2001-2010年十年化學(xué)賽題重組卷15(化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ))

1 催化劑， 700001十年化學(xué)賽題重組卷 15 化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 【決賽要求】 1. 化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)。熱力學(xué)能（內(nèi)能）、焓、熱容、自由能和熵的概念。生成焓、生成自由能、標(biāo)準(zhǔn)熵及有關(guān)計(jì)算。 反應(yīng)的 自由能變化與反應(yīng)的方向性。吉布斯 特霍夫等溫方程及其應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)自由能與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系。熱化學(xué)循環(huán)。熱力學(xué)分解溫度（標(biāo)態(tài)與非標(biāo)態(tài)）。相、相律和 單組分 相圖。克拉貝龍方程及其應(yīng)用 (不要求微積分 )。 2. 化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。反應(yīng)速率基本概念。反應(yīng)級(jí) 數(shù)。用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推求反應(yīng)級(jí)數(shù)。一級(jí)反應(yīng)積分式及有關(guān)計(jì)算（速率常數(shù)、半衰期、碳 推斷年代等等）。阿累尼烏斯方程及計(jì)算（活化能的概念與計(jì)算；速率常數(shù)的計(jì)算；溫度對(duì)速率常數(shù)影響的計(jì)算等）?；罨芘c反應(yīng)熱的關(guān)系。反應(yīng)機(jī)理一般概念。推求速率方程。催化劑對(duì)反應(yīng)影響的本質(zhì)。 第 1 題（ 6 分） 某實(shí)驗(yàn)測(cè)出 人類呼吸中各種氣體的分壓 /下表所示： 氣體 吸入氣體 呼出氣體 79274 75848 21328 15463 40 3732 667 6265 1請(qǐng)將各種氣體的分子式填入上表。 1指出表中第一種和第二種呼出氣體的分壓小于吸入氣體分壓的主要原因。 第 2 題 (4 分 ) 甲醛是一種重要的化工產(chǎn)品，可利用甲醇脫氫制備，反應(yīng)式如下： g) g) + H2(g) 84.2 kJ (1) 向體系中通入空氣，通過以下 反應(yīng)提供反應(yīng) (1) 所需熱量 ： H2(g) + O2(g) g) = 241.8 kJ (2) 要使反應(yīng)溫度維持在 700C，計(jì)算進(jìn)料中甲醇與空氣的摩爾數(shù)之比。已知空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為 第 3 題（ 8 分） 熵是由德國(guó)物理學(xué)家克勞休斯于 1865 年首次提出的一個(gè)重要熱力學(xué)概念。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)研究表明，熵是系統(tǒng)混亂度的量度。熵增加原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式是： (， V 0。其物理意義是：一個(gè)孤立系統(tǒng)的自發(fā)過程總是朝著熵增加的方向進(jìn)行，即從有序走向無序。而生命的發(fā)生、演化及成長(zhǎng) 過程都是從低級(jí)到高級(jí)、從無序到有序的變化。這樣看來把熵增加原理應(yīng)用到生命科學(xué)中似乎是不可能的。 3 熵增加原理與達(dá)爾文進(jìn)化論是否矛盾？說明理由。 3 初期的腫瘤患者可以治愈，而晚期癌癥患者的腫瘤想要治愈是根本不可能的，用熵增加原理解釋其原因。 第 4 題 （ 10 分） 分解是實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的一種方法。 