完整版无机及分析化学课后习题第二章答案.docx

1、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 10 kJ，做电功 50 kJ；(2)放热 Q, 不做功，则( )A.Q = 60kJ B. Q = 10 kJ C. Q = 40kJ D. 反应的 QV =10kJ解：选 A。2在298 K，下列反应中 rHm 与 rGm 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

2、.Na (s) +H2O (l) =Na+(aq)+?H 2 (g)+OH(aq)解：选 C。 rGm rHm TrSm 当rSm = 0 时, rGm rHm反应 C 中反应物和生成物中无气体物质、物态也无变化， rSm值较小。3已知反应 2H2 (g) O2 (g)= 2H2O (g) 的 rHm 483.63 kJ mol 1，下列叙述正确的是( )A.fHm(H2O,g) 483.63 kJ mol1B.rHm 483.63 kJ mol 1 表示 = 1 mol 时系统的焓变C.rHm 483.63 kJ mol1 表示生成 1 mol H2O (g) 时系统的焓变D.rHm 483

3、.63 kJ mol1 表示该反应为吸热反应解：选 B。A 错，根据fHm定义,H2O (g)的系数应为 1。C 错，该方程为表示生成 2 mol H2O(g) 时系统的焓变。D 错，rHm 0时表示该系统能量的增加，该反应为吸热反应，rHm 0, rSm0 B. rH m0C. r Hm0, rSm0 D. rH m0, rSm0。且高温自发，低温非自发，根据r Gm rH m TrSm 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 rHm rSm（2） rSm:等温，定压且系统只做

4、体积功（非体积功为 0）的化学反应系统且 rH m rSm（3）rGm :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） rGm：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 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

5、标准压力 P = 100 kPa ； 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 298 K 作为参考温 度。6根据吉布斯 亥姆霍兹方程： rG m（T）= rH m（T）T rS m（T）。若忽略温度对 rH m和 rSm的影响，则可得到该式的近似式： rGm r Hm TrSm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H：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。 r H m ：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

6、完全反应，此时的反应热。f H m ：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。Sm：标准状态下，物质 B 的摩尔熵。r Sm ：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。 rGm：标准状态下，化学反应的吉布斯自由能变。f Gm：标准摩尔生成反应的吉布斯自由能变。12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

7、21N2(g )+ 3 H2(g)=NH 3(g) ，二者的 rHm和 rGm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。rH m,1 2rH m,2 rGm,1 2rGm,2四、计算题1由附录查出 298 K时有关的 fHm 数值，计算下列反应的 rH m(已知：f H m(N 2H 4,1) 50.63 kJ mol -1)。(1)N2H4(l)+O2(g)=N 2(g)+2H 2O(l)(2)H 2O(l)+ 1 O2(g)=H 2O2(g)2(3)H 2 O 2 (g)=H 2O 2(l)不查表，根据上述 3个反应的 r H m，计算下列反应的 rH

8、m。N2H4(l)+2H2O2(l)=N 2(g)+4H 2O(l)解：( 1)( 3)2 得( 4) (4)( 2)2 即得所求式。查表计算得 rH m,(1) 622.33kJ mol 11rH m,(2) 149.74kJ mol 1rH m,(3) 51.50kJ mol 1rH m,(4)1 818.8kJ mol 12甘氨酸二肽氧化反应为3O 2 (g)+C 4H 8 N 2O3 (s)=H 2 NCONH 2(s)+3CO 2(g)+2H 2O(l)f H m(C 4H 8 N 2O 3 ,s) 745.25 kJ mol -1;f H m(H 2NCONH 2,s) 333.1

9、7 kJ mol-1 计算：(1)298 K 时，甘氨酸二肽氧化反应的标准摩尔焓。(2)298 K 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 fH m(C4H8N2O3,s)=-745.25kJ?mol-1fH m (H 2NCONH 2,s)=-333.17kJ?mol-1fH m (CO2,g)=-393.51kJ?mol-1 -1fH m (H 2O,l)=-285.85kJ?mol-1所以 3O2(g)+ C4H8N2O3(s)= H2NCONH2(s)+3 CO2(g) +2 H2O(l) fHm= f H m(H2NCONH2,s)+3 f H m(CO2,

