对于温度的影响,测可以用范特霍夫等压方程式来分析。
Ln(K1θ/K2θ)=-∆rHmθ/R(1/T2–1/T1)=∆rHmθ/R(T2-T1)/(T1T2)
3、多电子原子核外电子分布遵守的原则是什么?
解:
泡利不相容原理:
指的是一个原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子。
由这一原理可以确定各电子层可容纳的最多电子数2n2。
最低能量原理:
表明核外电子分布将尽可能优先占据能级较低的轨道;
洪德规则:
说明牌主量子数和角量子数都相同的等价轨道中的电子,总是尽先占据磁量子数不同的轨道,而且自旋量子数相同,即自旋平行。
洪德规则的补充规则:
等价轨道在全充满状态或半充满状态或全空状态时比较稳定。
四、计算题(共30分)
1、(本题8分)已知SnO2(s)+C(s)=Sn(s)+CO2(g)
∆fHmθ(298.15K)-58100-394
(kJ·mol-1)
Smθ(298.15K)52.35.74051.55213.64
(J·K-1·mol-1)
试求900K时反应的∆rGmθ(近似值)及pCO2=80KPa时的∆rGm。
解:
∆rHmθ=∑υB∆fHmθ=187kJ·mol-1
∆rSmθ=∑υB∆fSmθ=207.15J·mol-1
∆rSmθ(T)≌ ∆rSmθ(298.15K)
∆rHmθ(T)≌ ∆rHmθ(298.15K)
∆rGmθ=∆rHmθ-T∆rSmθ=187–900×207×10-3=0.565KJ·mol-1
∆rGm=∆rGmθ+RTln∏(pB/pθ)υB=565+8.314×900ln(80/100)=-1104.69J·mol-1
pθ=100KPa,R=8.314J.mol-1.K-1
2.(本题10分)298.15K时,反应Ag++Fe2+===Ag+Fe3+,已知φ(Ag+/Ag)=0.80V,
φ(Fe3+/Fe2+)=0.77V。
试计算:
(1)该反应的平衡常数K。
(2)用该反应设计一个标准态下的原电池,以原电池符号表示。
(3)当c(Fe2+)=c(Fe3+)=1.0mol·dm-3时,若要使反应逆向进行,Ag+的浓度应控制为多少mol·dm-3?
解:
E=φ(Ag+/Ag)-φ(Fe3+/Fe2+)=0.03V
lgK=nE/(0.05917V)=0.507,K=3.21
E=φ(Ag+/Ag)-φ(Fe3+/Fe2+)<0时,反应逆向进行,
φ(Ag+/Ag)=φ(Ag+/Ag)+0.5917lg[Ag+]<φ(Fe3+/Fe2+)
0.05917lg[Ag+]<(0.77-0.80)=-0.03
lg[Ag+]<(-0.03/0.591)=-0.0507
[Ag+]<0.311mol.dm-3
3.(12分)试利用标准热力学函数数据,通过计算回答汽车尾气净化反应
NO(g)+CO(g)=
N2(g)+CO2(g)
(1)在25℃的标准条件下能否自发进行?
