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