完整版无机及分析化学课后习题第二章答案.docx
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完整版无机及分析化学课后习题第二章答案
．选择题
1．一化学反应系统在等温定容条件下发生一变化，可通过两条不同的途径完成：
（1）放热10kJ，做电功50kJ；
（2）放热Q,不做功，则（）
A.Q=－60kJB.Q=－10kJC.Q=－40kJD.反应的QV=－10kJ
解：
选A。
θ
2．在298K，下列反应中rHmθ与rGmθ最接近的是（）
A.CCl4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4HCl（g）
B.CaO（s）+CO2（g）=CaCO3（s）
2+2+
C.Cu2+（aq）+Zn（s）=Cu（s）+Zn2+（aq）
D.Na（s）+H2O（l）=Na+（aq）+?
H2（g）+OH－（aq）
解：
选C。
∵ΔrGθmΔrHmθTΔrSmθ当ΔrSmθ=0时,ΔrGmθΔrHmθ
∴反应C中反应物和生成物中无气体物质、物态也无变化，ΔrSmθ值较小。
3．已知反应2H2（g）O2（g）=2H2O（g）的rHmΘ483.63kJm·ol–1，下列叙述正确的是（）
A.fHmθ（H2O,g）483.63kJm·ol–1
B.rHmθ483.63kJm·ol–1表示Δξ=1mol时系统的焓变
C.rHmθ483.63kJm·ol–1表示生成1molH2O（g）时系统的焓变
D.rHmθ483.63kJm·ol–1表示该反应为吸热反应
解：
选B。
A错，根据ΔfHmθ定义,H2O（g）的系数应为1。
C错，该方程为表示生成2molH2O
（g）时系统的焓变。
D错，ΔrHmθ>0时表示该系统能量的增加，该反应为吸热反应，ΔrHmθ<0时表示该系统能量的减少，该反应为放热反应。
4．下列反应可以表示ΔfGmθ（CO2,g）===394.38kJmol-1的是（）
A.C（石墨,s）+O2（g）====CO2（g）
B.C（金刚石,s）+O2（g）====CO2（g）
C.C（石墨,s）+O2（l）====CO2（l）
D.C（石墨,s）+O2（g）====CO2（l）
解：
选A。
B错，C（金刚石，s）非参考状态单质，不符合标准状态下摩尔完全生成反应定义；C错，O2（l）非参考状态单质,不符合标准状态下摩尔完全生成反应定义；CO2（l）不符ΔrGmθ（CO2,g）的定义所指定的产物；D错，CO2（l）不符ΔrGmθ（CO2,g）的定义所指定的产物。
5．反应MgCO3（s）MgO（s）+CO2（g）在高温下正向反应自发进行,其逆反应在298K时自
发,近似判断逆反应的rHm与rSm是（）
A.rHmθ>0,rSmθ>0B.rHmθ<0,rSmθ>0
C.rHmθ>0,rSmθ<0D.rHmθ<0,rSmθ<0
解：
选A。
该反应有气体物质产生，故rSm>0。
且高温自发，低温非自发，根据
ΔrGmθΔrHmθTΔrSmθ判断结果应选A。
二、填空题
1．解：
用下列热力学函数判断反应自发性的条件是
（1）rHm:
等温，定压且系统只做体积功（非体积功为0）的化学反应系统且rHmrSm
（2）rSm:
等温，定压且系统只做体积功（非体积功为0）的化学反应系统且rHmrSm
（3）ΔrGm:
等温、定压且系统只作体积功（非体积功为0）的化学反应系统。
（4）ΔrGmθ：
标准状态下，等温、定压且系统只作体积功（非体积功为0）的化学反应系统。
2．系统状态函数的特点是：
状态函数仅决定于系统的状态；状态函数的变化只与系统的变化的过程有关，而与变化的途径无关。
3．反应进度ξ的单位是mol；反应计量式中反应物B的化学计量数vB的值规定为负值。
