为二级反应。反应在温度恒定为355K的条件下进行,反应物的起始浓度cA,0=cB,0=1.20mol·dm-3,反应经过1.60h取样,测得c(NaHCO3)=0.109 mol·dm-3。试求此反应的速率系数k及氯乙醇的转化率xA=95.0%时所需要的时间t为若干?
13. NAD+和NADH分别是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的气氧化态和还原态。
(1)已知298.15K时,反应NADH(eq)+H+ (eq) NAD+( eq)+H2(g),
??rGm??21.83kJ?mol-1,计算Kθ
(2)[NADH]=1.5×10-2mol?dm-3,[H+]=3×10-5mol?dm-3,[NAD+]=4.6×10-3mol?dm-3,
pH2=1.01325kPa,计算?rGm,并判断反应在该条件下是否自发进行?
14.已知某药物分解反应的活化能Ea=73.2kJ?mol-1,323K时的速率常数为7.08×10-4h 。若该药物分解30%即告无效, 计算在298K时药物的有效期。
15. 某抗菌素施于人体后在血液中的反应呈现一级反应。如在人体中注射0.5克某抗菌素,然后在不同时间测其在血液中的浓度,得到下列数据: t (h) CA (血液中药含量mg/100ml) lncA-t的直线斜率为-0.0979, lncA,0=-0.33 (1) 求反应速率常数。
(2) 计算半衰期
(3) 若使血液中某抗菌素浓度不低于0.37mg/100ml,问需几小时后注射第二针。
4 0.48 8 0.31 12 0.24 16 0.15 16. 已知298K反应C6H12O6(s)
2C2H5OH(l) + 2CO2(g)各物质的热力学函数数据如表
θ
所示,计算该化学反应的标准平衡常数K。
物质 C6H12O6(s) C2H5OH(l) CO2
-1?(kJ·mol) ?fHm-1-1?Sm(J·K·mol)
-1274.45
-277.63 -393.51 212.13 160.7 213.8
17. 配制每毫升400单位的某药物溶液,经一个月后,分析其含量为每毫升含有300单位。若此药物的分析服从一级反应,问:(1)配制40天(d)后其含量为多少?(2)药物分解一半时需经多少天?
18. 写出下列电池的电极反应、电池反应:
Cd(s)|Cd2+(α=0.01)||Cl-1(α=0.5)|Cl2(g,100kPa) |Pt(s)
已知E{Cl|Cl2(g)|Pt}=1.3580V,E(Cd|Cd)=-0.402V,计算25℃时,此电池的标准
θ
-1
θ
2+
电动势E、电动势E、电池反应的标准平衡常数K
19. 血红蛋白(Hb)的氧化反应Hb(水溶液)+O2(气)HbO2(水溶液液),该反应在292K时
θ
平衡常数K=85.5。292K时,在与空气平衡中,氧气的分压为20kPa,氧在水中的溶液解度为2.3×10-4 mol·dm-3。试从这些数据中计算下列反应Hb(水溶液)+O2(水溶液)HbO2(水溶
θθ
液液)的ΔrGm与K。
20.已知90℃时,甲苯(A)和苯(B)的饱和蒸气压分别为54.22kPa和136.12kPa,二者可形成理想液态混合物。
(1)求在90℃和101.325kPa下,甲苯和苯所形成的气—液平衡系统中两相的摩尔分数为若干?
