第一章化学热力学基础参考答案.docx
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第一章化学热力学基础参考答案
第一章化学热力学基础
P19综合题
解:
(1)
=-635.1+(-393.5)+(-1)×(-1206.9)
=178.3(KJ.mol-1)
=39.8+213.7+(-1)×92.9
=160.6(J.mol-1.K-1)
=178.3-298.15×160.6×10-3
=130.41>0
反应正向不自发,应该逆向进行。
(2)根据
有:
P21
11、
(1)错
(2)错(3)错(4)正确
15、
(1)△S<0(负)
(2)△S<0(负)(3)△S>0(正)(4)△S>0(正)
16、Sθ:
C(石墨,s) P21~25 1、 (1)Q体系=500kJW体系=600kJ △U=Q+W=500+600=1100kJ (2)Q体系=-2000kJW体系=-800kJ △U=Q+W=-2000+(-800)=-2800kJ 2.计算下行反应的标准反应焓变△rHθm: 解: ①2Al(s)+Fe2O3(s)→Al2O3(s)+2Fe(s) △fHθm(kJ•mol-1)0-824.2-1675.70 △rHθm=△fHθm(Al2O3,s)+2△fHθm(Fe,s)-2△fHθm(Al,s) -△fHθm(Fe2O3,s) =-1675.7+2×0-2×0-(-824.2) =-851.5(kJ•mol-1) ②C2H2(g)+H2(g)→C2H4(g) △fHθm(kJ•mol-1)226.73052.26 △rHθm=△fHθm(C2H4,g)-△fHθm(C2H2,g)-△fHθm(H2,g) =52.26-226.73-0 =-174.47(kJ•mol-1) 3.由下列化学方程式计算液体过氧化氢在298K时的△fHθm(H2O2,l): ①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△rHθm=-214.82kJ•mol-1 ②2H(g)+O(g)=H2O(g)△rHθm=-926.92kJ•mol-1 ③2H(g)+2O(g)=H2O2(g)△rHθm=-1070.6kJ•mol-1 ④2O(g)=O2(g)△rHθm=-498.34kJ•mol-1 ⑤H2O2(l)=H2O2(g)△rHθm=51.46kJ•mol-1 解: 方法1: 根据盖斯定律有: 方程①-方程②+方程③-方程⑤-1/2方程④可得以下方程 ⑥H2(g)+O2(g)=H2O2(l)△rHθm △rHθm=△rHθ1-△rHθ2+△rHθ3-△rHθ5-1/2△rHθ4 =-241.82-(-926.92)+(-1070.6)-51.46-1/2×(-498.34) =-241.82+926.92-1070.6-51.46+249.17 =-187.79(kJ•mol-1) △fHθm(H2O2,l)=△rHθm=-187.79kJ•mol-1 方法2: (1)由①可知H2O的△fHθm(H2O,g)=-241.82kJ•mol-1 (2)根据④计算O的△fHθm(O,g) 2O(g)=O2(g)△rHθm=-498.34kJ•mol-1 △rHθm=△fHθm(O2,g)-2△fHθm(O,g) =0-2△fHθm(O,g) =-498.34kJ•mol-1 △fHθm(O,g)=249.17kJ•mol-1 (3)根据②求算△fHθm(H,g) 2H(g)+O(g)=H2O(g)△rHθm=-926.92kJ•mol-1 △fHθm(kJ•mol-1)249.17-214.82 △rHθm=△fHθm(H2O,g)-2△fHθm(H,g)-△fHθm(O,g) =-241.82-2△fHθm(H,g)-249.17 =-926.92 △fHθm(H,g)=217.965kJ•mol-1 (4)根据③求算△fHθm(H2O2,g) 2H(g)+2O(g)=H2O2(g)△rHθm=-1070.6kJ•mol-1 △fHθm(kJ•mol-1)217.965249.17 △rHθm=△fHθm(H2O2,g)-2△fHθm(H,g)-2△fHθm(O,g) =△fHθm(H2O2,g)-2×217.965-2×249.17 =-1070.6 △fHθm(H2O2,g)=-136.33kJ•mol-1 (5)根据⑤求算△fHθm(H2O2,l) H2O2(l)=H2O2(g)△rHθm=51.46kJ•mol-1 △fHθm(kJ•mol-1)-136.33 △rHθm=△fHθm(H2O2,g)-△fHθm(H2O2,l) =-136.33-△fHθm(H2O2,l) =51.46 △fHθm(H2O2,l)=-187.79kJ•mol-1 4.在373K,101.3kPa下,2.0molH2和1.0molO2反应,生成2.0mol的水蒸气,总共放热484kJ的热量,求该反应的△rHm和△U。 