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1、工程化学基础,复习要点及习题解答,2,几个基本概念,系统：敞开系统、封闭系统、孤立系统 状态函数： 只与始态和终态有关 广度性质与强度性质状态函数 相： 单相系统与多相系统的判断,3,第一章 物质的聚集状态,分压定律,理想气体状态方程,分体积定律,4,习题解答,5,6,7,第二章 化学反应热效应,内能： U = Q + W Q与W的符号 热效应 等容热效应 U = Qv 等压热效应 H = Qp H = U + n (g)RT 反应进度 = nB/B,8,盖斯定律： 焓变的计算： 标准摩尔生成焓 f Hm (C,石墨,298.15K) = 0 kJ/mol f Hm (H+,298.15K)
2、= 0 kJ/mol 标准摩尔焓变,9,1.是非题 :(1) -; 2(-); (3)- 2.选择题: (1) c; (2)d 3.填空题: (1)mH2O; (2) T; (3)Cp 4. (1) U=150kJ; (2) U=-250kJ； (3) U=450kJ; (4) U=975kJ。,习题解答,10,5. 在373.15K和101.325kPa下，由1mol水汽化变成1mol水蒸气，此气化过程中体系吸热40.63kJ。求： （1）体系膨胀对外作功w = ?（液体水体积可忽略不计） （2）此过程内能改变。,解:W=-PV=-n RT =-18.31410-3373.15=-3.10
3、kJ （或V1/V2=T1/T2V2=？ W=-PV=-PV=？) U=Q+W=40.63+(-3.10)=37.53 kJ,11,6. 计算下列反应（或过程）的QP与QV之间的能量差值。(方法:QP-QV=n RT) (1)2.00mol NH4HS的分解, NH4HS(s)NH3(g)H2S(g) (n=4 mol) （2）生成1.00mol的HCl H2(g)Cl2(g) 2HCl(g) (n=0 mol) （3）5.00 mol CO2(s)（干冰）的升华 CO2(s)CO2(g) (n=5 mol) （4）沉淀出2.00mol AgCl(s) (n=0 mol) AgNO3(aq)N
4、aCl(aq) AgCl(s)NaNO3(aq),12,7. C6H12O6 Q 180g/mol -2820kJ/mol 3.8g H kJ/mol H=59.53kJ 可获得能量：59.5330%=17.86kJ,13,9. (1)-1366.51kJ.mol-1; (2)-429.818 kJ.mol-1. 10. (1)-153.89 kJ.mol-1; (2)-81.89 kJ.mol-1,14,第三章 化学反应的基本原理,化学反应的方向,Gibbs判据： G 0 反应不能自发进行,反应方向的定性判断： G= H-T S 影响熵值的因素：温度、聚集状态、结构与分子量 化学反应方向的定
5、性判断,15,r Gm的计算： 298.15K,标准状态： 标准状态，非常温： 非标准状态，非常温：,r Gm的定量计算： 标准摩尔生成吉布斯函数值 f Gm (C,石墨,298.15K) = 0 kJ/mol；f Gm (H+,298.15K) = 0,转向温度,单位 的一致！,16,化学反应平衡,K与r Gm的关系 ：,反应达到平衡时： rGm(T) = 0 Q = K,Q与K的关系与区别,单位的一致,rGm与r Gm的关系与区别,17,化学平衡移动方向的判断 ：,rGm(T) = RT ln (Q / K),浓度与压力改变：K不变，若使Q增大，则平衡逆向移动 温度： K改变，吸热反应，T
6、增大，平衡正向移动,勒夏特列原理,18,化学反应速率,反应速率的表示方法 ： 反应速率方程：基元反应 阿仑尼乌斯公式： 反应速率理论：活化分子 浓度、压力、温度、催化剂与反应平衡的移动、平衡常数K及反应速率v、速率常数k,浓度、压力可能导致平衡移动并改变v，但不改变K和k; 温度升高会导致平衡移动和v增加，同时使K改变和k(正、逆)增加；催化剂不改变K且平衡不移动，但使k,v(正、逆)增加,19,1.是非题 (1) -; (2)-; (3)+;(4)-; (5)-; (6)-。 2.选择题: (1) c; (2)b ;(3)b; (4)c,习题解答,20,3.填空题: rHm基本不变; rSm
