工科化學(xué)第8-12章總結(jié)和課后答案-強(qiáng)亮生版(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第八章 表面化學(xué)思考題與習(xí)題解答1 下列說法是否正確？如不正確，請說明原因。（1）表面張力是指存在于液體表面的粘附力。答：錯(cuò)， 表面張力是垂直作用在液體表面單位長度邊界上的收縮力。 彎曲液面表面張力的合力（附加壓力）的方向是指向其曲率圓的中心 。（2）物質(zhì)的表面張力只與其溫度、壓力和組成有關(guān)。答：不確切，還與其第二相組成等因素有關(guān)。（3）因表面活性劑分子為“雙親分子”，故表面活性劑分子有一半是親水基，一半是親油基。答：不確切，其雙親性是指一側(cè)有極性,另一側(cè)沒有極性（或兩側(cè)極性不同），并非“一半”。（4）液體對固體的潤濕程度可用接觸角來衡量，接觸角> 90。時(shí)稱為

2、潤濕，接觸角< 90。時(shí)稱為不潤濕。答：錯(cuò)，與所述相反。接觸角>90。時(shí)稱為不潤濕，接觸角< 90。時(shí)稱為部分潤濕。（5）一般說來，摩擦總是有害的。 答：不對，行走等需要摩擦，否則不能實(shí)現(xiàn)。2填充題 （1）無焊藥焊接時(shí)，熔化的焊錫在焊件表面呈球狀的原因（ 是接觸角偏大，需要用焊藥降低接觸角。）（2）物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別各種特性物理吸附化學(xué)吸附吸附力吸附熱選擇性吸附層吸附速率吸附穩(wěn)定性分子間力較小，近于液化熱無選擇性單分子層或多分子層較快，無吸附活化能，與溫度無關(guān)不穩(wěn)定，易解吸化學(xué)鍵力較大，近于反應(yīng)熱有選擇性單分子層較慢，有吸附活化能，隨升溫而加快比較穩(wěn)定，不易解吸 (3)

3、 表面吉布斯函數(shù)與表面張力的區(qū)別和聯(lián)系分別是（G = A）G（表面吉布斯函數(shù)增量） （比表面吉布斯函數(shù)；表面張力）形成新表面時(shí)環(huán)境對體系所做的功（J·m2）形成單位新表面時(shí)環(huán)境對體系所做的功（J·m2）垂直作用在液體表面單位長度邊界上的收縮力（N·m1）(4) 懸濁液、乳濁液和溶膠的定義分別是懸濁液乳濁液（憎液）溶膠直徑為>100nm的固體分散相分散在液體中的多相體系直徑為>100nm的液體分散相分散在液體中的多相體系直徑為1nm100nm分散相分散在液體中的多相體系 （5）表面現(xiàn)象產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)（是其表面分子的能量較高或有剩余價(jià)力）。 （6）實(shí)驗(yàn)室常用硅

4、膠吸收空氣中水分的原因是（極性吸附劑容易吸附極性的吸附質(zhì)。硅膠屬于極性吸附劑，活性炭屬于非極性（弱極性）吸附劑，水是極性吸附質(zhì)。）3 25時(shí)把半徑為1mm的水滴分散成半徑為1m的小液滴，比表面增加了多少倍？表面吉布斯函數(shù)增加了多少？完成該變化時(shí)，環(huán)境至少要做多少功？（已知25時(shí)水的表面張力為72.53J/m2）?解：水滴的體積V1 = (4/3)R3 = (4/3)×3.14×0.53 = 5.23×1.0 1(mm)3小水滴的體積V1=(4/3)r3=(4/3)×3.14×(5.0×1.04)3=5.23×10 10(mm

5、)3該水滴分裂為5.23×1.0 1/ 5.23×10 10 = 109個(gè)小水滴 水滴的表面積A1 = 4R2 = 4×3.14×0.52 = 3.14(mm)2 小水滴的總表面nA1 =109×4r2=109×4×3.14×(5.0×1.04)2=3.14×103 (mm)2表面擴(kuò)大了3.14×1.03/ 3.14 = 103(倍)W = G = A = 72.53(3.14×103 3.14)×10 6 = 2.28×10 1 Jm24有實(shí)用價(jià)值的表面

6、活性劑，其烴鏈中的碳原子數(shù)在什么范圍，過大或過小對表面活性有什么影響？答：碳鏈不同時(shí)其作用不同，碳原子數(shù)在1218的直鏈烴表面活性劑的潤濕、或去污效果比較好。碳鏈過長時(shí)，在水中的溶解度降低；碳鏈太短時(shí)，所形成的膜韌性降低。5什么叫臨界膠束濃度？它有什么實(shí)際意義？答：臨界膠束濃度是指表面活性劑在溶液中形成膠團(tuán)時(shí)的最低濃度。在達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)溶液的許多性質(zhì)（表面張力、去污力、導(dǎo)電性、 圖84臨界膠束濃度和增溶性等）都發(fā)生明顯的變化。如圖84所示。 表面活性劑性質(zhì)的關(guān)系6氧化鋁瓷件上需鍍銀，當(dāng)燒至1000時(shí)，液態(tài)銀能否潤濕氧化鋁瓷器表面？已知在1000時(shí)， 各物質(zhì)的表面張力如下: = 1000 J

7、·m2 = 920 J·m2 = 1770 J·m2 解: ； > 90 不潤濕 7膠體顆粒為什么會帶電？在何種情況下帶正電？在何種情況下帶負(fù)電？為什么？答：憎液溶膠（膠粒）帶電原因：吸附、電離、摩擦、取代。以吸附為例：穩(wěn)定劑中正離子與膠核成分相同，則其正電荷首先被膠核吸附、成為決定電位離子，膠粒帶正電；反之帶負(fù)電。再以取代為例:天然粘土的化學(xué)式為 “”,當(dāng)()或()被或所取代時(shí),粘土帶負(fù)電，形成膠體時(shí)的“膠粒”帶負(fù)電。8欲制備AgI的正溶膠，問在25mL 0.016mol·L1的AgNO3溶液中最多加入多少毫升0.005 mol·L1的

