第二章化学热力学基础及化学平衡.docx

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第二章化学热力学基础及化学平衡

第二章化学热力学基础及化学平衡

1.有一活塞，其面积为60cm2，抵抗3atm的外压，移动了20cm，求所作的功。

（1）用焦耳；

（2）用卡来表示。

2.1dm3气体在绝热箱中抵抗1atm的外压膨胀到10dm3。

计算：

（1）此气体所作的功；

（2）内能的变化量；（3）环境的内能变化量。

3.压力为5.1atm，体积为566dm3的流体，在恒压过程中，体积减少到1/2，

（1）求对流体所作的功

（2）求流体的内能减少365.75kJ时，流体失去的热量？

4.在一汽缸中，放入100g的气体。

此气体由于压缩，接受了2940kJ的功，向外界放出了2.09kJ的热量。

试计算每千克这样的气体内能的增加量。

5.在1atm、100℃时，水的摩尔汽化热为40.67kJ⋅mol－1，求：

1mol水蒸汽和水的内能差？

（在此温度和压力下，水蒸汽的摩尔体积取作29.7dm3）

6.某体系吸收了3.71kJ的热量，向外部作了1.2kJ的功，求体系内部能量的变化。

7.某体系作绝热变化，向外部作了41.16kJ的功，求此体系内能的变化量。

8.有一气体，抵抗2atm的外压从10dm3膨胀到20dm3，吸收了1254J的热量，求此气体的内能变化？

9.一理想气体在恒定的一大气压下，从10dm3膨胀到16dm3，同时吸热125.4J的热量,计算此过程的∆U和∆H。

10.在300K时3mol的理想气体等温膨胀，它的内压为8atm，抵抗2atm的恒压力作功，体积增加到4倍，试求W、Q、∆U和∆H。

11.现有2dm3氮气在0℃及5atm下抵抗1atm的恒外压作等温膨胀，其最后的压力为1atm，假设氮气为理想气体，求此过程的W、∆U、∆H及Q。

12.在1atm下，2molH2和1molO2反应，在100℃和1atm下生成2mol水蒸汽，总共放出了115.8kJ⋅mol－1热量。

求生成每摩尔H2O（g）时的∆H和∆U。

13.在25℃和恒压下（1atm），1/2molOF2同水蒸气反应，反应式如下：

OF2（g）+H2O（g）→O2（g）+2HF（g）

放出161.35kJ⋅mol－1的热量，试计算每摩尔OF2同水蒸气反应的∆H和∆U。

14.当反应:

N2（g）+3H2（g）→2NH3（g）在恒容的弹式量热计内进行，放出热量87.2kJ⋅mol－1，

计算：

此反应的∆H和∆U是多少？

（25℃时）

15.已知A+B→C+D∆Hө=－41.8kJ⋅mol－1

C+D→E∆Hө=20.9kJ⋅mol－1

试计算下列各反应的∆Hө

（1）C+D→A+B

（2）2C+2D→2A+2B

（3）A+B→E

16.计算下列三个反应的∆Hө、∆Gө298和∆Sө，从中选择制备丁二烯的反应。

（1）C4H10（g）→C4H6（g）＋2H2（g）

（2）C4H8（g）→C4H6（g）＋H2（g）

（3）C4H8（g）＋1/2O2（g）→C4H6（g）＋H2O（g）

17.利用附表中燃烧热的数据，计算下列反应的反应热∆Hө298：

（1）C2H4（g）+H2（g）=C2H6（g）

（2）3C2H2（g）=C6H6（l）

（3）C2H5OH（l）=C2H4（g）+H2O（l）

18.已知反应：

C（金钢石）+O2（g）=CO2（g）∆Hө298=－395.01kJ⋅mol－1

C（石墨）+O2（g）=CO2（g）∆Hө298=－393.13kJ⋅mol－1

求：

C（石墨）＝C（金刚石）的∆Hө298=？

19.从下列热反应方程式求出PCl5（s）的标准摩尔生成热（温度为25℃）

2P（s）+3Cl2（g）=2PCl3（l）∆Hө=－634.5kJ⋅mol－1

PCl3（l）+Cl2（g）=PCl5（s）∆Hө=－137.1kJ⋅mol－1

20.从下列数据计算AgCl在25℃时标准生成热。

Ag2O（s）+2HCl（g）=2AgCl（s）+H2O（l）∆Hө1=－324.4kJ⋅mol－1

2Ag（s）+1/2O2（g）=Ag2O∆Hө2=－30.56kJ⋅mol－1

1/2H2（g）+1/2Cl2=HCl（g）∆Hө3=－92.21kJ⋅mol－1

H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）∆Hө4=－285.6kJ⋅mol－1

21.根据硫生成SO2，SO2在铂的催化下，被氧化生成SO3，SO3溶于H2O生成H2SO4（l）等反应，利用下面的数据；计算H2SO4（l）的生成热。

已知：

SO2（g）的∆Hfө=－296.6kJ⋅mol－1

SO2（g）＋1/2O2=SO3（g）的∆Hө=－98.19kJ⋅mol－1

H2O（l）的∆Hfө=－285.6kJ⋅mol－1

SO3（g）+H2O（l）=H2SO4（l）的∆Hө=－130.2kJ⋅mol－1

22.利用附表中生成焓（∆Hfө）数据，计算下列反应的∆Hө

（1）2Al（s）+Fe2O3（s）→Al2O3（s）+2Fe（s）

（2）SiH4（g）+2O2（g）→SiO2（s）+2H2O（g）

（3）CaO（s）+SO3（g）→CaSO4（s）

（4）CuO（s）+H2（g）→Cu（s）+H2O（g）

（5）C2H4（g）+H2（g）→C2H6（g）

23.已知下列热化学方程式

Fe2O3（s）+3CO（g）→2Fe（s）+3CO2（g）∆Hө1=－27.59kJ⋅mol－1

3Fe2O3（s）+CO（g）→2Fe3O4（s）+CO2（g）∆Hө2=－58.52kJ⋅mol－1

Fe3O4（s）+CO（g）→3FeO（s）+CO2（g）∆Hө3=+38.04kJ⋅mol－1

不用查表，计算下列反应的∆Hө

FeO（s）+CO（g）→Fe（s）+CO2（g）

24.水蒸汽与石墨反应得到CO和H2O（水煤气），此反应为H2O（g）+C（石墨）→CO（g）+H2（g），求此反应的∆Hө。

25.从乙醇、石墨和氢气的燃烧热来计算下列反应的∆Hө2C（石墨）+2H2（g）+H2O（l）→C2H5OH（l）

若把反应物H2O（l）换成H2O（g），试求上述反应的∆Hө。

26.已知某温度下，下列反应的焓变化：

（1）3H2（g）+N2（g）→2NH3（g）∆H=－92.4kJ⋅mol－1

（2）2H2（g）+O2（g）→2H2O（g）∆H=－483.7kJ⋅mol－1

计算：

反应4NH3（g）+3O2（g）→2N2（g）+6H2O（g）的焓变化。

说明在此温度下，此正反应是吸热还是放热的。

27.由下面的热化学方程式，计算CH4的标准生成焓。

（1）CH4+2O2→CO2+2H2O（l）∆Hө=－890.3kJ⋅mol－1

（2）2H2+O2→2H2O（l）∆Hө=－572.7kJ⋅mol－1

（3）C（石墨）+O2→CO2∆Hө=－392.9kJ⋅mol－1

28.丙酮CH3COCH3的∆Hfө为－256.7kJ⋅mol－1，温度为25℃，计算：

（1）在一定压力下的燃烧热；

（2）2g丙酮燃烧所放出的热量。

29.预言下列从左到右的过程，熵是增加的还是减少的？

（1）H2O（s）→H2O（l）

（2）C（s）+2H2（g）→CH4（g）

（3）2CO2（g）→2CO（g）+O2（g）（4）N2（g,1atm）→N2（g,2atm）

（5）CaCO3（s）+2H+（aq）→Ca2+（aq）+CO2（g）+H2O（l）

（6）NaCl（s）→Na+（aq）+Cl－（aq）

30.在1atm及146.5℃下，AgI（α）=AgI（β）是一个可逆转变。

其转换能是6.395kJ⋅mol－1。

问2mol的AgI（β）变为AgI（α），其熵的变化量∆S是多少？

31.指出下列

（1）、

（2）、（3）中各对过程中，哪一个熵变更大？

试解释。

（1）0℃的冰变0℃的水蒸汽与0℃的水变成0℃的水蒸汽；

（2）一液体在比已知温度下的蒸汽压要低的外压情况下变成气体与一液体在与已知温度下的蒸汽压相等的外压情况下变成气体；

（3）一气体从30℃可逆地加热到70℃与一同样的气体从30℃不可逆地加热到80℃。

32.计算25℃由氧及氢生成水蒸汽的熵变化，已知O2的Sө是204.8J⋅mol－1⋅K－1，H2的Sө是130.5J⋅mol－1⋅K－1，H2O的Sө是188.5J⋅mol－1⋅k－1。

33.正己烷的沸点为68.7℃，在沸点时，汽化热为28.83kJ⋅mol－1，若1mol该液体完全汽化成饱和蒸汽时，其熵变化若干？

34.在一个很大的室内，保持空气在294K，室外的空气在250K时，一小时由壁向外传5058kJ的热量。

求：

（1）室内的空气，

（2）室外的空气，（3）宇宙三者的熵变化？

35.