4．正、逆反应的rHm，其绝对值相等，符号相反；反应的rHm与反应式的写法有关。
5．所谓标准状态是在指温度T和标准压力下该物质的状态。
其中标准压力P=100kPa；标准状态虽然没有指定温度，但是为了便于比较，IUPAC推荐选择298K作为参考温度。
6．根据吉布斯—亥姆霍兹方程：
ΔrGm（T）=ΔrHm（T）―TΔrSm（T）。
若忽略温度对rHmΘ和rSmΘ的影响，则可得到该式的近似式：
ΔrGθmΔrHmθTΔrSmθ
三、简答题
1．区别下列符号的意义。
H：
系统的状态函数，焓，定义为H=U+pV,无具体物理意义
ΔH：
系统焓的改变值，物理意义为在定压，只做体积功的情况下，系统与环境交换的热。
θ
rHm：
标准条件下，当产物与反应物温度相同时，化学反应过程中系统只做体积功，且反应在定压条件下按照所给定的方程式完全反应，此时的反应热。
fHmθ：
在温度T时，由参考状态的单质完全生成1mol物质B时的标准摩尔焓变。
S：
系统的状态函数，熵，代表系统的混乱度。
Smθ：
标准状态下，物质B的摩尔熵。
rSmθ：
反应的标准摩尔熵，标准状态下，化学反应按照给定方程式完全反应系统的熵变。
G：
系统的状态函数，吉布斯自由能，定义为G=H-TS,无具体物理意义。
rGm：
化学反应的吉布斯自由能变，即该反应能对外所的最大非体积功。
rGmθ：
标准状态下，化学反应的吉布斯自由能变。
fGmθ：
标准摩尔生成反应的吉布斯自由能变。
1
2．若将合成氨反应的化学计量方程式分别写成N2（g）+3H2（g）==2NH3（g）和21N2（g）
+3H2（g）==NH3（g），二者的ΔrHmθ和ΔrGmθ是否相同？
两者间有何关系？
答：
不相同，这些符号都与热力学方程式的写法有关。
ΔrHmθ,12ΔrHmθ,2ΔrGmθ,12ΔrGmθ,2
四、计算题
1．由附录查出298K时有关的ΔfHmθ数值，计算下列反应的ΔrHmθ（已知：
ΔfHmθ（N2H4,1）50.63kJmol-1）。
（1）N2H4（l）+O2（g）===N2（g）+2H2O（l）
（2）H2O（l）+1O2（g）===H2O2（g）
2
（3）H2O2（g）===H2O2（l）
不查表，根据上述3个反应的ΔrHmθ，计算下列反应的ΔrHmθ。
N2H4（l）+2H2O2（l）===N2（g）+4H2O（l）
解：
（1）－（3）×2得（4）（4）－
（2）×2即得所求式。
查表计算得rHmθ,
（1）622.33kJmol1
θ1
rHmθ,
（2）149.74kJmol1
rHmθ,（3）51.50kJmol1
rHmθ,（4）1818.8kJmol1
2．甘氨酸二肽氧化反应为
3O2（g）+C4H8N2O3（s）===H2NCONH2（s）+3CO2（g）+2H2O（l）
ΔfHmθ（C4H8N2O3,s）745.25kJmol-1;ΔfHmθ（H2NCONH2,s）333.17kJmol-1计算：
（1）298K时，甘氨酸二肽氧化反应的标准摩尔焓。
（2）298K及标准状态下，1g固体甘氨酸二肽氧化时放热多少？
解：
（1）已知fHmθ（C4H8N2O3,s）=-745.25kJ?
mol-1
fHmθ（H2NCONH2,s）=--333.17kJ?
mol-1
fHmθ（CO2,g）=-393.51kJ?
mol-1
θ-1
fHmθ（H2O,l）=-285.85kJ?
mol-1
所以3O2（g）+C4H8N2O3（s）=H2NCONH2（s）+3CO2（g）+2H2O（l）
θθθθθ
fHmθ=[fHmθ（H2NCONH2,s）+3×fHmθ（CO2,g）+2×fHmθ（H2O,l）]-fHmθ（C4H8N2O3,s）=-1340.15kJ?
mol-1
（2）因为M（C4H8N2O3）＝132g?