8、KI溶液？并寫出該溶膠膠團(tuán)結(jié)構(gòu)。若用MgSO4和K3Fe(CN)6兩種電解質(zhì)，哪一種電解質(zhì)更容易使該溶膠聚沉？解：欲使膠粒帶正電，則需加過量的AgNO3，V(AgNO3) > 25×0.016/ 0.005 = 80(ml)。應(yīng)該加100ml以上。膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式為(AgI)m xAg+ yNO3 (xy)+ (x y)NO3 ； K3Fe(CN)6 的聚沉能力較大，因?yàn)椤皟r(jià)態(tài)較高”的與擴(kuò)散層反離子具有相同電荷（與膠粒帶相反電荷）的離子具有較大的聚沉能力。第九章 化學(xué)與材料思考題與習(xí)題解答1. 下列說法是否正確？如不正確應(yīng)如何改正，請說明原因。（1） 金屬晶體有三種密堆積方式，其中第

9、一層金屬原子只有一種排列方式，第二層有兩種排列方式，第三層有三種排列方式，因而形成密集六方、立方和體心立方三種晶格。雖然三種晶格形式不同，但它們都是8配位，空間占有率都是74.05。答：不對，三種晶格中密集六方、立方空間占有率是74.05，而體心立方的空間占有率為68.02%（2）按照能帶理論，金屬之所以能夠?qū)щ?，是因?yàn)橛形幢浑娮犹顫M的能帶。答：對 （3） 氮化硅陶瓷材料中的粒子是靠離子鍵結(jié)合的，因此具有高熔點(diǎn)、高硬度和高絕緣性等優(yōu)點(diǎn)。答：不對，氮化硅陶瓷材料屬原子晶體，其中的粒子是靠共價(jià)鍵結(jié)合的，具有高熔點(diǎn)、高硬度和高絕緣性等特點(diǎn)。（4）如果把某些氧化物加熱，或者用其他方法激發(fā)，使外層電子獲

10、得足夠的能量，以克服原子核對它的吸引力，擺脫原子核對它的控制成為自由電子，于是氧化物陶瓷就成為電子導(dǎo)體或半導(dǎo)體。答：對。（5） 有機(jī)高分子化合物沒有確定的相對分子質(zhì)量和確定的聚合度。它由許多鏈節(jié)結(jié)構(gòu)不同而聚合度也不同的大分子化合物混合而成。答：不對。它是由鏈節(jié)結(jié)構(gòu)相同，而聚合度不同的大分子化合物混合而成的。（6）聚乙炔類高分子，鍵共軛體系延伸到整個(gè)高分子鏈上，使電子的自由行程變長，因而顯現(xiàn)出導(dǎo)電性。答：對。（7） 涂料通常是由四種主要成分組成，即成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑。成膜物質(zhì)是形成涂膜（或稱漆膜，也叫涂層）的物質(zhì);顏料不僅使漆膜具有顏色和覆蓋力，還可以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度、耐久性和具有某些功能（

11、如防蝕和防污等）;溶劑不僅能降低涂料的黏度，以符合施工工藝的要求，對漆膜的形成質(zhì)量也很關(guān)鍵;助劑對涂料的貯存、施工性以及對所形成漆膜的物理性質(zhì)都有明顯作用。答：對。（8） 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料按基體分為三類:樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。答：對。（9）一種金屬單質(zhì)只能有一種晶體結(jié)構(gòu)。答：不對，例如純鐵在910以下具有體心立方晶格，稱為Fe；當(dāng)溫度在9101320時(shí)，則轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄Ц?，稱為Fe。2填充題（1） 半導(dǎo)體和絕緣體能帶結(jié)構(gòu)的區(qū)別是其禁帶寬度不同，絕緣體的禁帶寬度為57eV，而半導(dǎo)體的禁帶寬度在2eV 以下。（2） 形狀記憶合金具有“形狀記憶效應(yīng)”的原因是在其合金內(nèi)部的原子

12、排列成一種穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，冷卻時(shí)，在外力作用下發(fā)生形變，但是其原子的結(jié)合方式未變，重新升溫至轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，原子獲得向穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變所需的能量，回到原來的位置，使合金恢復(fù)原形。（3） 加成聚合和縮合聚合反應(yīng)的主要區(qū)別_加聚反應(yīng)過程中沒有小分子生成，而縮聚反應(yīng)過程中有小分子生成。（4） 非晶態(tài)鏈狀高聚物無固定的 熔點(diǎn)，只有熔程。在不同的溫度范圍內(nèi)可呈現(xiàn)三種不同的物理形態(tài)，即_玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。（5）制備功能高分子材料的方法主要有兩種，一是先合成含有功能基團(tuán)的單體，然后再聚合；二是通過化學(xué)反應(yīng)，在原有高分子鏈上引入功能基團(tuán)。（6）導(dǎo)電高分子材料有兩種:一是具有共軛碳鏈的高分子，（如聚乙炔、

13、聚苯等）；二是主鏈含有雜原子的共軛高分子（如聚苯胺、聚吡咯）。（7）聚合物光纖一般是由兩種高折射的均勻塑料芯材和低折射的塑料涂層（又稱鞘材）聚合物制成的芯 鞘形復(fù)合絲。（8）高吸水樹脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 分子中具有強(qiáng)吸水基團(tuán)（如羥基、羧基等）同時(shí)具有較高分子量的體型高分子。（9）涂料的成膜機(jī)理隨涂料的組成和結(jié)構(gòu)的不同而異，一般可分為 非轉(zhuǎn)化型（溶劑揮發(fā)）、轉(zhuǎn)化型（縮聚、加聚）和混合型（物理和化學(xué)結(jié)合）等三大類。（10）復(fù)合材料按增強(qiáng)體的形態(tài)分為三類，分別是_纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)金屬復(fù)合材料，和纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料_。（1） 與常規(guī)的高分子無機(jī)材料的復(fù)合材料相比，納米復(fù)合材料具有獨(dú)特的納米