7、基本不变; rGm增大;K减小;v(正), v(逆)都增大。 (2),21,4.(1)-549.41 J/mol.k; (2)222.78 J/mol.k; (3)141.598 J/mol.k。 5.(1)28.62 kJ/mol0 逆向; (2)62.52kJ/mol0 逆向。 6. rGm(298.15K)= -95.299 kJ/mol 0 标准熵法: rHm(298.15K)= -92.307kJ/mol, rSm(298.15K)= 10.033Jmol-1K-1 rGm= -95.298 kJ/mol 0 正向自发进行。,22,7. 已知下列反应的rHm符号,不用查表,判断反应自
8、发进行的方向.若有转向温度,则指明是高温还是低温反应自发进行。 解:讨论rGm=rHm T rSm0时的温度条件. (1)C(s)+CO2(g)=2CO(g), rHm 0 rHm0, rSm 0, T值越高越利于rGm0, 高温自发。,23,(2)SO2(g)+1/2O2(g)=SO3(g), rHm 0 rHm0, rSm 0, T值越低越利于rGm0, 低温自发。 (3)C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g), rHm 0 rHm0, rSm 0, T为任何值时都自发。,24,8. lnK(T)=-rGm(T)/RT (1) rGm(298K)=117.11kJ
9、/mol K(298K)=3.0410-21; (2) rGm(298K)=130.44kJ/mol K(298K)= 1.4010-23。,25,9. 用标准熵法计算反应 C(石墨)+2H2(g)=CH4(g)在398.15K时的rGm(T)和平衡常数K。 解: rHm(298.15k) =-74.85kJ/mol, rSm (298.15k) =-80.62J/mol.k rGm(398.15k)= rHm T rSm = -74.85-398.15 (-80.62) 10-3 =-42.75 kJ/mol,lnK =- rGm(398.15k)/ RT =42.75103/(8.3143
10、98.15)=12.915, K =4.06105,26,10. 查表计算反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) 在298.15k及398.15k时的K值。 解: rGm(298.15k)=(-137.15)-(228.59) =91.44 kJ.mol,rGm(298.15k)= -RTlnK K(298K) =9.5310-17 rHm(298.15k)=131.30 kJmol-1 rSm(298.15k)=133.674 Jmol-1K-1 rGm(398.15k)=78.078 kJmol-1 K(398.15K) =5.7210-11,27,或,28,11.,29,采用
11、第（3）种方法,30,平衡常数随温度升高而增大，因而该反应为吸热反应。,31,14. (1) 升温,减压; 增加H2O(g)分压,减少CO(g)、H2(g)分压。 (2) 升温、减小CO(g)、H2(g)分压、催化剂； 升温： K, k(正), k(逆)。 减小CO(g)、H2(g)分压： K不变 , k(正)不变,k(逆)不变。 催化剂： K不变 , k(正), k(逆)。,32,33,34,第四章 溶液与离子平衡,稀溶液的通性,拉乌尔定律: 蒸气压下降 沸点上升 凝固点下降 渗透压,Tbp = kbp . m,Tfp = kfp . m,35,酸碱平衡,共轭酸碱对 一元弱酸弱碱pH的计算：