mol-1，所以1gC4H8N2O3氧化时放热：
（1340.15÷13）kJ＝10.15kJ
3．关于生命起源的各种理论中，总要涉及动植物体内的一些复杂的化合物能否自发地由简单化合物转化得来。
例如，298K及标准状态下，计算下列反应的ΔrGmθ，判断尿素能否由二氧化碳和氨自发反应得来。
反应：
CO2（g）+2NH3（g）===（NH2）2CO（s）+H2O（l），（已知ΔfGmθ（（NH2）2CO,s）197.15kJmol-1）
解：
CO2（g）+2NH3（g）===（NH2）2CO（s）+H2O（l）
ΔrGmθ[ΔfGmθ（（NH2）2CO,s）+ΔfGmθ（H2O,l）][ΔfGmθ（CO2,g）+2ΔfGmθ（NH3,g）]
[（197.15kJmol1）（237.14kJmol1）][（394.38kJmol1）2（16.12kJmol1）]
11
（434.29kJmol1）（426.62kJmol1）
ΔrGmθ0,反应自发进行，说明氨和CO2能合成尿素。
=－3263.92kJ
5．已知下列反应的标准摩尔焓
1）C（石墨,s）+O2（g）====CO2（g）ΔrHmθ,1393.51kJmol-1
1θ-1
2）H2（g）+O2（g）===H2O（l）ΔrHm,2285.85kJmol-1
2
3）CH3COOCH3（l）+7O2（g）===3CO2（g）+3H2O（l）ΔrHmθ,31788.2kJmol
计算乙酸甲酯（CH3COOCH3,l）的标准摩尔生成焓。
解：
乙酸甲酯的标准摩尔生成反应为
3C（石墨，s）+O2（g）+3H2（g）=CH3COOCH3（l）
根据盖斯定律，题中所给的反应式
（1）×3＋
（2）×3－（3）即为CH3COOCH3的生成反应，所以
fHm（CH3COOCH3,l）3rHm,13rHm,2rHm,3
=3×（－393.51kJm·ol－1）+3×（－285.85kJm·ol－1）－（－1788.2kJm·ol－1）
=－249.88kJm·ol－1
6．葡萄糖在酵母菌等的作用下，经过下列发酵反应生成乙醇：
C6H12O6（s）→葡萄糖-6-磷酸→果糖-6-磷酸→甘油醛-3-磷酸→2CH3CH2OH（l）+2CO2（g）。
查附录，计算标准状态和298K时全发酵过程的标准摩尔焓ΔrHmθ。
（各物质的溶解热可忽略，
已知葡萄糖的fHmθ（C6H12O6,s）1274.4kJmol1）解：
因为葡萄糖的全发酵过程的方程式可写为
C6H12O6（s）=2CH3CH2OH（l）+2CO2（g）
所以rHmθ2fHmθ（CH3CH2OH,l）2ΔfHmθ（CO2,g）ΔfHmθ（C6H12O6,s）
=2×（－276.98kJm·ol-1）+2×（－393.51kJm·ol-1）－（－1274.4kJm·ol-1）=2615.38kJm·ol-1
7．液态乙醇的燃烧反应：
C2H5OH（l）+3O2（g）===2CO2（g）+3H2O（l）
利用教材附录提供的数据，计算298K和标准状态时，92g液态乙醇完全燃烧放出的热量。
解：
反应C2H5OH（l）＋3O2（g）=2CO2（g）＋3H2O（l）是乙醇的完全燃烧反应
则：
ΔrHmθΔcHmθ（C2H5OH,l）1366.75kJ·mol－1
M（C2H5OH）=46gm·ol-1，则
92g12mol，H=2mol×（－1366.75kJm·ol－1）=－2733.5kJ
46gmol1
8．大力神火箭发动机采用液态N2H4和气体N2O4作燃料，反应产生的大量热量和气体推动火箭升高。
反应为
2N2H4（l）+N2O4（g）===3N2（g）+4H2O（g）利用有关数据，计算反应在298K时的标准摩尔焓ΔrHmθ。
若该反应的热能完全转变为使100kg重物垂直升高的位能，试求此重物可达到的高度（已知：
ΔfHmθ（N2H4,l）50.63kJmol-1）。
解：
根据反应2N2H4（l）＋N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）计算其反应的标准摩尔焓ΔrHmθ。
ΔrHmθ3ΔfHmθ（N2,g）4ΔfHmθ（H2O,g）2ΔfHmθ（N2H4,l）ΔfHmθ（N2O4,g）
－1－1－1
=0+4×（－241.84kJm·ol－1）－2×50.63kJm·ol－1－9.66kJm·ol－1
=－1078.28kJm·ol－1
设重物可达到的高度为h，则它的位能为mgh=100kg×9.8m·s－2·h=980Nh根据能量守恒定律980Nh=1078.3×103J，h=1100m
9．植物体在光合作用中合成葡萄糖的反应可近似表示为