（1）求1g0℃的冰熔化成同温度的水时，熵的增量？

（其中冰的溶解热为334.4J⋅g－1）

（2）求1atm下，100℃时1g水蒸发成同温度的水蒸气时熵的增量？

（其中水的汽化热为2.253kJ⋅g－1）

36.一定量的理想气体，在一独立的体系中，温度为400K时，作等温可逆膨胀。

在此过程中，从热源吸入836J热量，求：

（1）气体的熵变化，

（2）热源的熵变化，（3）宇宙的熵变化。

37.判断下列说法是否正确？

为什么？

（1）自发过程是体系的熵减少的过程；

（2）在温度、压力不变时，自发过程为只作pV功时的自由能增加的过程；

（3）自发过程是吸热反应的过程。

38.下列反应是放热反应：

CH4（g）+Cl2（g）→CH3Cl（g）+HCl（g）

试判断哪一个反应方向是自发进行的方向。

39.

（1）甲烷和硫化氢的反应是吸热反应：

CH4（g）+2H2S（g）→CS2（g）+4H2（g）

升高温度，对反应有什么影响？

（2）氯气和氧气之间的反应是吸热反应：

2Cl2（g）+O2（g）→2Cl2O（g）

升高温度，对反应有什么影响？

40.对于298K时的CO2和石墨的反应：

CO2（g）+C（石墨）

2CO（g）

∆Hө=+172.3kJ⋅mol－1∆Sө=+175.3J⋅mol－1⋅K－1

试说明：

（1）此反应的∆S为正值的理由。

（2）问此反应能否自发进行（用计算来说明）。

（3）试求在什么温度以上，此反应能自发进行。

41.已知反应

（1）、

（2）的∆Gө298分别为∆Gө1＝－142.0kJ⋅mol－1，∆Gө2=－113.6kJ⋅mol－1

（1）16H++2MnO4－+10Cl－→5Cl2（g）+2Mn2++8H2O（l）

（2）Cl2（g）+2Fe2+→2Fe3++2Cl－

试求下面反应的∆Gө：

8H++MnO4－+5Fe2+→5Fe3++Mn2++4H2O（l）

42.已知：

H2O2（l）：

∆Gfө=－118.0kJ⋅mol－1

H2O（l）：

∆Gfө=－236.4kJ⋅mol

求下面反应的标准自由能的变化

H2O2（l）＝H2O（l）＋1/2O2（g）

43.已知：

CH4（g）O2（g）CO2（g）H2O（l）

∆Hө－74.82－－392.9－285.5（kJ⋅mol－1）

Sө186.0149.051.0616.75（J⋅mol－1⋅K－1）

试求下面反应的标准自由能的变化∆Gө298

CH4（g）+2O2（g）→CO2（g）+2H2O（l）

44.已知：

CH3OH（g）：

∆Gө298=-162.6kJ⋅mol－1

CO（g）：

∆Gө298=-135.9kJ⋅mol－1

试求下面反应的∆Gө298k

CO（g）+2H2（g）→CH3OH（g）

45.计算下面反应在25℃时的∆Gө、∆Hө、∆Sө。

1/2H2（g）+1/2Br2（g）→HBr（g）

46.计算下面反应的∆Gө（在25℃时）

2C2H6（g）+7O2（g）→4CO2（g）+6H2O（l）

47.已知：

Fe3O4的∆Hfө=-1.117⨯103kJ⋅mol－1,∆Gfө=-1.014⨯103kJ⋅mol－1

计算25℃时下面反应的∆Gө、∆Hө、∆Sө。

