《无机及分析化学》《普通化学》习题选解
第1章 水溶液
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1-1. 排出下列稀溶液在310 K时，渗透压由大到小的顺序
(1) c(C6H12O6) = 0.10 mol·L-1 (2) c(NaCl) = 0.10 mol·L (3) c(Na2CO3) = 0.10 mol·L-1
解：Cos(C6H12O6)=c=0.10mol·L-1 Cos(NaCl)=2c=0.20mol·L-1
Cos(Na2CO3)=3c=0.30mol·L ∴Cos(1) 1-2. 某一元弱酸HA100mL，其浓度为0.10mol·L-1 , 当加入0.10mol·L-1的NaOH溶液50mL 后，溶液的pH为多少？此时该弱酸的解离度为多少？(已知HA的Ka=1.0×10) 解： HA + NaOH = NaA + H2O 代入数据 0.10×100 0.10×50 =10mmol =5mmol 可知HA过量5mmol，产生NaA 5mmol,构成一个缓冲溶液。 由公式pH?pKa?lgn共轭碱n共轭酸-5 -1 =5+lg(5/5)=5 解离度??[H]c(HA)+?100%?1?105150?5?100%?0.03% 1-3. 欲配制pH=5.00的缓冲溶液500mL，现有6 mol·L-1的HAc34.0mL， 问需要加入 NaAc·3H2O(M=136.1g·mol-1)多少克？如何配制？ 解：根据公式pH?pKa?lgn(A)n(HA)- 代入计算，5.00?4.75?lgnNaAc6?34.0?10?3 得到：nNaAc=0.363mol, m(NaAc·3H2O)=0.363×136.1=49.4克 配制方法：称取49.4克NaAc·3H2O，溶解于100mL烧杯中，转移到500mL容量瓶中，稀释，定容，酸度计校正。 1-4. 已知298K时PbI2在纯水中的溶解度为1.35?10-3 mol ? L-1，求其溶度积。（9.8?10-9） 解：PbI2(s) PbI2(aq) Pb2+ + S2- S S 2S 又：Ksp?[Pb][I]?S?(2S)?4S Ksp = 4×(1.35×10-3)3 = 9.84×10-9 ΘΘ2+-223 1-5. 现有0.1 mol ? L的Fe和Fe溶液，控制溶液的pH值只使一种离子沉淀而另一种离子留在溶液中？ 解：Fe(OH)2开始沉淀时： [OH]?--12+3+ Ksp[Fe][OH]-2+?1.64?100.14.05?10?7?14?4.05?10mol?L ?7?1pOH??lg??lg?6.39 pH=14-pOH?7.61 Fe(OH)3开始沉淀时： [OH]?-3Ksp[Fe]3+?31.10?100.1?36?3.32?10?12mol?L ?1所以，Fe3+先沉淀 当Fe沉淀完全时： [OH]?-33+ Ksp[Fe][OH]-3+?31.10?10101.04?10?6?36?1.04?10?10mol?L ?1pOH??lg??lg?10?9.98 pH?14?pOH?4.02 所以pH范围是：4.02﹤pH﹤7.61 第2章 化学反应的基本原理 2-1. 估计下列各变化过程是熵增还是熵减。 (1) NH4NO3爆炸 2NH4NO3(s)→2N2(g)十4H2O(g)十O2(g) (2)臭氧生成 3O2(g) →2O3(g) 解：(1)NH4NO3爆炸后，气体体积急剧增大，是熵值增大的过程； (2)生成臭氧后，气体体积减小，是熵减过程。 2-2. CO是汽车尾气的主要污染源，有人设想以加热分解的方法来消除之： CO(g)?C(?s)122O( g)试从热力学角度判断该想法能否实现？ 解：受热分解反应一般为吸热反应，所以反应 CO(g)?C(s)?12O2(g) 其ΔH为正值。另从反应式可知，反应前后的气体摩尔数减少，所以ΔS为负值。根据公式 ?G??H?T?S 当ΔH为正值、ΔS为负值时，在任何温度下ΔG总是正值，所以此反应在任何温度都不能发生。以加热分解方法来消除汽车尾气中的CO气在热力学上不能实现所以就不必徒劳去寻找催化剂了。 2-3. 判断下列反应 （1）在25℃下能否自发进行？ （2）在360℃下能否自发进行？ （3）求该反应能自发进行的最低温度。 解：查表得： C2H5OH(g)C2H5OH(g)?C2H4(g)?H2O(g) C2H4(g) H2O(g) ?fGm?/kJ·mol-1 -168.6 68.12 -228.6 /kJ·mol-1 -235.3 52.28 -241.9 ?fHm??Sm/J·K-1·mol-1 282 219.5 188.7 （1）C2H5OH(g)?C2H4(g)?H2O(g) ?rGm(298)??fGm[C2H4(g)]??fGm[H2O(g)]??fGm[C2H5OH(g)] ???? ?(?228.6?)?8.1k2J?mol?168.?12?( 168.6)?因为?rGm(298)>0，反应在25℃下不能自发进行。 ????（2）?rHm(298)??fHm[C2H4(g)]??fHm[H2O(g)]??fHm[C2H5OH(g)] ??52.2?8?(241?.9)??1( 235.3)?45.6k8J?mol?rSm(298)?Sm[C2H4(g)]?Sm[H2O(g)]?Sm[C2H5OH(g)] ??? 根据公式 ?219.5?188.7?282?126.2J?K?1?mol?1 ?G???H??T?S? 由于?H?和?S随温度变化很小，可以看成基本不变。 ?G633K?45.68?633???126.21000 ?1 ??34.k2J?mol< 0 因此反应在360℃下能自发进行。 （3）求反应能自发进行的最低温度 根据公式?G???H??T?S? ΔG?< 0 时反应自发进行，故?H??T?S??0 T??H?S???45.68?1000126.2?362K 故该反应能自发进行的最低温度是89℃。 ???2-4. 反应PCl5(g)????PCl3(g)?Cl2(g)在760K时的标准平衡常数K为33.3。若将 50.0g的PCl5注入容积为3.00L的密闭容器中，求760K下反应达平衡时PCl3的分解率，此时容器中的压力是多少？ 解：n(PCll5)5)?m(PCM(PCl?50?0.240mol 5)208PCl5的初始分压为 p(PClCl5)RT5)?n(PV?0.24?8.314?7603.00?505kPa p(PCl?5)/p?505 100?5.05该反应在恒温恒容下进行，以pp?B/为基准计算。 PCl5(g)?PCl3(g)?Cl2(g) 开始时p?B/p 5.05 0 0 平衡时p?B/p 5.05-x x x ??2K??[p(PCl3)/p]?[p(Cl2)/p][p(PCl?x 5)/p?]5.05?x?33.3解得 x = 4.45 mol 在恒容恒温下转化的PCl5的分压为 p(转，PC5l)?4.4?510?04k4P 5a PCl5的分解率为 ??n(转，PCl5) n(初，PCl?100%?p(转，PCl5)5)p(初，PCl?100%5) =445505?100%?88.1% 平衡时 p(PC5l)?（5.05-4）.?45?100kP a60 p(PCl3)?p(Cl2)?445kPa 总压力为：p?p(PCl5)?p(PCl3)?p(Cl2)?60?445?445?950kPa 2-5．设某一化学反应的活化能为100kJ·mol(1)当温度从300K升高到400K时速率加快了多少倍? (2)温度从400K升高到500K时速率加快了多少倍？说明在不同温度区域，温度同样升高100K，反应速率加快倍数有什么不同？ 解：根据公式lgk2?k1EaT2?T1-1 求解 2.303RT2T13（1）lgk2?k1100?10400?3002.303?8.314400?300?4.35 k2k1k1?22340 100?103（2）lgk2?k2k1500?4002.303?8.314500?400?2.609 ?407 (3)以上计算说明，温度越高，升高同样温度使反应速率加快倍数减少。这是由于温度高时本身反应速率快，升温反应加快的倍数相应地较小。 范特荷夫规则：温度升高10℃，反应速率增加2—3倍。它仅是一个近似规则，实际上与基础温度及活化能有关。 2-6. 反应2NO(g) + H2(g) → N2(g) + H2O(g)的反应速率表达式为v=k[NO]2[H2]，试讨论下列各种条件变化时对初速率有何影响。 （1） NO的浓度增加一倍 （2） 有催化剂参加 （3） 降低温度 （4） 将反应容器的容积增大一倍 （5）向反应体系中加入一定量的N2 解：（1）NO的浓度增加一倍，初速率增大到原来的4倍； （2）有催化剂参加，初速率增大； （3）降低温度，初速率减小； （4）将反应器的容积增大一倍，初速率减小到原来的1/8； （5）向反应体系中加入一定量的N2，初速率不变。 第3章 电化学原理与应用 3-1. 用氧化数法或离子电子法配平下列各方程式： 解；(1)3 As2O3+4HNO3+7H2O=6H3AsO4+4NO (2)K2Cr2O7+3H2S+4H2SO4=K2SO4+Cr2(SO4)3+3S+7H2O (3)6KOH+3Br2=KBrO3+5KBr+3H2O (4)3K2MnO4+2H2O=2KMnO4+MnO2+4KOH (5)4Zn+10HNO3=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O (6)I2+5Cl2+6H2O=10HCl+2HIO3 (7)2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++5O2+8H2O (8)2MnO4-+SO32-+2OH-=2MnO42-+SO42-+H2O 3-2.配平下列各反应方程式，并将它们设计组成原电池，写出电池组成式： (1)MnO4+Cl+H???Mn+Cl2+H2O +- ?AgI(s) (2)Ag+I??--+ 2+ 解：(1)(-)Pt,Cl2|Cl||MnO4,Mn,H|Pt(+) (2)(-)Ag,AgI|I-||Ag+|Ag(+) 3-3.如果下列原电池的电动势为0.500V(298K) Pt,H2(100kPa)|H(?mol·L)||Cu(1.0mol·L)|Cu 则溶液的H浓度应是多少? 解：??E??E??E?Cu2+/Cu--2++ +-12+-1 + ?ESHE?0.05922lgc(H) 2+c(H+)=1.8×10-3mol·L-1 3-4.已知 PbSO4+2e?Pb+SO4 EΘ=-0.359V -2-2+-Pb+2e?Pb EΘ=-0.126V 求PbSO4的溶度积。 解：lgKsp?Θn?Θ0.0592?2(?0.359?0.126)0.0592??7.9 Ksp=1.3×10-8 第4章 物质结构 4-1.下列各组量子数的组合是否合理？为什么？ （1）n=2 ,l=1, m=0 （2）n=2, l=2 ,m=-1 （3）n=3, l=0, m=0 （4）n=3 ,l=1, m=+1 （5）n=2, l=0, m=-1 （6）n=2, l=3, m=+2 (不合理的有：（２）、（5）、（6） 不符合量子化条件) 4-2.写出17Cl，19K，24Cr，29Cu，26Fe，30Zn，31Ga，35Br，59Pr和82Pb的电子结构式（电子排布）和价电子层结构。 原子 17Cl 19K 24Cr 电子排布 [Ne]3s23p5 [ Ar]4s [Ar]3d54s1 1价电子层结构 3s23p5 4s 3d54s1 126Fe 29Cu 30Zn 31Ga 34Se 35Br 59Pr 82Pb [Ar]3d64s2 [Ar]3d104s1 [Ar]3d4s [Ar]3d104s24p1 [Ar]3d4s4p [Ar]3d4s4p [Xe]4f 36s2 [Xe] 4f5d6s6p 141022102510241023d64s2 3d104s1 3d4s 4s22p1 4s2p 4s4p 4f 36s2 6s6p 222524102 4-3.指出具有下列性质的元素(不查表，且稀有气体除外) (1)原子半径最大和最小。 (2)电离能最大和最小。 (3)电负性最大和最小。 (4)电子亲合能最大。 答:(1)原子半径最大和最小: Cs, H (2)电离能最大和最小:F, Cs (3)电负性最大和最小: :F, Cs (4)电子亲合能最大:Cl 4-4.指出下列分子中心原子的杂化轨道类型： BCl3 PH3 CS2 HCN OF2 H2O2 N2H4 AsCl5 SeF6 答: BCl3(sp2) PH3(sp3不等性) CS2 (sp) HCN(sp) OF2 (sp3不等性) H2O2 (sp3不等性) N2H4 (sp3不等性) AsCl5(sp3d) SeF6(sp3d2) 4-5.