：由题意得：
15C6H6(l)+O2→6CO2(g)+3H2O(l) 2
ΔU=Q=209.2kJ
ΔH=ΔU+ΔnRT=209.21.5RT=212.92kJ 1000∴Qυ=78×(209.2kJ)=3263.52kJmol1 518
7.恒容反应热和恒压反应热有什么不同？试分别估计下列两个放热过程中，Qp 和Qv 值的大小？为什么？
1H2(g)+O2(g)=H2O(g)2
1H2(g)+O2(g)=H2O(l) 2解：（1） （2）
Qv=ΔU=240.56kJmol1
Qp=ΔU+ΔnRT=ΔU1RT=241.8kJmol1 21Qv=ΔU=282.08kJmol
Qp=ΔU+ΔnRT=ΔU3RT=285.8kJmol1 2的热效应。
8.估算炼铁炉中主要反应：解：从附录中查得
Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)
θθΔrHm=ΣυBΔfHm(B)BFe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)
θΔrHm(B)/(kJmol1) —824.2 —110.5 0 —393.5
1
=[3×(393.5)3×(110.5)(824.2)]kJmol=24.8kJmol1
9.设轻汽油的组成是C5H12 , 估算燃烧 1 g 汽油放出的热量。 解：从附录中查得：
θΔrHm(B)/(kJC5H12(l)+8O2(g)→5CO2(g)+6H2O(g)
mol1) —179.28 0 —393.5 -241.8
θθΔrHm=ΣυBΔfHm(B)B
1
=[6×(241.8)+5×(393.5)(179.28)]kJmol=3239.02kJmol1
19
3239.02kJmolQ=72gmol1
1=44.99kJg1
§4.2 化学反应的方向和限度
1.判断下列说法是否正确，正确的在后面括号内用“√”表示，错误用“×”表示： （1） ×
(2) √ (3) × (4) × (5) × (6) √
2.不查表，试比较下列物质的标准摩尔熵值的大小 （1）H2O(s），H2O(l）,H2O(g）；
H2O(s）< H2O(l）< H2O(g）
(2)298.15 K ,398.15 K ,498.15 K时的H2O(g）； 298.15 K < 398.15 K<498.15 K [ H2O(g）] (3)同一温度下的Fe ,FeO ,Fe2O3.
Fe < FeO < Fe2O3
理由：一般说来，同样的原子或原子结合态单元在气态时的熵值S较液态、固态依次增大；原子在结合态中的数目越多，熵值越大；温度越高，粒子的热运动越快，所以熵S越大。 3.计算反应：
C(s)+CO2(g)=2CO(g)在298.15K时的标准摩尔吉布斯函数变。
解：由附录查得：
θθΔrGm=ΣυBΔrGm(B)BC(s)+CO2(g)=2CO(g)
θΔrGm(B)/(kJmol1) —394.4 —137.2
1
=[2×(137.2)(394.4)]kJmol=120kJmol1
4.近似计算反应：
CaCO3(s)=2CaO(s)+CO2(g)在1222K时的
??rGm值，若此时的
p(CO2)为100kPa，判断
20
能否自发进行。 解：由题意得：
θθΔrHm(298.15K)=ΣυBΔrHm(B)B
1
=[(634.9)+(393.5)(1207.6)]kJmol1
=179.2kJmol
θθΔrSm(298.15K)=ΣυBΔrSm(B)B
=(38.1+213.891.7)J=160.2Jmol1mol1K1
K1
θθθΔrGm(1222K)≈ΔrHm(298.15)TΔrSm(298.15)
=179.2×1000J=16.56kJmolmol111222K×160.2Jmol1K
p(CO2)=100kPa
∴Q=1θ∴ΔrGm(1222K)=ΔrGm(1222K)=16.56kJmol1
∴反应能自发进行。
5.制取半导体材料硅，可用下列反应：SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g) (1)估算上述反应的
θΔrHm(298.15K)及
θΔrSm(298.15K)；
（2）估算上述反应的（3）估算上述反应的
θΔrGm(298.15K)θΔrGm(1000K)，在标准状态298.15K下正反应能否自发进行？
，在标准状态1000K下正反应能否自发进行？
（4）估算上述反应制取硅时，自发进行的温度条件。 解：由题意得： (1)
θθΔrHm(298.15K)=ΣυBΔrHm(B)B
1
=[0+2×(110.5)2×0(910.7)]kJmol21
=689.7kJmolB1
θθΔrSm(298.15K)=ΣυBΔrSm(B)
(2)