并(用一句话)说明人们为此反应寻求高效催化剂有无现实意义。
(2)估算在600℃时该反应的标准平衡常数K
标准热力学函数
NO(g)
CO(g)
N2(g)
CO2(g)
△fHm(298.15K)/kJ.mol-1
90.25
0
△fGm(298.15K)/kJ.mol-1
86.57
0
Sm(298.15K)/J.K-1.mol-1
210.65
197.56
191.50
213.64
解:
∆rGmθ=∑υB∆fGmθ=-343.78KJ.mol-1<0,反应可自发进行,催化剂能加快反应速度,对汽车尾气低温处理具有重要意义
∆rHmθ=∑υB∆fHmθ=-373.23kJ·mol-1
∆rSmθ=∑υB∆fSmθ=-98.82J·mol-1
∆rSmθ(T)≌ ∆rSmθ(298.15K)
∆rHmθ(T)≌ ∆rHmθ(298.15K)
∆rGmθ=∆rHmθ-T∆rSmθ=-286.69
lnKθ=-∆rGmθ/RT=39.53
Kθ=1.47×1017
4、某温度时1.10molSO2和0.90molO2在密闭容器中反应生成SO3气体,达到平衡后,测得混合物中剩余的氧气0.53mol,混合气体的总压力为100kPa。
试求该温度时反应2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)的标准平衡常数Kθ。
解:
2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)
起始物质的量(mol)1.100.90
反应中物质的量的变化(mol)0.740.370..37×2
平衡时:
0.260.530.74
平衡时:
总物质的量(mol)=0.26+0.53+0.74=1.53
平衡时的分压:
pi=p×Xi
pSO2=100×0.26/1.53=16.99KPa
pO2=100×0.53/1.53=34.64KPa
pSO3=100×0.74/1.53=48.37KPa
Kθ=∏(pB/pθ)υB
=(0.1699pθ)-2×(0.3464pθ)-1×(0.4837pθ)2
=0.412×2.887×0.6955pθ=0.827pθ=82.7KPa
5、Fe3+,Mg2+的浓度都为0.1mol·dm-3,可利用难溶氢氧化物,将它们分离,试问,溶液的PH值应控制在什么范围?
谁先沉淀?
(提示:
当溶液中离子浓度小于10-5mol·dm-3时可视为沉淀完全)
已知:
Ksp(Fe(OH)3)=1.1⨯10-36,Ksp(Mg(OH)2)=5.3⨯10-12
解:
Fe3+开始沉淀的PH计算:
当Fe3+=0.1时开始沉淀,可由[OH-]3=Ksp/[Fe3+]=1.1×10-36/0.1=1.1×10-35
[OH-]=2.2×10-12时,再由pOH=-lg[OH-]=11.65,PH=14-pOH=2.34
当Fe3+为10-5时为完全沉淀,可由[OH-]3=Ksp/[Fe3+]=1.1×10-36/10-5=1.1×10-31
[OH-]=4.79×10-11时,再由pOH=-lg[OH-]=10.31,PH=14-pOH=3.68
Mg2+开始沉淀的PH计算:
当Mg2+=0.1时开始沉淀,可由[OH-]2=Ksp/[Mg2+]=5.3×10-12/0.1=5.3×10-11
[OH-]=7.28×10-6时,再由pOH=-lg[OH-]=5.13,PH=14-pOH=8.86
当Mg2+为10-5时为完全沉淀,可由[OH-]2=Ksp/[Fe3+]=5.3×10-12/10-5=5.3×10-7
[OH-]=7.28×10-4时,再由pOH=-lg[OH-]=3.14,PH=14-pOH=10.86
所以,将PH控制在2.34和3.68之间,Fe3+先沉淀,并沉淀完全,将PH控制在8.86和10.86之间,Mg2+后沉淀,并沉淀完全。
6.已知氧化汞分解的反应式及有关的热力学数据:
2HgO(s)=2Hg(l)+O2(g)
HgO(s)
Hg(l)
O2(g)
-58.5
0
0
-90.8
0
0
(1)计算该反应的
,并指出在298.15K和标准条件下自发进行的方向。
(2)计算该反应的
。
(3)计算该反应的
,并比较298.15K和600K时HgO分解趋势的相对大小(设∆rSm、∆rHm均与T无关)。
解:
(1)∆rGmθ=∑υB∆fGmθ=0-2×(-58.5)=117KJ/mol.
(2)计算该反应的
。
∆rGmθ=∆rHmθ-T∆rSmθ
∆rHmθ=∑υB∆fHmθ=181.6KJ/mol.
∆rSmθ=-(∆rGmθ-∆rHmθ)/T=0.2167KJ/mol.
(3)计算该反应的
,并比较298.15K和600K时HgO分解趋势的相对大小(设∆rSm、∆rHm均与T无关)。
∆rSmθ(T)≌ ∆rSmθ(298.15K)
∆rHmθ(T)≌ ∆rHmθ(298.15K)
600K时,∆rGmθ(600K)=∆rHmθ-T∆rSmθ=51.58KJ/mol<∆rGmθ(298.15K)
∆rGmθ越小,分解趋势越大