吉大《无机化学》试卷答案.doc

2012 - 2013 学年 第一 学期《无机化学 》试卷

一 选择题（每题2分，共20分）

1）实验测得H 2的扩散速率是一种未知气体扩散速率的2.9倍。则该气体的相对分

子量约为（C ）

A) 51 B) 34 C) 17 D) 28

2) 合成氨的原料中氢气和氮气的体积比为3:1，若原料气体中含有其他杂质气体的

体积分数为4%，原料气总压为15198.75 kPa ，则氮气的分压是 （C ）

A) 3799.688 kPa B) 10943.1 kPa C) 3647.7 kPa D) 11399.06 kPa

3) 已知Δc H m θ (C, 石墨)= -393.7 kJ/mol, Δc H m θ (C, 金刚石)= -395.6 kJ/mol, 则Δf H m θ

(C, 金刚石)为 （kJ/mol ）（B ）

A) -789.5 B) 1.9 C) -1.9 D) 789.5

4) 已知在298 K 时反应2N 2 (g) + O 2 (g) = 2N 2O (g) 的Δr U m θ 为166.5 kJ/mol ，则该反应的Δr H m θ为（kJ/mol ）（A ）

A) 164 B) 328 C) 146 D) 82

5) 下列势能-反应历程图中，属于放热反应的是 （C ）

A) 1和3 B) 2和3 C) 1和4 D) 2和 4

6）下列关于基元反应的论述，不正确的是（D ） A) 基元反应的逆反应也是基元反应 B) 反应级数等于反应的分子数

C) 分子数大于三的反应也可能是基元反应

7）已知反应NO (g) + CO (g) = 1/2N 2 (g) + CO 2 (g)的 Δr H m θ = -373.2 kJ/mol ，若提高有毒气体NO 和CO

的转化率，可采取的措施是（B ）

A) 低温低压； B) 低温高压； C) 高温高压； D) 高温低压

8) 下列叙述正确的是（D ） A) 因为p 轨道是“8”字形的，所以p 电子走“8”字形； B) 主量子数为2时，有2s ，2p 两个轨道； C) 氢原子中只有一个电子，故氢原子只有一个原子轨道； D) 电子云是波函数|ψ|2在空间分布的图像。

9）下列原子半径由大到小排列，顺序正确的是 （C ） A) Mg B Si ； B) Si Mg B ； C) Mg Si B ； D) B Si Mg 。 10） 具有下列电子构型的元素中，第一电离能最小的是（B ） A) ns 2np 3 B) ns 2np 4 C) ns 2np 5 D) ns 2np 6 二 填空题（每题2分，共30分） 1） 已知1 dm 3某气体在标准状况下质量为2.86 g ，则该气体的平均相对分子量为 64 ；其在17 oC

和207 kPa 时的密度为 5.49 g·cm 3 。

2） 在26.6 g 氯仿（CHCl 3）中溶解0.402 g 萘（C 10H 8），其沸点比氯仿的沸点高0.455 K ，则氯仿的沸点

升高常数为 3.86 K·kg·mol -1 。

3） 2 mol Hg(l)在沸点温度（630 K ）蒸发过程中所吸收的热量为109.12 kJ 。则汞的标准摩尔蒸发焓Δvap H m θ

为 54.56 kJ·mol -1 ；该过程对环境做功W = 10.48 kJ ；?U = 98.64 kJ ；?S = 173.2 J·K -1；?G = 0 。

4） 在20 oC 时，甲醇的蒸汽压为11.83 kPa ，则甲醇气化过程的Δr G m θ为 5.23 kJ/mol 。甲醇在正常沸

点时的Δr G m θ为 0 kJ/mol 。 5） 42号元素Mo 的电子构型为 [Kr]4d 5 5s 1 ；其最外层电子的四个量子数为n =5，l =0，m =0，m s =+1/2

（或-1/2） ；价层d 轨道的符号位4d x2-y2，4d z 2，4d xy ，4d xz ，4d yz 。

6） 已知M 2+离子3d 轨道中有5个电子，M 原子的核外电子排布为 [Ar]3d 5 4s 2 ；M 元素的名称和符号

为 锰， Mn 。

一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分

-----------------〇------------存---------------------档-〇--------------------装----------------------〇-订--------------------线--------------〇-------------------- 院 ： 电子科学与工程学院 班级 学号 姓名 -----------------〇------------评---------------------卷-〇--------------------密----------------------〇-封--------------------线--------------〇--------------------