解: 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) (1)定压下Qp=△rHm=-484kJ 即△rHm=-484kJ•mol-1 (2)△U=QP–P△V =QP-△nRT =-484–(2–2–1)×8.314×10-3×373 =-480.90kJ 5.用弹式量热计测得下列反应 C7H16(l)+11O2(g)→7CO2(g)+8H2O(l) 在298K时Qv=-4804kJ•mol-1,试求反应的等压热效应Qp。 解: Qp=Qv+△nRT =-4804+(7-11)×8.314×10-3×298 =-4813.91kJ 6.已知298K时: ①C6H4(OH)2(aq)→C6H4O2(aq)+H2(g),△rHθm,1=177.4kJ•mol-1 ②O2(g)+H2(g)→H2O2(aq),△rHθm,2=-191.2kJ•mol-1 ③1/2O2(g)+H2(g)→H2O(g),△rHθm,3=-241.8kJ•mol-1 ④H2O(g)→H2O(l),△rHθm,4=-44.0kJ•mol-1 试计算下面反应的△rHθm: C6H4(OH)2(aq)+H2O2(aq)→C6H4O2(aq)+2H2O(l) 解: C6H4(OH)2(aq)+H2O2(aq)→C6H4O2(aq)+2H2O(l)(5) ∵反应5=反应1-反应2+2×(反应3+反应4) ∴△rHθm,5=△rHθm,1-△rHθm,2+2×(△rHθm,3+△rHθm,4) =177.4-(-191.2)+2×(-241.8-44.0) =-203kJ•mol-1 8.已知298K标态下: △fHθm(O,g)=249.1kJ•mol-1,△fHθm(N,g)=472.7kJ•mol-1, O(g)+N(g)→NO(g)△rHθm=-631.8kJ•mol-1, 求反应1/2N2(g)+1/2O2(g)=NO(g)的△Hθ298K=? 解: 设计盖斯循环, △Hθ298K=△Hθ1+△Hθ2+△Hθ3 =△fHθm(N,g)+△fHθm(O,g)+△rHθm(NO,g) =472.7+249.1-631.8 =90.0(kJ/mol) 9.选择正确答案的序号填入括号内。 答案 (1)D.110.5,解: ∵反应③=反应①-反应② ∴△Hθ3=△Hθ1-△Hθ2=-393.5+283=110.5 (2)C、-270.1,解: 由反应①求算△Hθf(HBr), △Hθ1=2△Hθf(HBr,g)–(△Hθf(H2,g))+△Hθ(Br2,l) =2△Hθf(HBr,g)-0-0=-72.4(kJ•mol-1) △Hθf(HBr,g)=-72.4./2=-36.2(kJ•mol-1) 由反应②求算△Hθf(NH3), △Hθ2==2△Hθf(NH3,g)–(3△Hθf(H2,g))+△Hθ(N2,g) =2△Hθf(NH3,g)-3×0-0=-92.4(kJ•mol-1) △Hθf(NH3,g)=-92.4./2=-46.2(kJ•mol-1) 由反应③求算△Hθf(NH4Br,s), △Hθ3=△Hθf(NH4Br,s)–[△Hθf(NH3,g)+△Hθf(HBr,g)] =△Hθf(NH4Br,s)–[-36.2-46.2]=-187.7 △Hθf(NH4Br,s)=-187.7+(-82.4) =-270.1(kJ•mol-1) (3)B、2C(石墨)+3H2(g)=C2H6(g)∵根据QP=Qv+△nRT有: QP-Qv=△nRT,当|△n|越大, 则QP与Qv的差值也就越大。 依题意: 反应A的|△n|=|1-1/2|=1/2 反应B的|△n|=|1-3|=2 反应C的|△n|=|1-1|=0 反应D的|△n|=|1-1/2-3/2|=1 ∴选B、2C(石墨)+3H2(g)=C2H6(g) (4)选D、-5.994.解: 依题意: H2O(s)=H2O(l)的△H=+333J.g-1 则有: H2O(l)=H2O(s)的△H=-333J.g-1 18g的水转化为同温度的冰,其焓变为: △H=-333J.g-1×18g-1=-5994J =-5.994kJ (5)C、-286.解: 由反应可得: △rHθm=2.△Hθf(H2O,l)-[2△Hθf(H2,g)+△Hθ(O2,g)] =2.△Hθf(H2O,l)-[2×0+0] =-572 △Hθf(H2O,l)=-572/2=-286(kJ.mol-1) (6)B、-89.6.解: 依题意有: KClO3(s)=KCl(s)+3/2O2(g)的△Hθ1=-44.8kJ 则: 反应2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)的△Hθ2为: △Hθ2=2△Hθ1=2×(-44.8)=-89.6(kJ) (7)B、b-a.解: 反应 (1)-反应 (2)得反应(3): MnO2(s)=Mn(s)+O2(g)△Hθ3-----(3) △Hθ3=△Hθ1-△Hθ2=a-b △Hθ3=△Hθf(Mn,s)+△Hθf(O2,g)-△Hθf(MnO2,s)=a-b 解得: △Hθf(MnO2,s=b-a选B、b-a (8)A、△Hθf(CO2,g)=△Hθ 解: 由反应可得: △Hθ=△Hθf(CO2,g)-[△Hθf(C石墨,s)+△Hθf(O2,g)] =△Hθf(CO2,g)-[0+0] △Hθ=△Hθf(CO2,g) 10.