14、尺寸效應(yīng)，具有大的比表面積和強(qiáng)的界面相互_作用。3下列有機(jī)高分子化合物哪些適合于作塑料？哪些適合于作彈性材料？天然橡膠和硅橡膠，哪一種耐候性更好？為什么？（1）尼龍66 （tg 45,tf 160） （2）天然橡膠 （tg 73,tf 122）（3）聚酰胺 （tg 47, tf 223）（4）硅橡膠 （tg 125,tf 250）答：尼龍66和聚酰胺在常溫下是玻璃態(tài)，適合于做塑料。天然橡膠和硅橡膠在常溫下是高彈態(tài)，可以做彈性材料，而硅橡膠具有更寬的高彈態(tài)溫度區(qū)域，耐候性更好。第十章 化學(xué)與能源思 考 題 與 習(xí) 題 解 答1. 下列說法是否正確？ 如不正確，請說明原因。 （1） 煤的氣化是指在

15、隔絕空氣條件下加強(qiáng)熱，使煤中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成焦炭和可燃性氣體的過程。答：錯(cuò)，煤的氣化是指在氧氣不足的條件下進(jìn)行部分氧化，使煤中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成可燃性氣體的過程。 （2） 煤炭在燃燒過程中產(chǎn)生的主要污染物為CO和SO2，石油（汽油）在燃燒過程中產(chǎn)生的主要污染物為CO，因此石油產(chǎn)生的污染比煤炭輕。答：不確切，煤炭在燃燒過程中產(chǎn)生的主要污染物為SO2、NOx和CO，石油（汽油）在燃燒過程中產(chǎn)生的主要污染物為CO、NOx和HC，相對而言，石油產(chǎn)生的污染比煤炭輕。 （3） 汽油的辛烷值分布在0100之間，并對應(yīng)于汽油的標(biāo)號，80號的汽油表示汽油中含有80%辛烷和20%的其他烴類。答：錯(cuò)，汽油的辛烷值可衡量汽油的

16、抗震性，并對應(yīng)于汽油的標(biāo)號，80號的汽油表示該汽油的抗震性相當(dāng)于80%異辛烷和20%的正庚烷混合物的抗震性。 （4）為了避免含鉛汽油對大氣的污染，近年來世界各國普遍采用了甲基叔丁基醚 （MTBE）、甲基叔戊基醚（TAME）取代四乙基鉛作汽油添加劑。答：不確切，甲基叔丁基醚 （MTBE）添加劑在某些國家（如美國）已被禁止使用。（5） 發(fā)展核能是解決目前能源危機(jī)的重要手段，近年來北歐和我國政府均采取了積極的態(tài)度，加快核電站的建設(shè)。答：不確切，歐美大部分發(fā)達(dá)國家，基本上停建核電站或提前關(guān)閉核電站，北歐國家甚至通過立法，要求在2010年前關(guān)閉已有核電站。 （6） 能引起環(huán)境污染的電池主要有鉛蓄電池、鎘

17、鎳電池、氧化汞電池等，由于鋅、錳元素對環(huán)境的危害很小，因此鋅錳電池是無污染電池。答：錯(cuò)，在生產(chǎn)的鋅錳電池時(shí)，為了防止電池中鋅溶解釋放氫氣，常在電池糊狀液中放入氯化汞。 （7） 在燃料電池中并沒有發(fā)生直接的燃燒反應(yīng)，它通過原電池原理不斷的將燃料直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這種電池能量轉(zhuǎn)換效率高，理論上可達(dá)100%。答：正確2. 填空題（1） 化石燃料包括 煤、石油和天然氣 ，我國是以 煤 消費(fèi)為主的國家。 （2） 煤是由古代植物轉(zhuǎn)化而來的，煤的煤化過程包括了 植物殘骸 腐殖質(zhì) 泥煤 褐煤 煙煤 無煙煤 階段，若根據(jù)煤化的程度不同可將煤分為 四類，若根據(jù)煤炭中硫的含量不同又可將煤分為 泥煤、褐煤、煙煤和無煙煤

18、 四類。 （3） 煤的綜合利用方法主要包括 煤的焦化、煤的氣化和煤的液化 。 （4） 為了提高汽油的辛烷值，可采取兩種途徑，一是 直鏈烷烴催化重整變成帶支鏈的烷烴 ，二是 向汽油中添加抗震劑 。 （5） 發(fā)展核電曾被國際上認(rèn)為是解決電力缺口的重要選擇。但有兩個(gè)問題必須引起高度重視：一是 電站的運(yùn)行安全 ，一是 核廢料的處理 。 （6） 核聚變反應(yīng)比核裂變反應(yīng)作為能源更有發(fā)展前途，但要實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)發(fā)電，應(yīng)攻克的主要技術(shù)問題是 反應(yīng)有足夠的溫度，能夠控制反應(yīng)速率 。 （7） 堿性鋅錳電池是第三代鋅錳電池。它克服了傳統(tǒng)鋅錳電池 石墨電極極化，電池漏液 的缺點(diǎn)，其特征是 電解液由原來的中性電解液變?yōu)?/p>