(2)由6mol苯4mol甲苯构成上述条件下的气—液平衡系统,两相物质的量各为若干? 21. 已知某一级反应在333K和283K时的速率常数之比为15.5,指前因子A为1.118×10
-1
14
θθ
s。(1)求反应的活化能;(2)建立速率常数与温度的关系式;(3)求500K时的速率常数。 22. 在600K下于抽空容器中放入过量的CaCO3(s),其分解反应为CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g),求600K下反应达平衡时系统CO2(g)的压力。已知600K下CaCO3(s)、 CaO(s)
-1
及CO2(g)的ΔfGθm值依次为-1128.8、-604.2及-394.4kJ·mol。
23. 25℃时,测得电池Pt| H2 (p)| H2SO4(0.01 mol·kg)| Hg2SO4(s)|Hg(l)的电动势为0.798V。已知电池在25℃可逆放电2F时,其电池的反应ΔrSm=15J·K·mol,E(Hg2SO4/Hg/SO4)=0.615V。
(1)写出电极反应和电池反应;
(2)计算25℃时该H2SO4溶液的离子平均活度系数γ
±
2--1
-1
θ
?-1
;
(3)计算25℃时电池反应的ΔrGm,ΔrHm,Qr,m和温度系数。
?
24. 已知下列两个反应在298K时的ΔrGm:
?-1
(1) 2CO(g)+O2(g)= 2CO2(g); ΔrGm=-513.72kJ·mol
?-1
(2) 2H2(g)+O2(g)= 2H2O(g); ΔrGm=-456.80kJ·mol
?
求在相同温度下反应:(3)CO(g)+H2O(g)= CO2(g)+H2(g) 的K。
25. 某人工放射性元素放出α粒子是一级反应,半衰期为1.5分钟,让试样分解80%,需要多少时间?
26. 电池:Pt | H2(p=100kPa)| HCl(b = 0.1mol?kg-1)|AgCl(s)| Ag
已知298K时,E?{AgCl(s)/Ag}= 0.2221V,(?E/?T)p = -4.02×10-4 V·K1;
-
0.1 mol?kg-1的HCl水溶液中平均离子活度因子 ?± = 0.796 。 (1)写出电极反应和电池反应;
(2)计算298K时电池的电动势E及反应的K?、△rHm和△rSm;
(3)上述反应在确定浓度的条件下,在恒压无非体积功的反应器中进行和在电池中可
逆地进行时吸放的热量各为多少?
θ
27. 某二级反应2A→P,设cA,0=0.005mol·dm,500℃和510℃时,经300秒后分别有27.6%和35.8%的反应物分解。计算(1)两个不同温度时的速率常数;(2)反应的活化能。 28. 硝基异丙烷在水溶液中被碱中和时,反应速率常数与温度的关系为: lgk=-3163.0/T+11.89 (k的单位:dm·mol·min)
计算(1)活化能;(2)指前因子;(3)在283K酸碱起始浓度均为0.008mol·dm时反应到24.19min,反应物剩余百分数。
29. 某反应 A→B+D 中反应物A的起始浓度cA,0=1.00mol·dm-3,起始反应速率
r0=0.01mol·dm-3·s-1。如果假定此反应对A的级数为 (1) 零级,(2) 一级,试分别求各不同级数的速率常数k,半衰期t1/2和反应物A消耗掉90%所需的时间。
30. 乙烯转化反应C2H4 C2H2+H2为一级反应。在1073K时,要使50%的乙烯分解,需要10小时,已知该反应的活化能E=250.6kJ·mol-1。要求在1.136×10-3小时内同样有50 %乙烯转化,反应温度应控制在多少?
31. 已知反应C(s)+2H2(g)=CH4(g)在1000K下的Kθ=0.1027。若与C(s)反应的气体由10%(体积)CH4(g)、80%H2(g)与10%N2(g)组成,问:
(a)在T=1000K及总压p=101.325kPa下,甲烷能否生成?
(b)在上述给定条件下,为了使反应向甲烷生成方向进行,所需的最低压力是多少?
-3
3
-1
-1
-3
CH3OH(g)的标准摩尔生成焓 ?fHm(298K)CO(g),32. 已知298.15K,分别为?110.52及?200.7kJ?mol,CO(g),H2(g),CH3OH(l)的标准摩尔熵Sm(298K) 分别为
?1197.67,130.68及127 J?K?1?mol?1。又知298.15K甲醇的饱和蒸气压为16.59 kPa,摩尔
?1?H?38.0kJ?mol蒸发焓vapm。蒸气可视为理想气体。
利用上述数据,求298.15K时,反应CO(g)+2H2 (g)
CH3OH(g)的?rGm及K?