Fe3O4（s）+4H2（g）→3Fe（s）+4H2O（g）

48.已知：

H2（g）+1/2O2（g）

H2O（l）∆Gө=-237.13kJ⋅mol－1

H2O（g）+Cl2（g）

2HCl（g）+1/2O2（g）∆Gө=38.1kJ⋅mol－1

H2O（l）

H2O（g）∆Gө=8.58kJ⋅mol－1

计算HCl（g）在25℃时的标准生成自由能。

49.由铁矿石生产铁有两种可能途径：

（1）Fe2O3（s）+3C（s）→2Fe（s）+3CO2（g）

（2）Fe2O3（s）+3H2（g）→2Fe（s）+3H2O（g）

上述哪个反应可在较低的温度下进行？

50.利用298K时的下列数据，估计在1atm下，Fe2O3能用碳来还原的温度。

2C+O2＝2CO∆rHmө=-221kJ⋅mol－1

2Fe+3/2O2＝Fe2O3∆rHmө=-820kJ⋅mol－1

Sө（C）=5.5J⋅mol－1⋅K－1Sө（O2）=205J⋅mol－1⋅K－1

Sө（Fe2O3）=180J⋅mol－1⋅K－1Sө（Fe）=27J⋅mol－1⋅K－1

Sө（CO）=198J⋅mol－1⋅K－1

51.利用问题50中对于反应C＋O2＝2CO所给数据和下列数据

Ti+O2＝TiO2∆Hө=－912kJ⋅mol－1

Sө（Ti）=30J⋅mol－1⋅K－1Sө（TiO2）=50.5J⋅mol－1⋅K－1

估计反应TiO2+2C=Ti+2CO的温度（以K为单位）

52.氧化银和氧化铜在室温下是稳定的，但在高温空气中不稳定。

试计算在含氧20％（体积）的空气中，Ag2O和CuO发生分解的最低温度。

（假设∆Hө和∆Sө不随温度而变化）

53.计算下列两个反应∆Hө、∆Gө298和∆Sө，并讨论用焦炭还原炼制金属铝的可能性。

2Al2O3（S）＋3C（s）==4Al（s）＋3CO2（g）

Al2O3（S）＋3CO（s）==2Al（s）＋3CO2（g）

54.写出平衡常数Kc的表达式（由各单质气体生成下面的1mol气体化合物）：

（1）NO，

（2）HCl，（3）NH3，（4）ClF3，（5）NOCl。

55.写出下列各可逆反应的平衡常数Kc的表达式

（1）2NaHCO3（s）

Na2CO3（s）+CO2（g）+H2O（g）

（2）CO2（s）

CO2（g）

（4）（CH3）2CO（l）

（CH3）2CO（g）

（5）CS2（l）+3Cl2（g）

CCl4（l）+S2Cl2（l）

（6）2Na2CO3（s）+5C（s）+2N2（g）

4NaCN（s）+3CO2（g）

56.在1120℃时CO2+H2

CO+H2O之Kp=2

2CO2

CO+O2之Kp=1.4⨯10-12

求：

H2+1/2O2

H2O的Kp。

57.已知：

2800K时反应CO+1/2O2→CO2的平衡常数Kp=6.443。

求同温度下，下列反应

（1）、

（2）的Kp。

（1）2CO+O2→2CO2

（2）CO2→CO+1/2O2

58.某气体X2Z在通常的温度下稳定，但当加热时，部分离解成气体Z，假设一气体X2Z样品的最初状态为27℃和1atm，把它放入一固定体积的长颈瓶中，加热到627℃，如果压强增加到4.20atm，问X2Z的离解度为多少？