19、離子導(dǎo)電性更好的堿性電解液，負(fù)極鋅也由原來的鋅片變?yōu)殇\粉 。 （8） 制約氫能源大規(guī)模應(yīng)用的因素為 廉價(jià)制取技術(shù)及氫的安全、方便貯存、運(yùn)輸 ，最有希望突破的途徑有 熱化學(xué)分解制氫法、光化學(xué)制氫法、太陽能電池電解水制氫法和生物制氫法 。3. 區(qū)別下列概念 （1） 一次能源與二次能源通常把存在于自然界中的可直接利用其能量的能源稱為一次能源；而把必須用其它能源制取或產(chǎn)生的能源稱為二次能源 （2） 再生能源與非再生能源不隨人類的利用顯著減少的能源稱為再生能源，諸如風(fēng)、流水、潮汐、地?zé)?、日光及草木燃燒；而化石燃料和核燃料等隨人類的利用減少的能源稱為非再生能源。 （3） 核聚變與核裂變核聚變反應(yīng)是由兩種輕

20、核結(jié)合成一個(gè)重核，同時(shí)釋放出巨大能量的變化過程；核裂變反應(yīng)又稱核分裂反應(yīng)，它是用中子（ ）轟擊較重原子核，使之分裂成較輕原子核的反應(yīng)。 （4） 一次電池與二次電池一次電池為放電后不能再重復(fù)使用的電池；二次電池是指電極活性物質(zhì)經(jīng)氧化還原反應(yīng)向外輸出電能（放電）而被消耗之后，可以用充電的方法使活性物質(zhì)恢復(fù)的電池，也稱為可充電電池。 （5） 鋰電池與鋰離子電池鋰電池是用金屬鋰作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池的總稱, 又稱為鋰原子電池；而鋰離子電池的活性物質(zhì)為鋰離子。在鋰離子電池中正、負(fù)極材料為Li+嵌入化合物。在充、放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象地稱為“搖椅電池” （6） 普通鋅錳電池

21、與堿性鋅錳電池早期的普通鋅錳電池是糊式電池，外殼用鋅皮作為負(fù)極，NH4Cl、ZnCl2等制成糊狀混合物作電解質(zhì)溶液，MnO2是正極，石墨碳棒起導(dǎo)電作用。糊式鋅錳電池可用下式表示：（）ZnZnCl2，NH4Cl（糊狀）MnO2C ( + )堿性鋅錳電池是第三代鋅錳電池。其重要特征是電解液由原來的中性電解液變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性電解液，負(fù)極鋅也由原來的鋅片變?yōu)殇\粉。堿性鋅錳電池可用下式表示：（）ZnKOH(79molL1)MnO2C ( + ) （7） 煤的氣化與煤的干鎦煤的氣化是指煤在氧氣不足的情況下進(jìn)行部分氧化，使煤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為含有H2、CO等可燃性氣體的過程，因此煤氣的有效成分主要是H

22、2、CO和CH4等。煤的干餾又稱煤的焦化，是指煤與空氣隔絕加強(qiáng)熱時(shí)，煤分解成固態(tài)的焦炭、液態(tài)的煤焦油和氣態(tài)的煤氣（焦?fàn)t氣）的過程。4. 試根據(jù)不同的能源分類方法，對下列能源分類： （1）石油 （2）氫氣 （3）乙醇 （6）沼氣 （7）鋰離子電池 （8）煤 （9）核能 （10）電力 （11）風(fēng)能 （12）潮汐能能源 常規(guī)能源一次能源 新能源 可再生能源（如潮汐能）非再生能源（如煤炭、石油、沼氣、核能）可再生能源（如風(fēng)能）非再生能源二次能源鋰離子電池、乙醇、電力、氫氣、沼氣等5寫出下列幾種電池的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)（化學(xué)反應(yīng)方程式）（1） 普通鋅錳電池；鋅錳電池可用下式表示：（）ZnZnCl2，NH

23、4Cl（糊狀）MnO2C ( + ) 接通外電路放電時(shí)，負(fù)極上鋅進(jìn)行氧化反應(yīng)Zn(s) Zn2+(aq) + 2e 正極上MnO2發(fā)生還原反應(yīng)2MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2e Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O 電池總反應(yīng)為Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH4+(aq) Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(ag) + H2O(l)（2） 堿性鋅錳電池；堿性鋅錳電池可用下式表示：（）ZnKOH(79 molL1)MnO2C ( + )負(fù)極反應(yīng) Zn(s) +2OH(aq) ZnO(s) + H2O(l)+2e正極反應(yīng) MnO2(s)

24、+ 2H2O(l) + 2e Mn(OH)2(s) + 2OH(aq) 電池反應(yīng) Zn(s) + MnO2(s) + H2O(l) ZnO(s) + Mn(OH)2(s)（3） 鉛蓄電池；鉛蓄電池可用下式表示：（）PbH2SO4PbO2 ()放電時(shí)，反應(yīng)為：負(fù)極反應(yīng)Pb(s)+ SO42(aq)PbSO4(s) + 2e正極反應(yīng)PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42(aq) + 2ePbSO4(s) + 2H2O(l)電池反應(yīng)Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) + 2H2O(l)（4） 氫鎳電池；氫鎳電池可用下式表示：TiNi(LaNi)（一

25、） H2KOH NiO(OH)C ( + )放電時(shí)，反應(yīng)為：負(fù)極反應(yīng) H2(g) + 2OH(aq) 2H2O(l) + 2e 正極反應(yīng) 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e 2Ni(OH)2(s) + 2OH(aq)電池反應(yīng) H2(g) + 2NiO(OH)(s) 2Ni(OH)2(s)（5） 鋰離子電池；鋰離子電池的符號表達(dá)式為： （一）CnLiClO4ECDECLiMO2（）充電放電充放電時(shí)，反應(yīng)為：正極反應(yīng)LiMO2 Li1xMO2 xLi+ xe放電充電負(fù)極反應(yīng) nC xLi+ xe LixCn充電放電電池反應(yīng) LiMO2nC Li1xMO2 LixCn（6） 堿性氫