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三 简答题与计算题（1-5题8分，6题10分，共50分）

1）313 K 时CHCl 3都的饱和蒸汽压为49.3 kPa ，于此温度和98.6 kPa 的压强下，将4.00 dm 3空气缓缓通过CHCl 3致使每个气泡都为CHCl 3饱和。求（1）通过CHCl 3后，空气和CHCl 3混合气体的总体积时多少？（2）被空气带走的CHCl 3的质量是多少？ 解：

（1）将题中的过程理解为一个p 1 = 98.6 kPa ，V 1=4.00 dm 3的空气缓慢通过CHCl 3，气泡在备CHCl 3的饱和过程中的总压不变，气泡的体积增大。通过CHCl 3后的气泡十分混合气体体系，V 总是其总体积，p 总=98.6 kPa 。CHCl 3的饱和蒸汽压49.3kPa 是混合气体中该组分的分压p 2，设另一组分空气的分压为p 空，则

p 空 = p 总 - p 2

= 98.6 kPa – 49.3 kPa = 49.3 kPa

对组分气体混合前后分别运用理想气体状态方程，则有

p 1V 1 = nRT ；p 总V 总 = nRT

由于整个过程n ，T 不变，则有p 1V 1 =p 总V 总 所以 V 总 = (p 1V 1)/ p 总

= 98.6 kPa ×4.0 dm 3/49.3 kPa = 8 dm 3

（2）对组分气体CHCl 3使用理想气体状态方程p 2V 总 = nRT ，故混合气体中CHCl 3的物质的量为：

mol

152.0313K K mol 8.314J m 10849.3kPa 3

-32=?????=

=RT V p n 总

因为CHCl 3的摩尔质量为M = 119.5 g·mol -1,故带走的CHCl 3的质量为:

m = Mn = 119.5 g·mol -1×0.152 mol = 18.16 g 2）反应2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2O (g)在氢能源的利用中具有重要的意义。根据下面的热力学数据计算1000K 、标准状态下，每克氢气最多可做多少非体积功？

H 2(g) O 2(g) H 2O(g)

Δf H m θ/ kJ·mol -1 0 0 -241.8

ΔS m θ/ J·mol -1·K -1 130.7 205.2 188.8

解：

在恒温恒压条件下，体系可做的非体积功的最大值是反应?r G 的相反数。 根据题中的数据，可求反应2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2O (g)的?r G m θ值。

Δr H m ? ＝ 2×Δf H m ?(H 2O, g) - Δf H m ?(O 2, g) - 2×Δf H m ?(H 2, g) ＝ (-241.8×2) kJ·mol -1

＝ -483.6 kJ·mol -1 Δr S m ? ＝ 2×S m ?(H 2O, g) - S m ?(O 2, g) - 2×S m ?(H 2, g) ＝ (188.8×2 – 130.7×2 – 205.2) J·mol -1·K -1

＝ - 89 J·mol -1·K -1

故 Δr G m ? ＝ Δr H m ? – T Δr S m ?

＝ [-483.6 - 1000×(-89) ×10-3] kJ·mol -1 ＝ -394.6 kJ·mol -1

即2 mol 氢气可做非体积功394.36 kJ ，所以每克氢气可做的非体积功为 394.6÷4 = 98.7 kJ -----〇------------存---------------------档-〇--------------------装----------------------〇-订--------------------线--------------〇-------------------- 子科学与工程学院 班级 学号 姓名 -----〇------------评---------------------卷-〇--------------------密----------------------〇-封--------------------线--------------〇--------------------

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3) 某一级反应400 K 时的半衰期是500 K 时的100倍，估算反应的活化能。

解：

设400 K 为T 1时刻，500 K 为T 2时刻， 由一级反应的半衰期公式

k

t 693

.02

1=

则 2

1

693

.0t k = 所以

(1)

(2)

(1)

693.0(2)

693

.021212

12112

t t t t k k == 将其代入反应活化能Ea ，反应温度T 和反应速率常数k 的关系式 )T 1

-T 1(303.2lg 2

112R E k k a = 可得

)T 1

-T 1(303.2(2)

(1)

lg

2

12

12

1R E t t a =

将题中数据代入其中，得

1-1-1-2

12

12

1mol kJ 6.76500K

1

-400K 1100lg K mol J 314.8303.2T 1-T 1(2)

