化学计量
- 物质的量
- n = m/M
- 浓度
- c = n/V
- 物质的量之比
- 使用配平方程式中的系数
- 限量反应物
- 最先耗尽的那种反应物
- 产率
- 实际产量 / 理论产量 × 100%
方法
- 写出并配平化学方程式。
- 把已知质量换算为物质的量：n = m/M。
- 用系数作为物质的量之比，求出所需物质的物质的量。
- 用 m = n·M 换算回质量。有两种反应物时，先找出限量反应物。
普通化学：速成包
公式表、每个专题的关键方法步骤和 14 道练习题，完整解答附在最后。
1公式与方法
物质的量浓度与稀释
- 物质的量浓度
- c = n/V (mol/L)
- 物质的量
- n = m/M
- 稀释
- c1V1 = c2V2
- 混合
- c = (c1V1 + c2V2)/(V1 + V2)
方法
- 用 n = m/M 把质量换算为物质的量。
- 把体积换算为升。
- 物质的量浓度 c = n/V，单位为 mol/L。
- 稀释时物质的量不变：c₁V₁ = c₂V₂。
理想气体定律
- 理想气体定律
- pV = nRT
- 气体常数
- R = 8.314 J/(mol·K)
- 联合气体定律
- p1V1/T1 = p2V2/T2
- 物质的量
- n = m/M
- 温度
- T[K] = T[°C] + 273.15
量热与焓变
- 热量
- q = m·c·ΔT
- 水
- c = 4.18 J/(g·°C)
- 量热计
- 放出的热量 = 吸收的热量
- 反应焓变
- ΔH° = ΣΔH°f(products) − ΣΔH°f(reactants)
化学平衡
- 平衡常数
- Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)
- ICE 表（三段式）
- 起始、变化（×化学计量数）、平衡
- 一元二次方程
- x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)
方法
- 写出 Kc：产物比反应物，各自以其系数为幂次。
- 列 ICE 表：初始量、变化量（按系数乘以 x 变化）、平衡量。
- 把平衡时的表达式代入 Kc，解出 x。
- 检查 x 是否足够小可以近似；否则解一元二次方程。
pH 与缓冲溶液
- pH
- pH = −log[H⁺]
- pOH
- pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
- 弱酸
- [H⁺] ≈ √(Ka·c)
- 缓冲溶液
- pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
- 稀释
- c1V1 = c2V2
方法
- 判断该酸或碱是强的（完全电离）还是弱的。
- 强酸：[H⁺] 等于其浓度。强碱：先求 [OH⁻]。
- 弱酸：由 Ka = x²/(c − x) 解出 x = [H⁺]。
- pH = −log[H⁺]，25 °C 时 pH + pOH = 14。
反应动力学
- 一级
- ln(CA/CA0) = −kt
- 半衰期（一级）
- t½ = ln 2/k
- 二级
- 1/CA = 1/CA0 + kt
- 阿伦尼乌斯
- k = A·e−Ea/(RT)
- 两个温度
- ln(k2/k1) = (Ea/R)(1/T1 − 1/T2)
2练习题
1.化学计量中等
4 g Fe2O3 与 10 g CO 按 Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 反应。最多能生成多少质量 m 的 Fe？
M(Fe2O3) = 159.69M(CO) = 28.01M(Fe) = 55.85 g/mol
m = g
2.化学计量困难
在反应 CaCO3 → CaO + CO2 中，16 g CaCO3 完全反应（其他反应物过量），收集到 5.56 g CaO。求产率 Y。
M(CaCO3) = 100.09 g/molM(CaO) = 56.08 g/mol实际: 5.56 g
Y = %
3.物质的量浓度与稀释中等
你需要 100 mL 0.1 mol/L 的溶液，现有 4 mol/L 的储备液。 需要多少体积 V1 的储备液？
c1 = 4 mol/Lc2 = 0.1 mol/LV2 = 100 mL
V1 = mL
4.物质的量浓度与稀释困难
将 250 mL 1.5 mol/L 的溶液与 400 mL 同一物质的 0.1 mol/L 溶液混合。求混合液的浓度 c（体积可直接相加）。
c1 = 1.5 mol/LV1 = 250 mLc2 = 0.1 mol/LV2 = 400 mL
c = mol/L
5.理想气体定律中等
140 g CO₂在 100 kPa 和 45 °C 下占多少体积 V？按理想气体处理。
m = 140 gM = 44.01 g/molP = 100 kPaT = 45 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.理想气体定律困难
按理想气体处理，求N₂在 1000 kPa 和 20 °C 下的密度 ρ。
M = 28.01 g/molP = 1000 kPaT = 20 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.量热与焓变中等
将一块 50 g、温度为 130 °C 的铁块（c = 0.449 J/(g·°C)）投入隔热杯中 200 g、温度为 21 °C 的水（c = 4.18 J/(g·°C)）中。求末温 Tf。