试问下列分子中哪些是极性的?哪些是非极性的? CH4 CHCl3 BCl3 NCl3 H2S CS2 答: 极性分子: H2S NCl3 CHCl3 非极性分子:CH4 BCl3 CS2 4-6.指出下列各对分子之间存在的分子间作用力的具体类型(包括氢键) (1)苯和四氯化碳 (2)甲醇和水 (3)二氧化碳和水 (4)溴化氢和碘化氢 答: (1)色散力 (2)色散力,诱导力,取向力,氢键 (3) 色散力,诱导力 (4) 色散力,诱导力,取向力 第5章 配位化合物 5-1．指出下列配合物的中心离子、配体、配位数、配离子电荷数和配合物名称。 K2[HgI4] [CrCl2(H2O)4]Cl [Co(NH3)2(en)2](NO3)2 Fe3[Fe(CN)6]2 K[Co(NO2)4(NH3)2] Fe(CO)5 解： 配合物 中心离 配体 配 位 配离子电荷名称 子 K2[HgI4] [CrCl2(H2O)4]Cl [Co(NH3)2(en)2](NO3)2 Fe3[Fe(CN)6]2 K[Co(NO2)4(NH3)2] Fe(CO)5 Fe Co3+ Fe 3+ 数 I- Cl-, H2O NH3, en CN - 数 -2 +1 +2 -3 -1 0 四碘合汞(Ⅱ)酸钾 氯化二氯·四水和铬(Ⅲ) 硝酸二氨·二乙二胺和钴(Ⅱ) 六氰合铁(Ⅲ)酸亚铁 四硝基·二氨和钴((Ⅲ)酸钾 五羰合铁 Hg2+ Cr3+ Co2+ 4 6 6 6 NO2-, NH3 6 CO 5 5-2．在100 mL 0.05 mol·L-1Ag(NH3)2+溶液中加入1 mL 1 mol·L-1 NaCl溶液，溶液中NH3的浓度至少需多大才能阻止AgCl沉淀生成？(0.5 mol·L-1) +-??Ag(NH3)2+Cl????AgCl + 2NH3K??cNHcAg(NH23+3)2cCl?17?1K?f+,Ag(NH3)2?Ksp,AgCl??1.62?10?1.56?10?10 ?396要使AgCl不沉淀，根据平衡，设氨的平衡浓度为xmol.L,则?1+-?? Ag(NH3)2+Cl????AgCl + 2NH3平衡时， 0.05 0.01 x?396,x?0.198(mol.L)x0.05?0.01?1?396,x?0.445(mol?L) 0.05?0.012x2?1答：至少要0.445mol.L-1, 才能阻止AgCl沉淀生成. 5-3．将含有0.2 mol·L-1 NH3和1 mol·L-1 NH4+的缓冲溶液与0.2 mol·L-1 Cu(NH3)42+溶液等体积混合，有无Cu(OH)2沉淀生成？[已知Cu(OH)2的Ksp=2.2×10-20]( 无Cu(OH)2沉淀生成) 解： Θ根据碱的解离平衡，cOH??Kb?cNH3/cNH+?1.76?104??5?0.1/1?1.76?10(mol [Cu(NH3)4]2??6-1L)13Cu起始：平衡：K?f2????4NH3????0.10.1?4xK?f?2.1?100x13 0.1 0.1-x4?2.1?10?0.1?xx(0.1?4x)?1?0.1x(0.1)4x?4.76?10?11(mol.L)?11cCu2??4.76?10Q?cCu2?c2OH?(mol.L)?62?11?1?(1.76?10)?4.76?10?Ksp =2.2 ?-2010,无Cu(OH)2沉淀生成0.2 mol.LNH3和1mol.LNH4的缓冲溶液中，OH离子的浓度为：cOH??Kb?cNH3/cNH+?1.76?1041-1+-??5?0.1/1?1.76?10(mol.L)[Cu(NH3)4]2??6-1Cu起始：平衡：K?f2????4NH3????0.10.1?4xK?f?2.1?10130x13 0.1 0.1-x4?2.1?10?0.1?xx(0.1?4x)?1?0.1x(0.1)4 x?4.76?10?11(mol.L)?11cCu2??4.76?10Q?cCu2?c2OH?(mol.L)?62?11?1?(1.76?10)?4.76?10?Ksp =2.2 ?-2010,无Cu(OH)2沉淀生成