=[18.8+2×197.72×5.741.5]J=361.3Jmol1mol1K1
K1
θθθΔrGm(T)≈ΔrHm(298.15)TΔrSm(298.15)
（3）
=689.7kJmol1298.15K×361.3J1mol1K1
=581.98kJmol
θθθΔrGm≈ΔrHm(298.15)TΔrSm(298.15)
=689.7kJmol11000K×361.3J>0
mol1K1
所以不能自发进行
=328.4kJmol1（4）要使反应能自发进行，则 即
θθθΔrGm(T)≈ΔrHm(298.15)TΔrSm(298.15)<0
689.7kJmol1T×361.3J
mol1K1<0
6.试判断下列反应的（1）
??rSm?T>1908.94K是大于零还是小于零：
Zn(s)+2HCl(aq)→ZnCl(aq)+H2(g)mol1θΔrSm=23JK1<0
（2）
CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)mol1θΔrSm=160.2JK1>0
22
（3）
NH3(g)+HCl(g)→NH4Cl(s)mol1K1θΔrSm=285.1J<0
（4）
CuO(s)+H2(g)→Cu(s)+H2O(l)mol1
θΔrSm=70.1JK1<0
7.水煤气反应：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) 问：
（1）此反应在298.15K时，H2O(g)，CO(g)及H2(g) 的分压均为100kPa下能否向正方向进行？ （2）若升高温度能否向正方向进行？
（3）在各气体分压均为100kPa下多高温度时，此体系才能处在平衡状态？ 解：（1）
θθΔrHm(298.15K)=ΣυBΔrHm(B)B
1
=[0+(110.5)0(241.8)]kJmol=131.3kJmol1
θθΔrSm(298.15K)=ΣυBΔrSm(B)B
=[197.7+130.75.7188.8]J=133.9Jmol1mol1K1
K1
θθθΔrGm≈ΔrHm(298.15)TΔrSm(298.15)
=131.3kJmol=91.38kJmol1298.15K×133.9J>0
mol1K1
1
所以不能自发进行
（2）要使反应能自发进行，则 即
θθθΔrGm(T)≈ΔrHm(298.15)TΔrSm(298.15)<0
131.3kJmol1T×133.9J
mol1K1<0
（3）当T=980.58K时，
θΔrGm=0?T>980.58K，此时体系处于平衡状态。
23
8.已知反应：CaO(s)+SO3(g)=CaSO4(s)在298.15K时估算这个反应在100kPa压力下，当
θΔrGm(T)=0θΔrHm=402.0kJmol1，
θΔrGm=345.7kJmol1，
时的温度T，并简述向燃烧高含硫量煤的炉中投入生石灰（CaO)
可除去SO3，减少大气污染的理由。
解：
θθθΔrGm≈ΔrHm(298.15)TΔrSm(298.15)
1
?ΔrS=θmθΔrHmθΔrGmT(402+345.7)kJmol=298.15K1
θm=188.83JmolK1
1θΔrHm402.0kJmol1T==ΔrG=0θ当 时，则 ΔrSm188.83Jmol1K=2128.9K
§4.3 化学平衡和反应速率
1.试写出下列两个反应的标准平衡常数表达式： （1）2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) (2)ZnS(s)+2H+(aq)=Zn2++H2S(g)
解：(1)
Kθ=(pNO2/pθ)(pO2/pθ)(pN2O5/pθ)2
[c(Zn2+)/cθ][p(H2S)/pθ]K=[c(H+)/cθ]2 (2)
θ
2.在什么条件下储存CO2（g），才能使如下吸热反应的CO2分解最少？
1CO2(g)?CO(g)+O2(g) 2解：恒压、降温
3.吸热反应。
4.在1000℃时，反应FeO(s)+CO(g)→Fe(s)+CO2(g)的平衡常数等于0.5，如果CO和CO2的初始浓度均为0.05mol/dm，求它们平衡时的浓度。
3
24
解：设平衡时
cCO2为x，则
cCO为（1—x)，由题意得：
K=θpCO2/pθpCO/pθ=x1x=0.5
?x=0.033molL1
即CCO2=0.033molL1,CCO=0.067molL1
5.某反应从30℃升到37℃时，反应速率加快到原来的10倍，试估算反应的活化能。
解：
lnk2Ea1=(k1RT11)T2
6.略 7.略 8.略
?ln10=Ea1(8.3145303.1511)310.15
?Ea=257.15kJmol§4.4 氧化还原反应和能源的开发和利用
1.（1）× （2）√ （3）× （4）√ 2.（1） C (2) b 3.