26、氧燃料電池。堿性氫氧燃料電池反應(yīng)可由下式表示： （一）CH2KOHO2C （ + ）負(fù)極反應(yīng) H2(g) + 2OH(aq) 2H2O(l) + 2e正極反應(yīng) O2(g) + 2H2O(l) + 4e4OH(aq)電池反應(yīng) 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)6. 煤和由煤與水蒸氣反應(yīng)（C（s）+H2O（g） = H2（g）+CO（g）而得的水煤氣（CO與H2等物質(zhì)量的混合物）都可用做燃料，設(shè)煤含碳80%，其余可燃成份忽略不計(jì)。試通過計(jì)算說明，在實(shí)際應(yīng)用中以水煤氣代替煤作燃料的優(yōu)缺點(diǎn)。（提示：在任何能量轉(zhuǎn)換過程中，總會有一些能量變成熱而擴(kuò)散到環(huán)境中。例如，欲往某體系輸入 kJ的熱量，實(shí)

27、際上提供的熱量要遠(yuǎn)多于x kJ）。解：1mol純煤完全燃燒放出熱量為：C（s）+ O2（g）= CO2（g） /(kJ.mol1) 0 0 393.511 = 393.51 0 0 = 393.51 kJ.mol11mol純煤轉(zhuǎn)化為水煤氣，然后完全燃燒放出的熱量由下列反應(yīng)實(shí)現(xiàn)：（1） C（s）+ H2O（g） = H2（g）+CO（g） /(kJ.mol1) 0 241.82 0 110.525 = 110.525 (241.82) 0 = 131.295 kJ.mol1（2） CO（g）+ 1/2 O2（g）= CO2（g） /(kJ.mol1) 110.525 0 393.51,2 = 3

28、93.51 (110.525) 0 = 282.985 kJ.mol1（3） H2（g） + 1/2 O2（g） = H2O（g） /(kJ.mol1) 0 0 241.82 ,3 = 241.82 0 0 = 241.82 kJ.mol1 = fH m,1 + fH m,3 + fHm,3 = 131.295 + (282.985) + (241.82) = 393.51 kJ·mol1由計(jì)算可見兩種方法釋放的反應(yīng)熱相同。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于煤與水蒸氣反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率不可能達(dá)到百分之百，同時(shí)能量的轉(zhuǎn)換過程中，總會有一些能量變成熱而擴(kuò)散到環(huán)境中，因此實(shí)際上由煤轉(zhuǎn)化成水煤氣燃燒所放出的熱

29、量要遠(yuǎn)小于單純煤燃燒放出的熱量。但是由于水煤氣燃燒過程中沒有SO2的污染發(fā)生，因此其燃燒過程要比煤的燃燒過程潔凈的多。7某天然氣的體積百分組成為：CH4 85.0%，C2H6 10.0%，其余為不可燃組分。 氣體的溫度為298K，壓力為111kPa， 試計(jì)算燃燒1.00 m3 這種天然氣的rH298 是多少？ 解：1.00 m3天然氣，CH4 和C2H6分別占有的體積為： CH4 ：1.00 × 85.0% = 0.85 m3 C2H6：1.00 × 10.0% = 0.10 m3根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 PV=nRTCH4 和C2H6的物質(zhì)的量分別為：CH4 ：n= PV /

30、 RT = 111× 0.85 × 1000/ (8.314× 298 ) =38.08 molC2H6：n= PV / RT = 111× 0.10 × 1000/ (8.314× 298 ) =4.48 molCH4燃燒放出的熱量: CH4（g）+ 2 O2（g）= CO2（g）+ 2H2O（g） /(kJ.mol1) 74.85 0 393.51 241.82 = (393.51) + 2× ( 241.82) (74.85) 0 = 802.30 kJ.mol1 = n rH m = 38.08 × (80

31、2.30) = 30551.58 (kJ)C2H6燃燒放出的熱量: C2H6（g）+ 5/2 O2（g）= 2CO2（g）+ 3H2O（g） /(kJ.mol1) 83.68 0 393.51 241.82 = 2×(393.51) + 3×( 241.82) (83.68) 0 = 1428.8 kJ.mol1 = n = 4.48 × (1428.8) = 6401.02 kJ1.00 m3這種天然氣的 298298 = = + =(30551.58) + ( 6401.02) = 36952.60 kJ答：燃燒1.00 m3這種天然氣的 298 是 3695

32、2.60 kJ。8. 計(jì)算1m3煤氣（100kPa，273K）燃燒時(shí)所放出的熱量，已知煤氣組成為組分CO2C3H8O2COH2CH4N2含量/%4.04.00.55.030.552.04.5解：1.00 m3煤氣，C3H8、CO、 H2 、CH4分別占有的體積為： 0.04 m3 、0.05 m3 、0.305 m3 、0.520 m3 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 PV=nRTC3H8、CO、 H2 、CH4的物質(zhì)的量分別為：C3H8 ：n= PV / RT = 100× 0.04 × 1000/(8.314× 273 ) =1.76 molCO： n= PV / RT

33、 = 100× 0.05 × 1000/(8.314× 273 ) = 2.02 molH2 ： n= PV / RT = 100× 0.305× 1000/(8.314× 273 ) =13.44 molCH4 ： n= PV / RT = 100× 0.52 × 1000/(8.314× 273 ) =22.91 mol100kPa 和298.15K下C3H8（g）、CO（g）、 H2（g） 、CH4（g）的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 /(kJ.mol1)分別為:2220.0、 282.985 、241.82、890

34、.3. 1.00 m3煤氣燃燒放出的熱量為：(2220.0) ×1.76 + (282.985) ×2.02 + (241.82)×13.44 + (890.3)×22.91 = 28125.7 kJ答：1m3煤氣（100kPa，273K）燃燒時(shí)所放出的熱量為28125.7 kJ。9. 某油田原油的組成如下，計(jì)算此原油的燃燒熱值是多少（kJ·kg1）?組分CHONS灰分水分含量/%86.0412.140.540.200.150.030.7解：設(shè)原油的組成為 CnHmOxNyS z,則燃燒反應(yīng)為：CnHmOxNySz（l）+(2n + m/2 +