12、 缓冲溶液 缓冲溶液对酸碱的抵抗作用 缓冲溶液pH计算 缓冲溶液的配制 外加酸碱后溶液pH,酸 H+ + 碱,36,配离子的解离平衡,配合物的命名 配离子解离平衡的移动： 溶剂影响 不同稳定性配离子间的转变 配离子与难溶电解质间的转变,37,难溶电解质的沉淀-溶解平衡,Ksp与s 溶度积规则： 判断是否有沉淀生成 判断沉淀是否完全 分布沉淀 沉淀的转化 沉淀的溶解(生成配合物),38,1.是非题 (1) -; (2)+; (3)-; (4)-; (5)- 2.选择题: (1) c; (2)c ;(3)c; (4)b; (5)c 3.填空题:(1)无影响; (2)减小; (3)降低; (4)降低
13、。,习题解答,39,4.(1)(a)CO32- /HCO3-; (b)HS- /H2S; (c)H2O/H3O+; (d)HPO42_/H2PO4-; (e)NH3/NH4+; (f)S2-/HS- (2)(a)H3PO4/H2PO4-; (b)HAc/Ac-; (c)HS-/S2-; (d)HNO2/NO2-; (e)HClO/ClO- (f) H2CO3/HCO3-,40,HA+KOH=KA+H2O 反应前 0.05 0.02 0 反应后 0.03 0 0.02,41,7. Ag+ +2Py = Ag(Py)2+ 反应前 0.1 1 0 反应后 0 1-0.2 0.1 平衡后 x 0.8+
14、x 0.1-x,42,8. BaSO4 = Ba2+ + SO42- 水 s0 s0 H2SO4 s1 s1+0.01,H2SO4适合,43,44,10. 利用公式: Ksp(AgX)= c(Ag+) c(X-) 出现沉淀时Cl-, Br-, I-所需c(Ag+)顺次为1.7710-10, 5.35 10-12, 8.5110-15, I-先沉淀. Cl-最后沉淀。 当Cl-沉淀时,溶液中c(Br-)和c(I-)分别为: c(Br-)=5.35 10-13/ 1.7710-10 =310-310-5,不完全。 c(I-)=8.5110-17/ 1.7710-10=5 10-7 10-5,完全沉
15、淀。,45,11.在烧杯中盛放20.00cm30.100moldm-3氨的水溶液,逐步加入0.1mol.dm-3HCl溶液.试计算: (1)当加入10cm3HCl后混合液的pH值; (2)当加入20cm3HCl后混合液的pH值; (3)当加入30cm3HCl后混合液的pH值。 解: NH3 + H+ = NH4+ (1)平衡 0.1(20-10)/30 0 0.110/30 (2)平衡 0 0 0.120/40 (3)平衡 0 0.1(30-20)/50 0.120/50,46,解:(1)形成缓冲体系， c(NH4+)=(0.110)/30=0.033 moldm-3 c(NH3)=(200.
16、1-0.110)/30=0.033 moldm-3, Kb=1.7710-5, pKb=4.75 pH=14 4.75+lg(0.033/0.033)=9.25 (2)等摩尔反应生成NH4Cl, c(NH4+)=0.05 moldm-3 Ka=Kw/Kb=x2/(0.05-x) 解上式:x=5.31410-6 moldm-3, pH= -lgc(H+) =5.27,47,(3) HCl过量,由于同离子效应, NH4+解离产生的H+很小,忽略不计。 c(H+)=(0.1300.120)/50=0.02 moldm-3, pH=-lgc(H+)=1.70,48,49,50,14. Ag(NH3)2
17、+ = Ag+ + 2NH3 平衡 (0.11)/1.1-x x (11)/1.1 +2x,51,52,17. AgBr + 2S2O32- = Ag(S2O3)23- + Br- 平衡前 2 0 0 平衡后 2-2/V 1/V 1/V,53,Ag(S2O3)23- = Ag+ + 2S2O32- 平衡前 1/1.127 0 0 平衡后 0.887 y 2y,54,第五章 电化学与金属腐蚀,原电池的表示符号、电极反应、电池反应 电极电势 标准电极与参比电极 能斯特方程 电动势计算 电动势与rGm 电极电势与氧化还原能力比较,原电池, G = n F E,55,能斯特方程 氧-还反应进行的方向