Fe3+/Fe2+>Cu2+/Cu>Fe2+/Fe
4.在PH=5时，比较
0.01moldm3的KMnO4 ，100kPa的Cl2和0.01mol/dm-3 K2Cr2O7的氧化性强弱[假定反
应时c(Mn2+)=c(Cr3+)=c(Cl-)=1.0mol/dm-3]
25
解：已知：?
MnO4+8H++5e?Mn2++4H2O2+θ2+
0.059[c(MnO4)/cθ][c(H+)/cθ]8E(MnO4/Mn)=E(MnO4/Mn)+lg 5[c(H2O)/cθ]40.059lg[0.01×(105)8 5=1.0114V=1.587+
?
Cl2+2e=2Cl，根据能斯特方程有：
E(Cl2/Cl)=Eθ(Cl2/Cl)+p(Cl2/Cl)0.059lg2[c(Cl)/cθ]2
?
=1.3827+0.059lg1 2=1.3827
2Cr2O7+14H++6e=Cr3++7H2OE(Cr2O
27/Cr)=E(Cr2O3+θ270.059[c(Cr2O72)/cθ][c(H+)/cθ]14/Cr)+lg 6[c(H2O)/cθ]73+
5.计算下列反应：
=1.232+0.059lg[0.01×(105)14] 6=0.524
?氧化性强弱关系：Cl2＞KMnO4＞K2Cr2O7Ag+(aq)+Fe2+(aq)=Ag(s)+Fe3+(aq)
(1)在298.15K时的平衡常数 (2)如果反应开始时，解：由题意得：
K?
3c(Ag+)=1.0moldm3,c(Fe2+)=0.10moldm，求达到平衡时的
Fe3?浓度。
（1）
lgKθ=E(θAg+/Ag)E(θFe3+/Fe2+)0.059?Kθ=3.05
=0.79960.771=0.485 0.059
26
(2)令平衡时的
Fe3?浓度为c，则：
Kθ=c=3.05(1.0c)(0.10c)
?c=0.075molL1
6.将银棒插入知：（1） （2）
AgNO3溶液中，将铂片插入含有
FeSO4和Fe2(SO4)33的溶液中，并用盐桥连接，组成原电池。已
c(Ag+)=c(Fe2+)=c(Fe3+)=1moldm
3c(Ag+)=0.01moldm3,c(Fe2+)=c(Fe3+)=1moldm
试分别写出电池符号表示式、电极反应和总反应式，并计算其电动势。
解：由题意得：
()PtFe3+,Fe2+??Ag+Ag(+)θ(Ag+/Ag)+
（1）
E1=E+0.059lg(Ag)[Eθ(Fe3+/Fe2+)(Fe3+)+0.059lg(Fe2+)
（2）
=0.79960.771=0.0286
E2=0.7996+0.059lg(0.01)0.771=0.68160.771=0.0894
7.已知反应
E正=1.507V,Fe3++e=Fe2+,E负=0.77V,求，
（1）
MnO4+8H++5e?Mn2++4H2Oc(MnO4)=c(H+)=0.10moldm3和c(Mn2+)=0.010moldm（2）反应（3）当
3 时的电极电势值。
（用标准电极电势求算）
3θMnO4+8H++5Fe2+?Mn2++4H2O+5Fe3+的平衡常数Kθ和ΔrGmc(MnO4)=c(Fe2+)=c(H+)=0.10moldm3和c(Mn2+)=c(Fe3+)=0.010moldm时，计算
?rGm并判断（2）题给出反应进行的方向。
0.059c(MnO4)c(H+)E=1.507+lg=1.42445c(Mn2+)解：（1）
（2）
lgKθ=(1.5070.77)×5?Kθ=2.88×1062=62.46 0.05927
（3）
8..已知下列电池电动势为0.436V，试求Ag+离子浓度： θΔrGm=nFEθ=355.603kJmol1
CuCu2+(0.01moldm3)??Ag+(χ0.01moldm3）Ag
E=0.7996+0.059lgχ[0.3419+0.059lg(0.01)]=0.436解：
?χ=0.043mol
2 L1
28
第五章 水溶液中的化学反应和水体保护