35、 2y + 2z x) /2 O2（g）= nCO2（g）+ (m/2) H2O（g）+ y NO2（g）+ z SO2（g）每kg原油含 C、H、N、S的物質(zhì)的量分別為：C: ( 1000× 0. 8604) / 12 = 71.7 mol H: ( 1000× 0. 1214 ) / 1 = 121.4 mol N: ( 1000× 0.0020 ) / 14= 0.01429 mol S: ( 1000× 0.0015) 32 = 0.0469 mol原油燃燒熱值為： n（CO2）+ m/2（H2O）+y（NO2）+ z（SO2）=71.7

36、5;(393.51)+ 121.4 /2×( 241.82) + 0.01429×(+33.18) + 0.0469×(297.04)= 42882.45 (kJ·kg1)答：此原油的燃燒熱值是 42882.45 kJ·kg1。10一座每年發(fā)電量為1.0×106 kW的大型發(fā)電站，每年要耗標(biāo)準(zhǔn)煤3.5×106t ，（標(biāo)準(zhǔn)煤的高發(fā)熱值為30×106 J· 1） 試問同樣規(guī)模的核電站，每年需要核燃料鈾235多少kg？秦山核電站某機(jī)組裝機(jī)容量為3×105 kW，每年需要核燃料鈾235多少kg?解：煤燃

37、燒放出的總熱量為：3.5×106t×30×106 J·t1 = 1.05×1014 J設(shè)每克鈾235裂變釋放8.1×107 kJ·g 1則釋放1.05×1012 kJ熱量，需要鈾235為：（1.05×1014）/（8.1×107） = 1.29×106 g =1290×106 kg秦山核電站某機(jī)組裝機(jī)容量為3×105 kW, 需要鈾235為:(3×105) / ( 1×10) ×1.29×106= 3.87×105

38、g =387 kg答：發(fā)電量為1.0×106 kW的核電站每年需要核燃料鈾235為1290×106 kg；機(jī)組裝機(jī)容量為3×105 kW，每年需要核燃料鈾235為387kg11. 鐳的放射性衰變反應(yīng)為： 88226Ra 86222Rn + 24He試計(jì)算若1mol Ra鐳226放射性衰變釋放出來的能量為多少kJ？（已知，,的摩爾質(zhì)量分別為：4.0015g·mo11，222g·mo11，225.9771 g·mo11）解：1mol Ra鐳226放射性衰變質(zhì)量的變化為：m = 222 + 4.0015 225.9771 = 0.0244

39、g·mo11按照愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式E =m·c2 ，E =m·c2 = 0.0244×103×(3×108) 2 = 2.196×1012 J·mo11 =2.196×109 ( kJ·mo11) 答：1mol Ra鐳226放射性衰變釋放出來的能量為2.196×109 kJ·mo11。12. 按照愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式E =m·c2試計(jì)算太陽的近似壽命。已知太陽質(zhì)量M =1.982×1027kg，太陽平均功率W =3.865×1026J·s

40、1解：按照愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式E =m·c2m = 1.982×1027 kg太陽的近似壽命為：1.982×1027×(3×108) 2/(3.865×1026) =4.615×1017 s = 1.463×1010 年 =146.3億年答: 太陽的近似壽命為146.3億年。第十一章 化學(xué)與環(huán)保思 考 題 與 習(xí) 題 解 答1. 下列說法是否正確？如不正確，請說明原因。 （1） 大氣中懸浮顆粒物，尤其飄塵是大氣中危害最久，最嚴(yán)重的一種污染物。答：正確 （2） 汽車尾氣中排放的NOx主要是由石油中氮化物燃燒所致。答：錯(cuò)

41、，汽車尾氣中排放的NOx主要是由石油燃燒中高溫條件下，空氣中的氧氣和氮?dú)夥磻?yīng)所致。 （3） 家用煤氣泄露后會有特殊的臭味，這是由于煤氣中的CO氣味所致。答：錯(cuò)，CO氣體無色無味，臭味是由煤氣中添加的臭味指示劑所致。 （4） 氟里昂之所以能破壞臭氧層，是由于氟里昂中含有氟原子。答：錯(cuò)，氟里昂之所以能破壞臭氧層，是由于氟里昂中含有氯原子。 （5） 通常把pH<7的雨水稱為酸雨。答：錯(cuò)，通常把pH<5.6的雨水稱為酸雨。 （6） 為控制汽車尾氣污染的發(fā)生，許多國家和地區(qū)都制定了嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，目前世界上排放標(biāo)準(zhǔn)要求最為嚴(yán)厲的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)。答：錯(cuò)，為控制汽車尾氣污染的發(fā)生，許多國家和

42、地區(qū)都制定了嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，目前世界上排放標(biāo)準(zhǔn)要求最為嚴(yán)厲的是美國加州標(biāo)準(zhǔn)。2. 填空題（1） 在汽車尾氣凈化中，普遍采用了三效催化劑，三效催化劑通常采用 貴金屬鉑、鈀和銠 為組合的催化劑，它能同時(shí)能對 CO、(HC)x 和NOx 三種組分起催化作用。（2） 煙氣脫硫方法分為兩類，一類是 濕法 ，另一類是 干法 。（3） 國內(nèi)外采用的控制SO2污染物排放方法主要有三種，一是 燃燒前脫硫 ，一是 燃燒中脫硫 ，一是 燃燒后脫硫 。其中目前世界上大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式是 煙氣脫硫 。（4） 根據(jù)大氣的物理性質(zhì)、化學(xué)組成以及與地面的垂直分布特性，可將大氣分成五個(gè)層次，自下而上分別是 對流