不同的條件下熱分解結(jié)果如下： 實(shí)驗(yàn) 反應(yīng)體系 第一放熱溫度 / 第二放熱溫度 / A 00 480 B 60 390 C 50 已知 K(s)+1/2g)=s) H (1)=kJ2 K(s)+1/2(g)= s) H (2)=kJ K(s)+1/2O2(g)= s) H (3)=kJ根據(jù)以 上數(shù)據(jù)，寫出上述三個(gè)體系對(duì)應(yīng)的分解過程的熱化學(xué)方程式。 A B C 4用寫 測(cè)這種氣體是什么，并提出確認(rèn)這種氣體的實(shí)驗(yàn)方法。 第 5 題（ 10 分） 光催化是新發(fā)展的一個(gè)催化技術(shù)， 目前研究成功的應(yīng)用廣泛的光催化劑，它是由金紅石礦 (主要成分為 制備為 轉(zhuǎn)化為純 物種 s) g) g) O2(g) C(s) CO(g) kJ 0 0 m/J1 根據(jù)表中數(shù)據(jù) 5 計(jì)算反應(yīng)： s) + 2g) = g) + O2(g) 298K 的 m,該反應(yīng)能否正向進(jìn)行 ？ 5 計(jì)算反應(yīng) 2C(s) + O2(g) 2CO(g) 298K 的 m,并判據(jù)反應(yīng)在 298K 進(jìn)行的方向。 m = 221 kJ/ m = 59/ J1 5為得到純的 人設(shè)計(jì)如下方案： s) + 2g) + 2C(s) g ) + 2CO(g)。計(jì)算該反應(yīng) 298K 的 m 和 m,并判據(jù)反應(yīng)進(jìn)行的方向。 第 6 題 （ 10 分 ） 通?？諝庵?許濃度是 5 10 6， 最高可忍受的水平是 50 10 6。在甲烷燃燒器里常發(fā)生如下反應(yīng)： g) + 2O2(g) g) + 2g) （ A） g) + 3/2O2(g) CO(g) + 2g) （ B） 當(dāng)燃燒器的調(diào)節(jié)不當(dāng)時(shí)有引起 毒的危險(xiǎn)?，F(xiàn)已知下列數(shù)據(jù)（ 298K， ）： 物質(zhì) g) g) g) CO(g) g) m (kJ/ m (J/) 已知下列有關(guān)公式： m m r S m； m 請(qǐng)求算并解答下列問題： 6假設(shè) m、 S m 的數(shù)值均不隨溫度發(fā)生變化，試計(jì)算 T 1500K 下反應(yīng)的 （ A） 、 （ B）的 m（ A） 、 m（ B） 6 求反應(yīng)（ A）、（ B）在 1500K 下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 、 3 l g p H 2 O = 2 O l g p H 2 數(shù) 對(duì) 溫 度 的 倒 數(shù) g p = T + O 1l g p = 1 1 . 1 0 2 T 2 2 6 5 （ a ）lg(p/2+( K 6 由 6得出的信息說明下列問題： 該條件下， （ A）、（ B）反應(yīng)是否完全？達(dá)平衡時(shí)有人認(rèn)為 n( 0，是否合理 ？ 平衡時(shí)， n( n(間的關(guān)系如何？（寫出 ， ， ） 6 當(dāng)反應(yīng)條件在 T=1500K， ，進(jìn)入燃燒器的空氣量維持物質(zhì)的量的比例 1：2，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)， 物質(zhì)的量分?jǐn)?shù) x( 10 5；若反應(yīng)前后總物質(zhì)的量可視為不變。請(qǐng)計(jì)算當(dāng)燃燒產(chǎn)生的煙中的水蒸氣從 1500K 冷卻到室溫后，水蒸汽凝結(jié)，致使氣相中的總物質(zhì)的量由 n 總 =11 變成 n 總 =9，此時(shí) 煙里的 濃度 x(多少？（用 10 6 表示）有 毒的危險(xiǎn)嗎？。 第 7 題（共 12 分） 純水的飽和蒸汽壓與溫度 關(guān)系如下圖所示，該圖是根據(jù)水的飽和蒸汽 壓 作圖得出的直線關(guān)系。該直線可用一般代數(shù) 方程式表示： A 為直線斜率， B 為截距。實(shí)驗(yàn)證明，常 數(shù) A 與 摩爾蒸發(fā)焓（ m）有關(guān)， 在溫度變化不大時(shí)，它可視為常數(shù)，即： A = m /則上述直線方程可寫為： 有人通過實(shí)驗(yàn)得出水的炮和蒸汽壓與溫度的關(guān)系式為： 7 根據(jù)式 a，求出 l) g)的摩爾相變焓 m（ 7 請(qǐng)利用下列數(shù)據(jù)，從理論上求出 m。 