§5.1 弱酸弱碱溶液
1.用酸碱质子理论，指出下述物质哪些是酸，哪些是碱？哪些是两性物质？并写出其对应的共轭酸或碱。
酸碱质子理论：凡是能够提供质子的分子或离子都是酸；凡是能够接受质子的分子或离子都是碱。
酸 碱 ?NH4H2SS2?HS?NH3CN?HCNH2OOH??NH4两性物质 H2SHS?HCN S2? ?NH3 CN?OH? HS? 、H2OOH? 、 CN? NH3 HS?NH4HCNH2OH2SS2? H3O? 2.试用热力学数据计算氨水在水溶液中的标准解离常数。
θΔrGmlgK=解：2.303RT
θ 3.求0.20解：
moldm3的NH4Cl 溶液的PH。
+NH4+H2O=NH4OH+H+0.2-c c c
29
c2KwK==θ?c=1.06×105molL1 0.2Kb
θa
∴PH=4.97
4.比较浓度为0.10解：
moldm3的HAc ，HF , NH3 , H3PO4 在25℃酸性的强弱。
5.已知下列物质解离常数适？ （1）（2）（3）
??Ka或Kb值，欲配置PH=3 的缓冲溶液，问选择哪种物质是最合
θHCOOH,Ka=1.77×10θHAc,Ka=1.74×1054
5NH3θH2O,Kb=1.79×10
解：（1）
θPH=PKa=3.75
（2）（3）
θPH=PKa=4.76θPH=PKwθPKb=144.75=9.25
6.计算含有0.10
3
moldm3的HAc与含有0.100
3
moldmdm33的NaAc的缓冲溶液的的HCl溶液，则溶液的PH
3PH。若在100 cm 上述缓冲溶液中加入1.00 cm1.00是多少？ 解：由题意得：
θPH=PKa+lgmolc(HAc)=0.11moldm3，
c(Ac)=0.09moldm
c(Ac)0.09=4.76+lg=4.67c(HAc)0.11
3
7.在0.200.20
mol3dm的氨水溶液中，溶入NH4Cl 晶体，使
3
?NH4浓度达到
moldm，求改溶液的PH 。若在1000 cm此溶液中加入10cm0.10
θpKb=9.253
moldm3的
NaOH ，则溶液的PH 是多少？ 解：（1）
30
θθPH=pKa=pKw
（2）
PH=9.25+lg0.2+0.001=9.254 0.20.001θPH=pKa+lgc(Ac)=5c(HAc)
3
8.现有125 cm1.0 需加6.0
3
moldm的NaAc 溶液，欲配置250 cm3 PH 为5.0 的缓冲溶液，
mol?dm?3 的HAc 溶液多少立方厘米？
解：
θPH=pKa+lgc(Ac)c(Ac)=5?lg=0.24c(HAc)c(HAc)
即c(Ac)=1.74c(HAc) dm3
125cm3×1.0mol?c(Ac)=250cm3=0.5moldm3
∴c(HAc)=0.5=0.287moldm3 1.740.287moldm3×250cm3∴V==11.96cm33 6moldm
§5.2 水溶液中的沉淀溶解反应和配位反应
1.B、D 2.C
3.在不断振荡下，在10 cm3 浓度均为0.100.05
moldm3的Cl- 和I- 溶液中逐滴加入
moldm3AgNO3 20 cm3 ,
(1)定性说明将有什么现象产生？ (2)当AgI 沉淀完全析出
(即c(I-)<1.0×10-6moldm3)时，溶液中Ag+浓度将为多少？此
31
时能否产生AgCl沉淀？
(3)若使AgCl沉淀完全析出，共需0.05
moldm3AgNO3 溶液多少立方厘米？
解：（1）先产生黄色沉淀，后有部分白色沉淀。
K[AgI]8.52×10[Ag]==（2）[I]106+17=8.52×1011
10QAgCl=8.52×10 所以没有AgCl （3）4.
11×0.10=8.52×1012 M1V1=M2V2 4×10[Cr]=523+3=7.69×105molL1 10θKa[OH]=3?[OH]=3.89×103+c(Cr) 5.略 6. 32