不查表、比较下列物质的Sθm的大小。 (1)O2(g),O3(g),SO2(g) (2)Br2(g),Cl2(g),F2(g),I2(g) 解: (1)Sθm的大小为: Sθm(O2,g) ∵1molO2的原子数少于O3(g),e而1mol的O3的摩尔质量小于SO2(g)的摩尔质量。 (2)Sθm的大小为: Sθm(F2,g) ∵M(F2) 11、确定下列过程中,系统是熵增还是熵减,或基本不变? (1)KNO3溶于水中; (2)乙醇(l)→乙醇(g) (3)碳与氧气反应生成二氧化碳; (4)石灰石分解。 (1)△Sθm>0,即熵值增大。 ∵KNO3(s)→K+(aq)+NO-3(aq)根据P25①可知液态的熵值大于固态的熵值。 (2)△Sθm>0,即熵值增大。 ∵乙醇(l)→乙醇(g)根据P25①可知液态的熵值大于固态的熵值。 (3)△Sθm≈0即熵值基本保持不变。 反应前后的气体△n=0 (4)△Sθm>0,即熵值增大。 因为反应后有CO2产生,而气体的熵值大于固体的。 12、1mol水在其沸点373K下汽化,恒压汽化热为40.68kJ•mol-1,求该过程的W,Qp,△U,△rHm,△rGm和△rSm。 解: 依题意有100kPa、373K时 △rHm=Qp=40.68kJ.mol-1 根据 相平衡时, ∴有: 根据W=-P.△V=-△nRT×10-3 W=-RT×10-3=-8.314×373×10-3 =-3.10(kJ) 根据△U=Q+W得: △U=QP+W=40.68+(–3.10) =37.58(kJ) ∴在定温、定压下: △rHm=Q=40.68kJ/mol △rGm=0kJ/mol △rSm=109.1J.K-1.mol-1 W=-3.10kJ 14、计算化学反应: C2H5OH(g)=C2H4(g)+H2O(g)能自发进行的温度? 解: C2H5OH(g)=C2H4(g)+H2O(g) 查表: △Hfθ(kJ/mol)-235.152.26-241.8 Sθ(J/mol.K)282.7219.56188.8 △Hθ=-241.8+52.26-(235.1) =45.56(kJ/mol) △Sθ=188.8+219.56-282.7=125.66(J/mol.K) 根据: 得: 18.计算下列反应标准状态下,300K时△rGθm,并判断该条件下反应自发进行的方向。 (1)2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s); (2)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g); (3)Al2O3(s)+3H2(g)=2Al(s)+3H2O(g); (4)I2(s)=I2(g) 解: (1)2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s); Sθm/J•K-1•mol-128.8387.450.9227.28 △fHθm/(kJ•mol-1)0-824.2-1675.70 ①根据△rSθm=∑νiSθm(生成物)-∑νjSθm(反应物)求△rSθm △rSθm(298K)=Sθm(Al2O3,s)+2Sθm(Fe,s)-2Sθm(Al,s) -Sθm(Fe2O3,s) =50.92+2×27.28–2×28.83–87.4 =-39.58J•K-1•mol-1 ②根据△rHθm=∑νi△fHθm(生成物)-∑νj△fHθm(反应物) 求△rHθm △rHθm(298K)=△fHθm(Al2O3,s)+2△fHθm(Fe,s) -2△fHθm(Al,s)-△fHθm(Fe2O3,s) =(-1675.7)+2×0-2×0–(-824.2) =-851.5kJ•mol-1 ③根据△rGm(TK)=△rHθm(298K)-T△rSθm(298K),求△rGm(300K) △rGm(300K)=△rHm(298K)-T△rSm(298K) =-851.5–300×(-39.58)×10-3 =-839.6kJ•mol-1 ∵△rGm(300K)<0,∴该条件下反应能自发由左向右进行。 (2)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) Sθm/J•K-1•mol-1192,45205.138210.761188.8 △fHθm/(kJ•mol-1)-46.11090.25-241.8 △rSθm(298K)=180.354J•K-1•mol-1 △rHm(298K)=-905.36kJ•mol-1 △rGm(300K)=△rHm(298K)-T△rSm(298K) =-959.47kJ•mol-1 ∵△rGm(300K)<0,∴该条件下反应能自发由左向右进行。 (3)Al2O3(s)+3H2(g)=2Al(s)+3H2O(g); Sθm/J•K-1•mol-150.92130.68428.83188.8 △fHθm/(kJ•mol-1)-1675,700-241.8 △rSθm(298K)=181.1J•K-1•mol-1 △rHθm(298K)=950.3kJ•mol-1 △rGm(300K)=△rHm(298K)-T△rSm(298K) =895.97kJ•mol-1 ∵△rGm(300K)>0,∴该条件下反应不能自发由左向右进行,而逆向自发。 (4)I2(s)=I2(g) Sθm/J•K-1•mol-1116.1260.69 △fHθm/(kJ•mol-1)062.44 △rSθm(298K)=Sθm(I2,g)-Sθm(I2,s) =260.69-116.1 =144.59J•K-1•mol-1 △rHθm(298K)=△fHθm(I2,g)-△fHθm(I2,s) =62.44–0 =62.44kJ•mol-1 △rGm(300K)=△rHm(298K)-T△rSm(298K) =62.24–300×144.59×10-3 =18.86kJ•mol-1 ∵△rGm(300K)>0,∴该条件下反应不能自发由左向右进行,而逆向自发。 19、已知298.15K标准态下, , , S(单斜)+O2(g)=SO2(g)△rHθm=-297.2kJ.mol-1 S(正交)+O2(g)=SO2(g)△rHθm=-296.9kJ.mol-1 计算说明在标准状态下,温度分别为25oC和95oC时两种晶型硫的稳定性。 解: 根据 有: 对于 (1)25oC时T=25+273.15=298.15 =-297.2-298.15×10-3×[248.2-32.6-205.138] =-297.2-298.15×10-3×10.462 =-297.2-3.119 =-300.32(kJ.mol-1) 对于 (1)25oC时T=25+273.15=298.15 =-296.9-298.15×10-3×[248.2-31.8-205.138] =-296.9-298.15×10-3×11.262 =-296.9-3.358 =-300.26(kJ.mol-1) ∵ ,∴反应 (1)的趋势大于反应 (2)的趋势 故25oC时稳定性: S(单斜) 对于 (1)95oC时T=95+273.15=368.15 =-297.2-368.15×10-3×[248.2-32.6-205.138] =-297.2-368.15×10-3×10.462 =-297.2-3.85 =-301.05(kJ.mol-1) =-296.9-368.15×10-3×[248.2-31.8-205.138] =-296.9-368.15×10-3×11.262 =-296.9-4.484 =-301.38(kJ.mol-1) ∵ ,∴反应 (1)的趋势小于反应 (2)的趋势 故95oC时稳定性: S(单斜)>S(正交) 20.根据下列反应焓变和熵变的符号,判断反应的方向。 ①H2O2(g)→H2O(g)+O2(g)△rHθm<0; ②CO(g)→C(s)+1/2O2(g)△rHθm>0; ③CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)△rHθm>0; ④HCl(g)+NH3(g)→NH4Cl(s)△rHθm<0; 解: 根据△rGθm=△rHθm-T△rSθm ①H2O2(g)→H2O(g)+O2(g)△rHθm<0; ∵该反应为气体分子数增加的过程,△rSθm>0, ∴△rGθm<0,反应正向自发。 ②CO(g)→C(s)+1/2O2(g)△rHθm>0; ∵该反应为气体分子数减少的过程,△rSθm<0, ∴△rGθm>0,反应正向不能自发进行,而逆向自发。 ③CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)△rHθm>0; ∵该反应为气体分子数增加的过程,△rSθm>0,但△rHθm>0, ∴低温下反应不能正向自发,高温下反应能正向自发。 ④HCl(g)+NH3(g)→NH4Cl(s)△rHθm<0; ∵该反应为气体分子数减少的过程,△rSθm<0,且△rHθm<0, ∴低温下△rGθm<0,反应能正向自发进行;高温下△rGθm>0,逆向自发。 21.选择正确答案的序号填入括号内。 (1)A;∵A的△n=1-(1+2)=-2<0属于气体分子数减少的过程,熵值减少, △rSθm<0;B为固体液化过程,熵值增加,△rSθm>0;C反应为 气体分子数增加的过程,熵值增加,△rSθm>0;D为分子离解为离子的过程,熵值增加,△rSθm>0;所以应选A。 (2)B;∵根据△rGθm=△rHθm-T△rSθm,当△rSθm<0时,若反应在标态下是自发反应,则有△rGθm<0,可推出(-T△rSθm)>0,△rHθm<0,所以应选B、△rHθm<0、△rSθm<0。 (3)C;正确,。 A、错误,因为在标态下,指定单质(不一定是稳定单质)其△f
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- 第一章 化学 热力学 基础 参考答案