l)的 m= kJ/ g)的 m= kJ/ 利用（ 1）、（ 2）中求出的數(shù)據(jù)，計(jì)算實(shí)驗(yàn)值得相對(duì)偏差。 7根據(jù) 式 a，求 平均海拔為 4500m 的西藏高原上，大氣壓力為 04水的沸點(diǎn)為多少 ? 在高壓鍋爐內(nèi)當(dāng)水蒸氣壓達(dá)到 1000 ,水的沸點(diǎn)是多少 ? 第 8 題（共 15 分） 已知有關(guān)物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)如下：（ 298K， 100） 物質(zhì) C(s) 辛烷 (g) 甲烷 (g) g) l) g) HF(g) g) g) 英 ) m (kJ/0 m (J/) 煤、汽油、天然氣是當(dāng)今最常用的幾種燃料，它們所含的主要代表物質(zhì)分別是：碳 (C)、辛烷 (甲烷 (試從對(duì)環(huán)境的污染及其各物質(zhì)完全燃燒時(shí)的熱效應(yīng)等方面進(jìn)行比較（以1 質(zhì)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算）。 8 估計(jì)下列各變化過程中的熵（ S）是 增大還是減少 。 炸： 2g) 2N2(g) + 4g) + O2(g) 水煤氣轉(zhuǎn)化： CO(g) + g) g) + H2(g) 臭氧生成： 3O2(g) 2O3(g) 8 G = H - 稱為吉布斯（ 程，在等溫等壓下的化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由（ m / 4 能（ 化是其焓變（ r m）和熵變（ 綜合效應(yīng)。因此可用 根據(jù)給定的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，計(jì)算下列反應(yīng)在 298K， 100的 說明在該條件下， 英 )和 HF(g)能反應(yīng)，而 英 )和 g)不能反應(yīng)。 英 ) + 4HF(g) g) + 2l) 英 ) + 4g) g) + 2l) 第 9 題（共 17 分） 有下列三種燃料 ， 甲烷、甲醇和氫氣 ， 假設(shè) 甲烷與氧氣 甲醇與氧氣 氫氣與氧氣 氫氣與氟的反應(yīng)均為理想燃燒 ， 9上述反應(yīng)中 g)、 l)、 H2(g)均為 1 寫出上述反應(yīng)方程式 ： 9述四個(gè)反應(yīng)常用于動(dòng)力火箭燃料的反應(yīng) ， 請(qǐng)利用 298K 時(shí)下列物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓 （ 設(shè)它們與溫度無關(guān) ）， 分別計(jì)算 298K 時(shí)各個(gè)反應(yīng)每千克反應(yīng)物的焓變 ： （ kJ/ 物質(zhì) , 298K O2(g) H2(g) g) g) g) l) g) HF(g) m 0 0 已知當(dāng)排出氣體的摩爾質(zhì)量較低時(shí) ， 火箭推力較大 ， 試將生成物的摩爾質(zhì)量（ 在反應(yīng)中若有多種物質(zhì)生成，則用平均摩爾質(zhì)量 ）除以每千克發(fā)的熱 ， 將計(jì)算結(jié)果根據(jù)火箭推力效果的次序進(jìn)行排列 ： 9 請(qǐng)說明上述四個(gè)反應(yīng)是熵增大？熵減小？熵不變反應(yīng)？ 第 10 題（共 8 分） 為了利用天然氣礦中的甲烷 ， 有人設(shè)計(jì)了如下兩個(gè)化學(xué)反應(yīng) ： 2g) + l) = l) + 2H2(g) g) + 1/2 O 2 (g) = l) 已知 ： 298K， 物質(zhì) m（ kJ/ m（ kJ/ l) H4(g) l) 2l) O2(g) 0請(qǐng)用計(jì)算結(jié)果判斷 ， 反應(yīng) 和 在常溫常壓下 （ 298K， 實(shí)現(xiàn)的可能性如何 ？ 10 對(duì)于常溫常壓下不可能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)，當(dāng)選用“高效催化劑”之后，能否變?yōu)槌爻合驴蓪?shí)現(xiàn)的反應(yīng) ？ 為什么 ？ 10對(duì)于可能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)