10、g)+2 f H m (H2O,l)- f H m (C4H8N2O3,s) =-1340.15 kJ?mol-1(2)因为 M(C 4H8N2O3) 132g?mol-1，所以 1g C4H8N2O3氧化时放热：(1340.1513)kJ10.15 kJ3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， 298 K 及标准状态下，计算下列反应的 rGm ，判断尿素能否 由二氧化碳和氨自发反应得来。反应：CO 2 (g)+2NH 3 (g)=(NH 2 ) 2CO(s)+H 2O(l) ，( 已知 fGm(NH 2 ) 2CO,s) 197

11、.15 kJ mol -1 )解：CO2(g)+2NH 3(g)=(NH 2)2CO(s)+H 2O(l)rGm f Gm(NH 2)2CO,s)+fGm(H2O,l) fGm(CO2,g)+2fGm(NH3,g)( 197.15kJ mol 1) ( 237.14kJ mol 1) ( 394.38kJ mol 1) 2 ( 16.12kJ mol 1)11( 434.29kJ mol 1) ( 426.62kJ mol 1)rGm 0,反应自发进行，说明氨和 CO2能合成尿素。=3263.92kJ5已知下列反应的标准摩尔焓1)C(石墨,s)+O2(g) = CO2(g) r H m,1 3

12、93.51 kJ mol-11 -12)H 2 (g)+ O2 (g)=H 2O(l) rHm,2 285.85 kJ mol-123)CH3COOCH 3(l)+ 7 O2(g)=3CO 2(g)+3H 2O(l) rHm,3 1788.2 kJmol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fH m （CH 3COOCH 3 , l） 3 rHm,1 3 rHm,2 rH

13、m,3=3（ 393.51kJ mol1） +3（ 285.85kJ mol1）（ 1788.2kJ mol1）=249.88kJ mol16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）+2CO 2（g）。查 附录，计算标准状态和 298 K 时全发酵过程的标准摩尔焓 rHm。（各物质的溶解热可忽略，已知葡萄糖的 f H m(C 6H 12O 6,s) 1274.4kJ mol 1) 解：因为葡萄糖的全发酵过程的方程式可写为C6H12O6 (s) = 2CH3CH2OH (l) + 2CO

14、2 (g)所以 rHm 2 f H m(CH 3CH 2OH,l) 2f H m(CO 2 ,g) fHm(C6H12O6,s)=2(276.98 kJ mol-1)+2( 393.51 kJ mol-1)( 1274.4kJ mol-1) =2615.38 kJ mol-17液态乙醇的燃烧反应： C2H5OH(l)+3O 2(g)=2CO 2(g)+3H 2O(l)利用教材附录提供的数据， 计算 298 K 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： rH m c H m(C2H 5OH,

15、l) 1366.75 kJmol1M (C2H5OH) = 46 g mol-1，则92g 1 2mol ， H =2mol(1366.75kJmol1)=2733.5kJ46g mol 18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2N 2H 4 (l)+N 2O4(g)=3N 2(g)+4H 2O(g) 利用有关数据，计算反应在 298 K 时的标准摩尔焓 r H m。若该反应的热能完全转变为使 100 kg 重物垂直升高的位能， 试求此重物可达到的高度 (已知： f H m(N 2H4,l) 50.63 kJ mol -

16、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 rHm。rHm 3f H m(N 2 ,g) 4f H m(H 2 O,g) 2f H m(N 2H 4 ,l) f H m(N 2O 4,g) 1 1 1= 0+ 4 ( 241.84kJ mol1) 250.63 kJ mol1 9.66 kJ mol1= 1078.28 kJmol1设重物可达到的高度为 h，则它的位能为 mgh = 100 kg 9.8 m s2h=980 Nh 根据能量守恒定律 980Nh=1078.3103J ， h=1100m9植物体在光合