(1)

lg 303.2?=???==

t t R E a

4） 反应3H 2 (g) + N 2 (g) = 2NH 3(g) 在200 oC 时的平衡常数K 1θ = 0.64，400 oC 是的平衡常数K 2θ = 6.0×10-4，据此求该反应的标准摩尔反应热Δr H m θ和NH 3(g)的标准摩尔生成热Δf H m θ。

解： 设200 oC 为T 1时刻，400 oC 为T 2时刻，

对于反应3H 2 (g) + N 2 (g) = 2NH 3(g)

则有 1

11303.2303.2-ln RT S RT H K m

r m r θ

θθ

?+

?= (1) 2

22303.2303.2-ln RT S RT H K m

r m r θ

θθ

?+

?= (2)

式(2)-式(1)得

)1

1(303.2ln 2

112T -T R H K K m r θθθ

?= 所以反应的标准摩尔反应热

1

-4

-1

-1

-2

112

mol kJ 92-273K)

(4001

273K)(200164.0100.6ln

K mol J 314.8303.211ln 303.2?=++????=

=

?-T -T K K R H m r θ

θθ

NH 3(g)的标准生成反应为

3/2H 2 (g) + 1/2N 2 (g) = NH 3(g)

其化学计量数为题设的反应的一半，故其标准反应热为

-92 kJ·mol -1÷2 = -46 kJ·mol -1

这就是NH 3(g)的标准生成热Δf H m θ ----〇------------存---------------------档-〇--------------------装----------------------〇-订--------------------线--------------〇-------------------- 子科学与工程学院 班级 学号 姓名 ----〇------------评---------------------卷-〇--------------------密----------------------〇-封--------------------线--------------〇--------------------

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5）在一弹式量热计中完全燃烧0.30 mol H 2(g)生成H 2O(l), 量热计中的水温升高5.212 K ；将2.345 g 正癸烷C 10H 22(l)完全燃烧，量热计中的水温升高6.862 K 。已知H 2O(l)的标准摩尔生成热为-285.8 kJ·mol -1，求正癸烷的燃烧热。

解：有题意H 2O(l)的标准生成热为-285.8 kJ·mol -1，这相当于已知

H 2(g) + 1/2 O 2 = H 2O(l) Δr H m θ = -285.8 kJ·mol -1

H 2(g)在弹式量热计中燃烧反应为恒容反应，其热效应为Δr U m θ， 由

Δr H m θ = Δr U m θ + ?vRT

得 Δr U m θ=Δr H m θ - ?vRT =-285.8 kJ·mol -1 - (-3/2 )×8.314 J·mol -1·K -1×298 K = -282.08 kJ·mol -1

有题知，0.3 mol H 2(g)完全燃烧，知反应进度为ξ = 0.30 mol ，则 Δr U θ= Δr U m θ ×ξ = -282.08 kJ·mol -1×0.30 mol = -84.624 kJ 即84.624 kJ 热量是量热计的水温升高5.212 K ，由题意2.345 g 正癸烷燃烧是量热计水温升高6.862 K ，可知其燃烧放热为

-84.624 kJ ×(6.862K/5.212K) = -111.41 kJ

即热反应式 C 10H 22(l) + 31/2O 2 = 10 CO 2 + 11 H 2O(l) 完全燃烧2.345g 正癸烷时，Δr U θ = -111.41 kJ 正癸烷的摩尔质量为142 g·mol -1，故 n = 2.345g/142 142 g·mol -1 = 0.01651 mol

则，Δr U m θ= Δr U θ÷ξ = -111.41 kJ ÷0.01651 mol = -6748.03 kJ·mol -1 燃烧热为恒压反应热效应，故

Δr H m θ = Δr U m θ + ?vRT

= -6748.03 kJ·mol -1 + (-11/2) ×8.314 J·mol -1·K -1×298 K = -6761.7 kJ·mol -1 这就是正癸烷的燃烧热

6）写出下列元素基态原子的元素名称、元素符号及其价层电子构型。 （1）第4个稀有气体； （2）第五周期第IB 族； （3）4p 轨道半充满的元素； （4）第六周期第IIA 族； （5）电负性最大的元素。

解：

元素名称 原子序数 元素符号 电子排布式 （1） 氪 36 Kr [Ar]3d 10 4s 2 4p 6 （2） 银 47 Ag [Kr]4d 10 5s 1 （3） 砷 33 As [Ar]3d 10 4s 2 4p 3 （4） 钡 56 Ba [Xe]6s 2 （5） 氟 9 F [He]2s 2 2p 5

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