6CO2（g）+6H2O（l）===C6H12O6（s）+6O2（g）计算该反应的标准摩尔吉布斯自由能，并判断反应在298K及标准状态下能否自发进行
（已知葡萄糖的ΔfGmθ（C6H12O6,s）-910.5kJmol-1）。
解：
6CO2（g）＋6H2O（l）=C6H12O6（g）+6O（g）
ΔrGmθΔfGmθ（C6H12O6,s）6ΔfGmθ（O2,g）6ΔfGmθ（CO2,g）6ΔfGmθ（H2O,l）
=-910.5kJmo·l-1+0－6×（－394.38kJm·ol-1）－6×（－237.14kJm·ol-1）
=2878.62kJm·ol-1
10．查教材附录数据计算25℃时反应C2H4（g）+H2（g）=C2H6（g）的rGm，指出该反应在25℃
和100KPa下的反应方向。
解：
C2H4（g）＋H2（g）=C2H6（g）
ΔrGmθΔfGmθ（C2H6,g）ΔfGmθ（H2,g）ΔfGmθ（C2H4,g）
=－32.86kJm·ol－1－0－68.15kJm·ol－1=－101.01kJm·ol－1
在25℃和100kPa下，乙烯的加氢反应可以正向进行。
ΔfGmθ数值计
11．将空气中的单质氮变成各种含氮化合物的反应叫固氮反应。
查教材附表根据算下列三种固氮反应的ΔrGmθ，从热力学角度判断选择哪个反应最好。
（1）N2（g）+O2（g）===2NO（g）
（2）2N2（g）+O2（g）===2N2O（g）
（3）N2（g）+3H2（g）===2NH3（g）
解：
（1）N2（g）＋O2（g）=2NO（g）
rGmθ,12fGmθ（NO,g）fGmθ（N2,g）fGmθ（O2,g）
=2×86.69kJm·ol－1-0-0=173.38kJ·mol－1
（2）2N2（g）＋O2（g）=2N2O（g）
rGmθ,22fGmθ（N2O,g）2fGmθ（N2,g）fGmθ（O2,g）
=2×103.66kJm·ol－1
=207.32kJm·ol－1
（3）N2（g）＋3H2（g）=2NH3（g）
ΔrGmθ,32ΔfGmθ（NH3,g）
=2×（－16.12kJm·ol－1）
=－32.24kJm·ol－1
因为ΔrGmθ,1>0ΔrGmθ,2>0只有ΔrGmθ,3<0，所以选择（3）12．查教材附录数据计算说明在标准状态时，下述反应自发进行的温度。
（1）N2（g）+O2（g）===2NO（g）
（2）NH4HCO3（s）===NH3（g）+CO2（g）+H2O（g）
（3）2NH3（g）+3O2（g）===NO2（g）+NO（g）+3H2O（g）
（已知：
ΔfHmθ（NH4HCO3,s）849.4kJmol-1；Smθ（NH4HCO3,s）121Jmol-1K1）。
解：
（1）N2（g）＋O2（g）=2NO（g）
rHmθ,12fHmθ（NO,g）fHmθ（N2,g）fHmθ（O2,g）
-11
290.37kJmol-1180.74mol1
ΔrSmθ2×210.77kJm·ol-1－191.60Jm·ol-1·K-1－205.14Jm·ol-1·K-1=24.8Jm·ol-1·K-1
2）NH4HCO3（s）=NH3（g）+CO2（g）+H2O（g）
T转=354.4K
3）2NH3（g）＋3O2（g）=NO2（g）+NO（g）+3H2O（g）
ΔrHmθ－509.38kJm·ol－1ΔrSmθ16.76Jm·ol－1K－1
因为ΔrHmθ<0ΔrSmθ>0标准状态及任何温度下反应均自发。
13．固体AgNO3的分解反应为AgNO3（s）=
1
=Ag（s）+NO2（g）+21O2（g）
查教材附表并计算标准状态下AgNO3（s）分解的温度。
若要防止AgNO3分解，保存时应采取什么措施。
1
解：
AgNO3（s）分解的温度即为反应AgNO3（s）=Ag（s）+NO2（g）+O2（g）的转化温度。
2
θθθ1θθrHmθfHmθ（NO2,g）fHmθ（Ag,s）fHmθ（O2,g）fHmθ（AgNO3,g）
2=33.85kJm·ol－1－（－123.14kJ·mol－1）=156.99kJm·ol1
θ1θθθθ
ΔrSmθSmθ（O2,g）Smθ（NO2,g）Smθ（Ag,s）Smθ（AgNO3,s）
2=1×205.14Jm·ol-1K-1+240.06Jm·ol-1·K-1+42.72Jm·ol-1·K-1－140.92Jm·ol-1·K-1
2=244.43Jm·ol-1·K-1
156.99kJmol
1
244.43Jmol1K
分解温度T>369℃
若要防止AgNO3分解，应低温避光保存
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