59.在550℃，平衡时总压强为1atm，光气COCl2部分离解为CO和Cl2。

离解后混合气体每升重0.862g，求光气的离解度？

60.在800℃到1200℃之间，磷蒸气由P4和P2混合组成。

在1000℃和0.200atm下，磷蒸气的密度为0.178g.dm－3。

问在此条件下，P4离解成P2的离解度是多少？

61.3dm3的瓶内装有压强为0.5atm的氯气，再加入0.1mol的PCl5。

求在250℃时PCl5的离解度。

（PCl5

PCl3+Cl2，当t=250℃时，Kp=1.78）

62.一平衡体系N2O4（g）

2NO2（g）。

在某温度和1atm时N2O4的离解百分率为50％，问压强增加至2atm时，N2O4的离解百分率为多少。

63.设有1.588g的N2O4，按下式进行部分解离N2O4

2NO2在25℃时达到平衡后，体积为0.500dm3，总压强维持760mmHg，求25℃时N2O4的离解度？

64.在45℃时N2O4（g）

2NO2（g）的平衡常数Kc=0.0269。

如果2.50⨯10－3mol的NO2放入一个0.35dm3的长颈瓶中，平衡时，NO2和N2O4的浓度各为多少？

65.在600K时，反应NH3（g）

1/2N2（g）+3/2H2（g）的平衡常数Kc=0.395。

如果把1.00gNH3注入1.00dm3的容器中，在600K达到平衡，问将会产生多大的压强？

66.COCl2光气在足够高的温度下可以部分分解成气体CO和Cl2。

在一实验中，把0.631g的COCl2注入0.472dm3的容器中，在900K时产生的总压强为1.872atm。

试计算光气的离解百分数？

67.有一反应：

2X+Y＝X2Y（X、Y、X2Y都为气体）。

现把3molX和3molY放入1dm3容器中，平衡时，X2Y为0.6mol，求：

（1）平衡时X，Y各为多少摩尔？

（2）平衡常数Kc、Kp（若在100℃达到平衡）。

68.反应XY2＝X+2Y中三种皆为理想气体。

在体积为10.0dm3的容器中，起初XY2有0.40mol，现加入催化剂，使XY2离解。

达到平衡时，混合物的压强为1.20atm,温度为300K，求Kp。

69.反应Fe3O4+CO＝3FeO（s）+CO2，在温度为600℃时平衡常数Kp为1.15。

若混合物原先有1mol的Fe3O4、2mol的CO、0.5mol的FeO和0.3mol的CO2，如果总压是5atm，求平衡时各物质的摩尔数？

70.在温度为1482.53K，总压为10atm时，蒸气平衡时的质量组成为：

Na（g）71.30%，Na2（g）28.70%,计算此反应2Na（g）

Na2（g）的Kp值。

71.在250℃时，为要在1dm3容器中生成0.1mol⋅dm－3的氯气，需通入PCl5若干摩尔？

Kp=1.78

72.合成氨的原料中，氮和氢的摩尔比为1:

3。

在400℃和10atm下平衡时，可产生3.85%的NH3（体积百分数），求：

（1）反应N2+3H2

2NH3的Kp。

（2）如果要得到5％的NH3，总压需要多少？

（3）如果将混合物的总压增加到50atm，平衡时NH3的体积百分数为多少？

73.已知下列反应的在不同温度下平衡常数，求正反应是吸热还是放热的，并解释之。

H2（g）+I2（g）

2HI（g）

74.下列可逆反应达到平衡：

2A（g）+B（g）

C（g）。

在两升的容器内反应物A的量为1.2mol，B的量为0.8mol（初始）。

达到平衡后，A的量为0.9mol，求此反应的Kc。

75.把1.0g的PCl5放入250cm3的长颈瓶中，长颈瓶加热到250℃，PCl5离解并达到平衡，PCl5（g）

PCl3（g）+Cl2（g）。

在平衡时Cl2的量为0.25g，问在250℃时，这个离解反应的Kc为多少？

76.在一定的温度下，SO2和O2作用生成SO3的反应，其平衡常数为Kp=2.25,设在该温度下参加反应的SO2为5mol，O2为4mol，要使平衡时有80％的SO2转变为SO3，问反应的总压应当是多少？

77.在27℃和1atm下，NO2相对于H2的密度为38.34，求：

（1）NO2的转化率为多少？

（2）这温度下的平衡常数Kc，Kp为多少？

（2NO2

N2O4）

78.固体碳酸铵按如下的方程式分解：

（NH4）2CO3（s）

2NH3（g）+CO2（g）+H2O（g）

在某一高温下，NH3、CO2和H2O气体的总压是由纯的固体碳酸铵分解产生。

在平衡时，其总压为0.400atm，

（1）计算此反应的平衡常数。

（2）如果pH2O通过外界手段调到0.200atm，在（NH4）2CO3（s）还有留存的情况下pNH3和pCO2的压强为多少？

79.为测定445℃时反应H2（g）+I2（g）

2HI（g）的平衡常数，把0.915gI2和0.0197gH2在445℃时反应直至平衡建立，还留下0.0128gH2没有反应。

计算此反应的平衡常数Kc。

80.在T=750K，p=300atm，分子比H2:

N2=3:

1时，反应：

1/2N2＋3/2H2

NH3的Kp=0.00658。

设最初掺有惰性气体的原料气共有2mol，通过计算说明当惰性气体之摩尔分数分别为0.08，0.20，0.40时，对平衡的影响。

81.从实验得知五氯化磷蒸气能分解如下：

PCl5（g）

PCl3（g）+Cl2（g）

长颈瓶中起先只含纯PCl5，在2atm下加热到250℃时有69％PCl5（g）离解，计算在250℃时，此离解反应的Kp。

82.在一个真空容器中，混合2mol的CH4气体和1mol的H2S气体，当加热到727℃时，气体反应CH