mmetal = 50 gcmetal = 0.449 J/(g·°C)Tmetal = 130 °Cmwater = 200 gTwater = 21 °Ccwater = 4.18 J/(g·°C)
Tf = °C
8.量热与焓变困难
利用标准生成焓求反应 C3H8 + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O(l) 的 ΔH°。
ΔH°f(C3H8) = −103.8 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0
ΔH° = kJ
9.化学平衡中等
将 0.25 mol/L 的 H₂ 和 0.25 mol/L 的 I₂ 放入容器中发生反应：H₂ + I₂ ⇌ 2HI，Kc = 9。求平衡浓度 [HI]。
[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.25 mol/LKc = 9
[HI] = mol/L
10.化学平衡困难
PCl₅ 发生分解：PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂，在反应温度下 Kc = 0.2。容器中起始时只有 0.2 mol/L 的 PCl₅。求平衡浓度 [PCl5]。
[PCl₅]₀ = 0.2 mol/LKc = 0.2
[PCl5] = mol/L
11.pH 与缓冲溶液中等
求 0.01 mol/L 乙酸（Ka = 1.8 × 10⁻⁵）溶液的 pH pH。
c = 0.01 mol/LKa = 1.8 × 10⁻⁵
pH =
12.pH 与缓冲溶液困难
某缓冲溶液含 0.1 mol/L 甲酸 和 0.3 mol/L 其钠盐。Ka = 0.00018。求该缓冲溶液的 pH pH。
[HA] = 0.1[A⁻] = 0.3Ka = 0.00018
pH =
13.反应动力学中等
一个零级反应的 k = 0.05 mol/(L·min)，初始浓度为 2 mol/L。达到 60% 转化率需要多长时间？求 t。
k = 0.05 mol/(L·min)CA0 = 2 mol/LX = 60 %
t = min
14.反应动力学困难
一个一级反应在 100 °C 时的速率常数为 0.005 s⁻¹，活化能为 100 kJ/mol。求阿伦尼乌斯方程中的指前因子 A。
k = 0.005 s⁻¹T = 100 °CEa = 100 kJ/molR = 8.314 J/(mol·K)
A = s⁻¹
3溶液
1.化学计量
答案: m = 2.798 g
化学计量：配平的方程式计的是粒子数，不是克数。用 n = m/M 把质量换算为物质的量，以方程式系数作为物质的量之比，再用 m = n·M 换算回质量。有两种反应物时，限量反应物是先耗尽、决定生成多少产物的那一种。
各反应物的物质的量
n(Fe2O3) = 4/159.69 = 0.02505 mol
n(CO) = 10/28.01 = 0.357 mol
限量反应物
0.02505/1 = 0.02505, 0.357/3 = 0.119 → Fe2O3
产物的质量
n(Fe) = 0.02505·2 = 0.0501 mol
m = 0.0501·55.85 = 2.798 g
答案
m = 2.798 g
2.化学计量
答案: Y = 62.02 %
化学计量：配平的方程式计的是粒子数，不是克数。用 n = m/M 把质量换算为物质的量，以方程式系数作为物质的量之比，再用 m = n·M 换算回质量。有两种反应物时，限量反应物是先耗尽、决定生成多少产物的那一种。
理论产量
n(CaCO3) = 16/100.09 = 0.1599 mol
m = 0.1599·1/1·56.08 = 8.965 g
产率
Y = 5.56/8.965·100 = 62.02%
答案
Y = 62.02%
3.物质的量浓度与稀释
答案: V1 = 2.5 mL
物质的量浓度：c = n/V，单位为 mol/L，其中 n = m/M。稀释时加入的是溶剂而不是溶质，所以物质的量保持不变：c₁·V₁ = c₂·V₂。把同一溶质的两种溶液混合时，物质的量相加，体积也相加。
储备液体积
V1 = c2·V2/c1 = 0.1·100/4 = 2.5 mL
答案
V1 = 2.5 mL
4.物质的量浓度与稀释
答案: c = 0.6385 mol/L
物质的量浓度：c = n/V，单位为 mol/L，其中 n = m/M。稀释时加入的是溶剂而不是溶质，所以物质的量保持不变：c₁·V₁ = c₂·V₂。把同一溶质的两种溶液混合时，物质的量相加，体积也相加。
总物质的量
n = 1.5·250 + 0.1·400 = 415 mmol
混合液的浓度
c = 415/650 = 0.6385 mol/L
答案
c = 0.6385 mol/L
5.理想气体定律
答案: V = 84.14 L
理想气体定律：PV = nRT，其中 n = m/M。
物质的量
n = 140/44.01 = 3.181 mol
T = 45 + 273.15 = 318.1 K
体积
V = nRT/P = 3.181·8.314·318.1/100 = 84.14 L
答案
V = 84.14 L
6.理想气体定律
答案: ρ = 11.49 kg/m³
理想气体密度：ρ = PM/(RT)。
整理气体定律
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 20 + 273.15 = 293.1 K
密度
ρ = 1000·28.01/(8.314·293.1) = 11.49 kg/m³
答案
ρ = 11.49 kg/m³
7.量热与焓变
答案: Tf = 23.85 °C