33. 37℃时反应:谷氨酸盐+NH4+=谷酰胺+H2O (1),其?rGm(1)=15.7 kJ?mol-1。25℃时,反应:ATP+H2O=ADP+P(磷酸盐) (2),其?rHm(2)=-20.10 kJ?mol-1,?rGm(2)=-30.58
??kJ?mol-1,且?rCp,m(2)=0。问人体内能否由下面的反应:谷氨酸盐+NH4++ATP=谷酰胺+ADP+P (3)合成谷酰胺?并求反应(3)平衡常数K。
?34. 设25℃时有下列电池:Au|AuI(s)|HI(a)|H2 (g,p)|Pt
(1)写出电极反应和电池反应;
(2)当b(HI)= 10mol·kg时,E=-0.97V;求当b(HI)=3.0 mol·kg时,HI溶液的平均活度系数γ
35.反应 NH4HS(s) = NH3(g) + H2S(g) 的?rHm=94 kJ·mol1,且
-
±
-4
-1
-1
?
??BBCp,m(B)?0。在
298K时,NH4HS(s)分解后的平衡压力为60.975kPa。(1)试计算在308K下,当NH4HS(s)
在抽空的容器中分解达平衡时,容器中的压力为若干?(2)将均为0.60mol的H2S(g)和NH3(g)
放入20dm3的容器中,在308K时生成NH4HS(s)的物质的量为多少?
36 298K反应C6H12O6(s) 2C2H5OH(l) + 2CO2(g)各物质的热力学函数数据如表所示,
θθ
若忽略温度对化学反应热的影响,试计算该化学反应的标准平衡常数K(298K)与K(348K)。
物质 C6H12O6(s)
C2H5OH(l) CO2
-1?(kJ·mol) ?fHm-1-1?Sm(J·K·mol)
-1274.45
-277.63 -393.51 212.13 160.7 213.8
??137阿司匹林的水解为一级反应,100c时速率常数为7.92d,活化能为56.484kJ.mol-1,
?17c时水解30%所需时间。 求
38 2mol单原子理想气体,从p1=300KPa,T1=298K,经绝热不可逆膨胀到p2=100KPa,此过程做功W=-2092J。求ΔS,此过程是否可逆?
五、扼要说明下列各概念 1. 相
2. 标准摩尔生成焓 3. 活化能 4.封闭体系
5. 胶体分散系统 6.流动电势 7.隔离系统 8.摩尔电导率 9.吸附平衡 10.热力学平衡态 11.享利定律 12.表面张力 13.自发过程 14.热力学第三定律 15.可逆电池 16.恒压过程 17. 吸附平衡
18.理想液态混合物 19.表面活性剂 20. 附加压力
六、应用题
1.现有50mol氯仿与丙酮的混合溶液,其中丙酮的物质量分数xB=0.6,进入精馏塔系统点所处的位置于图中M点所示,在精留塔板上成平衡的气相(G)点与液相点(L)组成如图所示,看图回答如下问题:
(1)液相与气相的物质量之比等于多少? (2) 塔顶得到的是什么?塔底得到的是什么?
(3)系统点为M点的混合物通过精馏得不到什么纯净物?
2.简单说明进行某一产品生产的工艺设计时,从热力学和相平衡角度必须事先进行哪些有关化学反应的计算(或估算)。
3.根据所给的水的相图回答下列问题:
(1)热敏生物活性物质通过冷冻干燥,其冷冻干燥温度与压力参数如何选择? (2)鲜鱼肉冷冻食品解冻所处的状态点在相图的哪个区最好?
4. 请分别叙述热力学第一、第二及第三定律,并就各自所能解决的问题予以简要说明。
5. 谈谈你对物理化学中引出理想气体、理想液态混合物、可逆过程等概念意义和用
途的理解。