43、層、平流層、中間層、暖層和逸散 層。距地面約 150 km間的層區(qū)臭氧濃度較大，又稱臭氧層。（5） 環(huán)境污染的污染源或污染物主要來 化學(xué)方面，物理方面，生物方面 三方面。 （6） 綠色化學(xué)的目標(biāo)是 尋求能夠充分利用原材料和能源，且在各個(gè)環(huán)節(jié)都潔凈和無污染的反應(yīng)途徑和工藝 ，國際化學(xué)界公認(rèn)的綠色化學(xué)防止污染的基本原則共有 12 條。3. 區(qū)別下列概念（1） 大氣與空氣大氣與空氣并無本質(zhì)區(qū)別，一般對于某一特定場所和局部小地區(qū)供人和動植物生存的氣體常用空氣一詞，而以大區(qū)域或全球性的氣流作為研究對象則常用大氣一詞（2） 水與水體“水”和“水體”的概念是不同的，水體不僅包括水，而且也包括水中的懸浮物，底

44、泥及水生生物等。從自然地理的角度看，水體是指地表被水覆蓋的自然綜合體。（3） 化學(xué)需氧量（COD）與生化需氧量（BOD）化學(xué)需氧量（COD）是用強(qiáng)氧化劑（如K2Cr2O7，KMnO4）在一定條件下氧化水中有機(jī)污染物和還原性物質(zhì)的需氧量。生化需氧量（BOD）是指水中有機(jī)污染物被好氧微生物分解時(shí)的耗氧量。（4） 生態(tài)平衡與環(huán)境自凈在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動和物質(zhì)循環(huán)總是不斷地進(jìn)行著，在一定時(shí)期內(nèi)，生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者之間能保持著相對的平衡狀態(tài)，也就是說系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)能保持較長時(shí)期的穩(wěn)定，這種平衡狀態(tài)就叫生態(tài)平衡。在自然界的生態(tài)系統(tǒng)中，生態(tài)平衡還表現(xiàn)為生物種類和數(shù)量的相對穩(wěn)定。生態(tài)系統(tǒng)能夠保

45、持相對的平衡主要是由于生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部具有自動調(diào)節(jié)能力。對污染物而言，這種能力就是通常所說的環(huán)境自凈能力。（5） 綠色化學(xué)與清潔生產(chǎn)綠色化學(xué)，是利用化學(xué)的原理、方法來防止化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、合成、加工、應(yīng)用等全過程中使用和產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，使所設(shè)計(jì)的化學(xué)產(chǎn)品或生產(chǎn)過程更加環(huán)境友好的一門科學(xué)。其目標(biāo)是尋求能夠充分利用原材料和能源，且在各個(gè)環(huán)節(jié)都潔凈和無污染的反應(yīng)途徑和工藝。清潔生產(chǎn)是將整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、服務(wù)全過程中，其目標(biāo)是減少和消除污染、節(jié)能、降耗。（6） 環(huán)境問題與環(huán)境污染環(huán)境問題是指由環(huán)境受破壞所引起的后果，或是引起環(huán)境破壞的原因。在環(huán)境中發(fā)生有害物質(zhì)或能量積聚的狀態(tài)稱為環(huán)境

46、污染。4. 說明下述情況可能產(chǎn)生的結(jié)果。（1）空氣中顆粒物質(zhì)濃度增加； 對光產(chǎn)生吸收和散射，降低空氣的可見度；危害人體健康，引起塵肺、癌癥、呼吸道疾病和心臟病等；引起其它污染反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致“二次污染”。（2）降低高層大氣中O3分子濃度；高空中臭氧層能吸收來自太陽的99%紫外輻射，若降低高層大氣中O3分子濃度，過量紫外線將到達(dá)地表層，對地球生物造成危害。（3）用氧化物礦而不是從硫化物礦提煉金屬（例如用Zn0代替ZnS）；減少SOx污染。（4）發(fā)電廠由燃煤改為使用天然氣。減少粉塵及SOx污染。5解釋下列現(xiàn)象：（1）空氣中硫的氧化物使大理石雕像遭到破壞；空氣中SO2在光照以及有固體顆粒物作催化劑的

47、情況下，能轉(zhuǎn)變?yōu)镾O3，SO3遇水轉(zhuǎn)變成硫酸，硫酸能與大理石CaCO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（2）在污水中加入聚丙烯酰胺或聚合硫酸鐵，能使污水迅速分層澄清。向污水中投入聚丙烯酰胺或聚合硫酸鐵，可以使污水中難以沉淀的膠體顆粒迅速“脫穩(wěn)”而相互聚合，增大到自然沉淀的程度，使污水迅速分層澄清。 6一氧化碳進(jìn)入人體內(nèi)，能與血液中的血紅蛋白化合生成配合物 CO(g)+ 血紅蛋白·O2(1) O2+ × 血紅蛋白·CO(1)其平衡常數(shù)為210，根據(jù)空氣中氧氣濃度為8.2×103mol·L1，計(jì)算當(dāng)血液中有10%的血紅蛋白轉(zhuǎn)化為羰基配合物時(shí)，CO濃度為多少mol&#

48、183;L1？ 解： C(CO) = 3.9×106 mol·L1 答：CO濃度為3.9×106 mol·L 7假定空氣與尿素反應(yīng)為O H2N C NH2 + 4O2 = CO2 + 2NO3 + 2H+ + H2O 計(jì)算100 L含1g尿素的水的BOD總（以mg·L1表示）解：尿素相對分子質(zhì)量為60，水中尿素的濃度為0.01 g·L1, 則 g·L1 = 21 m g·L1答：100 L含1g尿素的水的BOD總為21 m g·L1。8工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Cd2+降到0.10mg·L1以下即可

49、排放。若用加消石灰中和沉淀法除去Cd2+，按理論值計(jì)算，廢水溶液中pH值至少應(yīng)為多少？Mg(OH)2被認(rèn)為是替代消石灰等的綠色水處理劑，若采用Mg(OH)2替代消石灰處理Cd2+，欲使5mg·L1 Cd2+達(dá)到工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，每升廢水至少加入多少克Mg(OH)2？ 解：(1) Cd (OH)2 2OH + Cd2+= c (Cd2+) c(OH)2=2.5×1014c (Cd2+) = 0.1×103/112.4 = 8.9×107 mol·L1c(OH) =1.67×104 mol·L1pH = 10.22 (2) c