热量与焓：加热一种物质需要 q = m·c·ΔT。在量热计中，热物体放出的热量等于冷物体吸收的热量。反应的焓变可由生成焓求出：ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物)，每一项都乘以其化学计量数。
热量平衡
50·0.449·(130 − Tf) = 200·4.18·(Tf − 21)
求末温
Tf = (22.45·130 + 836·21)/(22.45 + 836) = 23.85 °C
答案
Tf = 23.85 °C
8.量热与焓变
答案: ΔH° = −2220 kJ
热量与焓：加热一种物质需要 q = m·c·ΔT。在量热计中，热物体放出的热量等于冷物体吸收的热量。反应的焓变可由生成焓求出：ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物)，每一项都乘以其化学计量数。
反应焓变
ΔH° = [3·(−393.5) + 4·(−285.8)] − [1·(−103.8) + 5·0] = −2220 kJ
答案
ΔH° = −2220 kJ
为负值：该反应放出热量（放热反应）。
9.化学平衡
答案: [HI] = 0.3 mol/L
化学平衡：对于 aA + bB ⇌ cC + dD，平衡常数为 Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)，其中使用平衡时的浓度。ICE 表（起始、变化、平衡，即三段式）通过一个未知数 x（按化学计量数缩放）把起始量与平衡量联系起来。
平衡表达式
9 = (2x)²/(0.25 − x)²
开平方
3 = 2x/(0.25 − x) → x = 0.25·3/(2 + 3) = 0.15 mol/L
平衡浓度
[HI] = 2x = 0.3 mol/L
答案
[HI] = 0.3 mol/L
10.化学平衡
答案: [PCl5] = 0.07639 mol/L
化学平衡：对于 aA + bB ⇌ cC + dD，平衡常数为 Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)，其中使用平衡时的浓度。ICE 表（起始、变化、平衡，即三段式）通过一个未知数 x（按化学计量数缩放）把起始量与平衡量联系起来。
平衡表达式
0.2 = x²/(0.2 − x) → x² + 0.2·x − 0.04 = 0
解一元二次方程
x = (−0.2 + √(0.2² + 4·0.04))/2 = 0.1236 mol/L
平衡浓度
[PCl₅] = 0.2 − 0.1236 = 0.07639 mol/L
答案
[PCl5] = 0.07639 mol/L
11.pH 与缓冲溶液
答案: pH = 3.382
pH：pH = −log₁₀[H₃O⁺]，pOH = −log₁₀[OH⁻]，25 °C 时 pH + pOH = 14。强酸和强碱完全电离。弱酸只部分电离：Ka = x²/(c − x)，其中 x = [H₃O⁺]。由弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液遵循亨德森–哈塞尔巴尔赫方程：pH = pKa + log([A⁻]/[HA])。
平衡
HA ⇌ H⁺ + A⁻：有 x mol/L 的酸电离。
Ka = x²/(0.01 − x) → x = 0.0004154 mol/L
pH
pH = −log(0.0004154) = 3.382
答案
pH = 3.382
12.pH 与缓冲溶液
答案: pH = 4.222
pH：pH = −log₁₀[H₃O⁺]，pOH = −log₁₀[OH⁻]，25 °C 时 pH + pOH = 14。强酸和强碱完全电离。弱酸只部分电离：Ka = x²/(c − x)，其中 x = [H₃O⁺]。由弱酸及其共轭碱组成的缓冲溶液遵循亨德森–哈塞尔巴尔赫方程：pH = pKa + log([A⁻]/[HA])。
pKa
pKa = 3.745
亨德森–哈塞尔巴尔赫方程
pH = 3.745 + log(0.3/0.1) = 4.222
答案
pH = 4.222
13.反应动力学
答案: t = 24 min
Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).
转化的量
CA0·X = 2·0.6 = 1.2 mol/L
时间
t = CA0·X/k = 1.2/0.05 = 24 min
答案
t = 24 min
14.反应动力学
答案: A = 4.986 × 10¹¹ s⁻¹
Reaction rates: for a first-order reaction −dC/dt = kC, so C = C₀·e−kt and the half-life ln 2/k does not depend on concentration. For a second-order reaction 1/C = 1/C₀ + kt. The rate constant rises with temperature following Arrhenius: k = A·e−Ea/(RT).
绝对温度
T = 100 + 273.15 = 373.1 K
由阿伦尼乌斯方程求 A
Ea/(RT) = 100000/(8.314·373.1) = 32.23
A = k·e32.23 = 0.005·9.972 × 10¹³ = 4.986 × 10¹¹ s⁻¹
答案
A = 4.986 × 10¹¹ s⁻¹
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