17、作用中合成葡萄糖的反应可近似表示为6CO 2(g)+6H 2O(l)=C 6H12O6(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 298 K 及标准状态下能否自发进行(已知葡萄糖的 f G m(C 6H 12 O 6 , s) -910.5kJ mol -1 )。解 ：6CO2 (g)6H2O(l)=C6H12O6 (g)+6O(g)rGm fGm(C6H12O6,s) 6f Gm(O 2, g) 6fGm(CO2,g) 6f Gm(H 2O,l)= -910.5 kJ mol-1+06(394.38kJmol-1)6(237.14kJmol-1)= 2878.62

18、kJ mol-110查教材附录数据计算 25时反应 C2H4(g)+H 2(g)=C 2H6(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)rGm fGm(C2H6,g) f Gm(H 2,g) fGm(C2H4,g)=32.86kJmol1068.15kJmol1 =101.01kJmol1在 25和 100kPa 下，乙烯的加氢反应可以正向进行。f Gm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 rGm ，从热力学角度判断选择哪个反应最好。(1)N2(g)+O2

19、(g)=2NO(g)(2)2N2(g)+O2(g)=2N 2O(g)(3)N 2 (g)+3H 2 (g)=2NH 3(g)解：( 1) N2 (g) O2(g)=2NO (g)rGm,1 2 f Gm(NO,g) fGm(N2,g) fGm(O2,g)=286.69 kJmol1-0-0 =173.38 kJmol1(2) 2N2 (g)O2(g)=2N2O (g)rGm,2 2 f Gm( N 2O, g) 2 f Gm(N 2 , g) fGm(O2,g)= 2 103.66 kJ mol 1=207.32 kJ mol1(3) N2 (g)3H2(g)=2NH3 (g)rGm,3 2f

20、 Gm(NH 3,g)=2(16.12 kJ mol1)= 32.24 kJ mol 1因为rGm,10 r Gm,2 0 只有rGm,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) NH 4HCO3 (s)=NH 3(g)+CO 2(g)+H 2O(g)(3)2NH 3(g)+3O 2 (g)=NO 2 (g)+NO(g)+3H 2O(g)(已知： f H m(NH 4HCO 3,s) 849.4 kJmol -1 ； Sm(NH 4HCO3,s) 121 J mol-1 K 1)。 解：(1)N

21、2 (g)O2(g)=2NO (g)r H m,1 2 fHm(NO,g) fHm(N2,g) f Hm(O2,g)-1 12 90.37 kJ mol-1 180.74mol 1rSm 2210.77kJ mol-1191.60 J mol -1K -1205.14 J mol-1K -1 =24.8J mol -1K -12)NH4HCO3(s)=NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)T 转 =354.4K3)2NH3(g)3O2(g)=NO2(g)+NO(g)+3H2O(g)rHm 509.38kJmol1 rSm 16.76 Jmol1K1因为 r H m 0 标准状态及任何温度下反

22、应均自发。13固体 AgNO 3的分解反应为 AgNO 3(s)=1=Ag(s)+NO 2(g)+ 21O2(g)查教材附表并计算标准状态下 AgNO 3(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： AgNO 3(s)分解的温度即为反应 AgNO 3(s)=Ag(s)+NO 2(g)+ O2(g)的转化温度。 2 1 rHm fHm(NO2,g) f H m(Ag, s) fHm(O2,g) f H m(AgNO 3,g)2 =33.85kJmol1(123.14kJ mol1) =156.99 kJ mol 1 1 rSm Sm(O2,g) Sm(NO 2 ,g) Sm(Ag,s) Sm(AgNO 3,s)2 =1 205.14Jmol-1K-1+240.06Jmol-1K-1+ 42.72 Jmol-1K-1140.92 Jmol-1K-12 =244.43 J mol-1K -1156.99 kJ mol1244.43 J mol 1 K分解温度 T369若要防止 AgNO3 分解，应低温避光保存