50、(Cd2+) = 5×103/112.4 = 4.45×105 mol·L1Cd2+ Mg(OH)2 Cd (OH)2+Mg2+K=K=c (Mg2+)=3.2×102 mol·L1每升水中加的氫氧化鎂的量至少為：3.2×102 mol·L=3.2×102×58=1.86 g·L1答：（1）廢水溶液中pH值至少應(yīng)為10.22；（2）每升廢水至少加入Mg(OH)21.86 g·L1。9某種類型的煤含硫?yàn)?.0，問：（1）燃燒100g該種煤，將產(chǎn)生多少克二氧化硫？（2）在298K與100k

51、Pa下，將產(chǎn)生多少體積的SO2？（3）如采用1.00m3空氣燃燒這部分煤，煙道氣中SO2的濃度為多少？解：（1）SO2相對分子質(zhì)量為64，S相對分子質(zhì)量為32燃燒100g煤產(chǎn)生SO2： 100g×3.0×（64/32）= 6 g（2）在298K與100kPa下， SO2的體積為：V= nRT/P =(6/64) ×8.314×298/100 = 2.32 L（3）采用1.00m3空氣燃燒這部分煤，煙道氣中SO2的濃度為： 6 g·m3答：（1）燃燒100g煤，將產(chǎn)生6 g二氧化硫；（2）在298K與100kPa下，將產(chǎn)生2.32 LSO2；（3

52、）煙道氣中SO2的濃度為6 g·m3。101998年我國產(chǎn)煤近1.4×109t,若平均含硫量為1.5% ，燃燒后有60%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硫以SO2形式排放入大氣，試估算排放到大氣中的SO2總量是多少？解：SO2相對分子質(zhì)量為64，S相對分子質(zhì)量為32燃燒1.4×109 t煤產(chǎn)生SO2：1.4×109t ×1.5×（64/32）×60% = 2.52×107t答：排放到大氣中的SO2總量是2.52×107t。11某城市有600萬人口，日產(chǎn)垃圾約1萬噸，其組成大致如下（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：紙布6.69%，硬廢物

53、（如水泥、磚瓦、沙石）8.54%，塑料制品6.7%，金屬1.3%，玻璃0.7%，竹木2.23%，廚余29.02%，水分44.82%，試提出一個(gè)合理處理這些垃圾的方案。答：首先通過機(jī)械分選，將紙布、塑料制品、竹木、金屬、硬廢物及玻璃等與廚余分離，其廚余可采用發(fā)酵處理制成肥料。第十二章 化學(xué)與生命思 考 題 與 習(xí) 題 解 答1. 下列說法是否正確？ 如不正確應(yīng)如何改正？并說明原因。（1） 凡是淀粉，遇碘就會變藍(lán)色。答；不確切，直鏈淀粉遇碘變藍(lán)。 （2） 纖維素分子為線性多糖大分子，系由葡萄糖以1,4葡萄糖苷鍵縮合得到，由于動物的消化系統(tǒng)能水解1,4糖苷鍵，因而動物能以纖維素為主要飼料。答：正確。

54、 （3） 牙齒和骨骼的主要組成是碳酸鈣，當(dāng)糖吸附在牙齒上并且發(fā)酵時(shí)，就會產(chǎn)生H+，引起碳酸鈣的溶解，致使牙齒腐蝕。答：錯(cuò)，牙齒和骨骼的主要組成是羥基磷灰石Ca10(OH)2(PO4)6，當(dāng)糖吸附在牙齒上并且發(fā)酵時(shí)，就會產(chǎn)生H+，引起羥基磷灰石的溶解，致使牙齒腐蝕。 （4） 血紅蛋白和肌紅蛋白中都含有血紅素（Heme）基團(tuán)，它們是由Fe（）和原卟啉形成的金屬卟啉配合物。答：錯(cuò)，F(xiàn)e（）與原卟啉的配合物（5） 生物體中發(fā)現(xiàn)的元素達(dá)81種，已經(jīng)確認(rèn)有28種元素是維持人體正常生物功能必不可少的必需元素。答：錯(cuò)，確認(rèn)有27種元素是維持人體正常生物功能必不可少的必需元素。（6） DNA分子中，兩條長核苷酸

55、鏈的堿基通過共價(jià)鍵結(jié)合形成了雙螺旋結(jié)構(gòu)。答：錯(cuò)，兩條長核苷酸鏈的堿基通過氫鍵結(jié)合形成了雙螺旋結(jié)構(gòu)2. 填空題 （1） 脂類是 脂肪和類脂（磷脂、固醇及固醇脂等） 總稱，人體中含量最多的磷脂是 磷脂酰膽堿 ，又名 膽堿磷酸甘油脂 ，商品名 卵磷脂 。（2） DNA的雙螺旋二級結(jié)構(gòu)是在 1953 年，由 Watson 和 Crick 發(fā)現(xiàn)的。（3） 生物工程，是 指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或完成某種目的工程 它包括 基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程 等內(nèi)容。（4） 基因是 具有遺傳功能的單元，是DNA分子中最小的、具有完整功能的單位 ，人類基因組計(jì)劃（HGP）的主要目標(biāo)是 測定人類23對染色體的遺傳圖譜、物理圖譜和DNA序列 。（5） 碳酸酐酶的生物功能是 催化CO2的水合及HCO3的脫水過程 ，它的意義在于 在酶的催化下，在pH7生理?xiàng)l件下，迅速達(dá)到CO2與HCO3平衡，從而滿足在血液循環(huán)中CO2迅速傳遞的要求 。（6）蛋白質(zhì)是由20種L氨基酸構(gòu)成的，其中 10 種為兒童所必需， 8 種為成年人所必需。蛋