18、氧-还反应进行的程度,电解池,电解池阴阳极的反应 电解产物的判断 判断依据 影响电解产物的因素,当溶液中存在多种离子时, 阴极: 大的氧化态物质优先得e 阳极: 小的还原态物质优先失e,56,金属腐蚀及防护,57,1.是非题:(1)(-); (2)(+); (3)(); (4)(-); (5)(-); (6)(-); (7)(+); (8)(-); (9)(+)。 2.选择题:(1)(c); (2)(a); (3)(d); (4)(d); (5)(b); (6)(b); (7)(b); (8)(c); (9)(c); (10)(c)。,习题解答,58,3.(1) (-)AlAl3+(c1) N
19、i2+(c2) Ni(+) (2)(-) Pt Fe3+(c1) ,Fe2+ (c2) Br-(c3) ,Br2(c4) Pt(+) (3)(-)Pt H2(p) H+(c1) Ag+(c2) Ag(+) (4)(-)Pt Fe3+(c1) ,Fe2+ (c2) MnO4-(c3),Mn2+(c4),H+(c5) Pt(+),59,4.(a)(-)Fe Fe2+(1mol.dm-3)H+ (1mol.dm-3) H2 (1atm) Pt(+) (-)Fe=Fe2+2e; (+)H+e= 1/2H2 2 H+Fe= H2+ Fe2 (b)(-)Pt H2 (1atm) H+ (1mol.dm-3
20、) Cr2O72- (1mol.dm-3) ,Cr3+ (1mol.dm-3), H+ (1mol.dm-3) Pt(+) (-) 1/2H2 = H+e; (+) Cr2O72- +14 H+ +6e=2Cr3+ +7H2O Cr2O72- +8 H+ + 3H2= 2Cr3+ +7H2O,60,5.(1)(-)Pt H2(p1) H+(c1) H2O,H+(c2) O2(p2) Pt(+) (-) H2 =H+e; (+) O2 +4 H+ +4e=2H2O O2 +2 H2=2H2O (2) (-)Pt I2(s) I-(c1) H+(c2), Mn2+(c3) MnO2(s) Pt(+
21、) (-) 2I- = I2 +2e; (+) MnO2 +4 H+ +2e= Mn2+ +2H2O MnO2 +4 H+ + 2I- = Mn2+ +2H2O+ I2,6. C 7. D 8.(1)逆方向; (2)正方向; (3)逆方向; (4)逆方向。,61,62,11.用电对MnO4-/Mn2+,Cl2/Cl-组成原电池, (1)写出原电池的电极反应和电池反应. (2)计算298.15k时的反应平衡常数. (3)当cH+=5.0mol/l,其它离子浓度均为1.0mol/l,PCl2=1atm时,该电池反应的G,K各为多少? 解:(1) Cl2/Cl-=1.35827V, MnO4-/Mn
22、2+=1.507V 负极:2Cl-=Cl2+2e 正极: MnO4-+8H+5e=Mn2+4H2O 2MnO4-+16H+ 10Cl- =2Mn2+8H2O+ 5Cl2,63,(2) E = MnO4-/Mn2+ Cl2/Cl- =0.14873V lgK =n E /0.05917 =100.14873/0.05917=25.136, K =1.371025 (3),64,E= + -=1.573-1.35827=0.21493V, G = -n F E = -10 96485 0.2149310-3 = -207.375 kJ/mol K不变 K= K =1.371025,12.(Br2/
23、Br-) (Fe3+/Fe2+)(I2/I-)。,65,13.将锡和铅的金属片分别插入含有该金属离子的盐溶液中并组成原电池 (1)C Sn2+ =0.010mol.dm-3 C Pb2+=1.0mol.dm-3, (2) C Sn2+ =1.0mol.dm-3 C Pb2+=0.10mol.dm-3, 分别用符号表示上述原电池,注明正负极;写出原电池的两电极反应和总反应方程式,并计算原电池的电动势。 解:(1)用能斯特方程计算: (Sn2+ / Sn)=-0.19667 (负极); (Pb2+ /Pb )=-0.1262 (正极)。,66,E= (Pb2+ /Pb ) (Sn2+ / Sn)=
24、 0.07047V (-) Sn Sn2+ (0.01mol.dm-3) Pb2+ (1.0mol.dm-3) Pb(+) 总反应: Sn+ Pb2+ = Sn2+ + Pb (2) (Sn2+ / Sn)=-0.1375 (正极); (Pb2+ /Pb )=-0.155785 (负极) E= (Sn2+ / Sn) (Pb2+ /Pb ) = 0.018285V (-)Pb Pb2+ (0.1mol.dm-3) Sn2+ (1.0mol.dm-3) Sn (+) 总反应: Sn2+ + Pb= Sn+ Pb2+,67,15(1) (Br2/Br-)=1.066; (Cr2O7-/Cr3+)=
25、0.26 正向不能自发。 (2) (Cl2/Cl-)=1.3582; (MnO4-/Mn2+)=0.84 正向不能自发。 (3) (O2/H2O)=0.81; (F2/F-)=2.866 能自发。,68,69,(3)阳极: Cu=Cu2+2e; 阴极: H+e= 1/2H2 反应式： Cu+ 2H+= Cu2+ H2 ,17.(1)阳极:2Cl-=Cl2+2e; 阴极:Mg2+2e=Mg 反应式：MgCl2(熔融）=Mg+Cl2 (2)阳极:2OH-=H2O+ 1/2 O2+2e; 阴极:H+e= 1/2H2 反应式： 2 H2O= 2H2 + O2 ,70,第六章 物质结构基础,四个量子数
26、n,l,m,ms的取值(n1,l=0n-1,m=0, l,ms=1/2) n,l,m,ms的意义(n,l:能级高低;l:轨道形状;m:轨道伸展方向;ms:电子自旋方向) 有效核电荷数Z*的计算 多电子原子核外排布 排布原则(能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则) 核外电子排布式 电子结构式 轨道表示式 量子数表示式,71,元素周期系 根据某元素的核外电子结构式判断其在周期表中的位置(区、周期、族) 电负性的变化规律 电离能随周期、族的变化规律 电子亲和能的变化规律,72,化学键共价键 键和键的形成方式(头碰头，肩并肩) 偶极钜与键极性和分子极性 杂化轨道理论 分子中心原子杂化类型:sp, s
27、p2,sp3(等性、不等性) 分子空间构型 分子轨道理论 成键与反键轨道,73,分子间作用力 三种分子间力分别主要存在于什么类型的分子间？ (取向力、诱导力、色散力) 分子间力对物质性质的影响 氢键 氢键主要存在于什么类型的分子间？(原子电负性差值大) 氢键对物质性质的影响(分子内、分子键氢键),74,1.是非题:(1)(-); (2)(-); (3)(-)。 2.选择题:(1)(c); (2)(a,c); (3)(b,c); (4)(a,e); (5)(b,d,e); (6)(e); (7)(b,c); (8)(c,e)。,习题解答,75,3.填空题: (1)填充下表,(2) (a,c,d)
28、， (b,e)。,76,4. (1) (2p6,3p6,12); (2) (2p,3p,3d中各有一对, 6); (3) (30个电子的一半，15) (4) (3d中有一对,2); (5) (当n=4时，无f电子，0)。 6. (1)Na,Z*=2.20; Mg,Z*=2.85 ；Al ,Z* =3.50, (2) Mn, Z* =3.60; Fe ,Z* =3.75; Co, Z* =3.90 。 Cr ,Z* =2.95。 规律：短周期每增加一个元素增加0.65个有效核电荷,长周期每增加一个元素增加0.15个有效核电荷,短周期的有效核电荷数增加更快。,77,7. BCl3SP2杂化,平面三
29、角形; NCl3SP3不等性杂化,三角锥形。 8. BeCl2、CS2 sp杂化,型直线 , =0; PCl3sp3不等性杂化,三角锥形, 0 ; BBr3 sp2杂化,平面三角形, =0; SiH4 sp3杂化,正四面体, =0。,78,9. H2S、OF2 sp3不等性杂化, V字形, 0； PH3 sp3不等性杂化, 三角锥形, 0； SiCl4 sp3杂化,正四面体, =0； CHCl3 sp3杂化,四面体, 0。,10. Li F Ba S 同一周期从左到右I1增大，同一主族，从上到下I1减小 11. (1) LiCl最大，BCl3最小；(2)SiF4最大，SiH4最小 12. (1)SAsSe (3) SSeAs,