第一章化学热力学基础参考答案.docx

1、第一章化学热力学基础参考答案第一章 化学热力学基础P19综合题解：（1） =-635.1+（-393.5）+（-1）（-1206.9） =178.3（KJ.mol-1） =39.8+213.7+(-1)92.9 =160.6(J.mol-1.K-1) =178.3-298.15160.610-3 =130.410 反应正向不自发，应该逆向进行。 （2）根据有： P2111、（1）错 （2）错 （3）错 （4）正确15、(1)S0 (负) (2) S0（正） (4) S0（正）16、S:C(石墨，s)H2O(l)Ar(g)CO(g)CO2(g)P2125 1、(1) Q体系=500kJ W体系=

2、600kJ U=Q+W=500+600=1100kJ (2) Q体系= -2000kJ W体系= -800kJ U=Q+W=-2000+(-800)= -2800kJ2 计算下行反应的标准反应焓变rHm:解： 2Al(s) + Fe2O3(s) Al2O3(s) + 2Fe(s) fHm(kJmol-1) 0 -824.2 -1675.7 0rHm=fHm(Al2O3,s)+2fHm(Fe,s)-2fHm(Al,s)- fHm(Fe2O3 ,s) = -1675.7 + 20 - 20 - (-824.2) = - 851.5 (kJmol-1) C2H2 (g) + H2(g) C2H4(g

3、)fHm(kJmol-1) 226.73 0 52.26 rHm = fHm(C2H4 ,g) - fHm(C2H2,g) - fHm(H2,g) = 52.26 - 226.73 - 0 = -174.47 (kJmol-1)3. 由下列化学方程式计算液体过氧化氢在298 K时的fHm(H2O2，l)： H2 (g) + 1/2O2 (g) = H2O (g) rHm = - 214.82 kJmol-1 2H (g) + O (g) = H2O (g) rHm = - 926.92 kJmol-1 2H (g) + 2O (g) = H2O2 (g) rHm = - 1070.6 kJmo

4、l-1 2O (g) = O2 (g) rHm = - 498.34 kJmol-1 H2O2 (l) = H2O2 (g) rHm = 51.46 kJmol-1解：方法1：根据盖斯定律有：方程-方程+方程-方程 -1/2方程可得以下方程 H2(g)+O2(g)=H2O2(l) rHm rHm=rH1-rH2+rH3-rH5-1/2rH4 =-241.82-(-926.92)+(-1070.6)-51.46-1/2(-498.34) =-241.82+926.92-1070.6-51.46+249.17= -187.79(kJmol-1)fHm(H2O2 ,l)= rHm= -187.79

5、kJmol-1方法2：(1)由可知H2O的fHm(H2O ,g)= - 241.82 kJmol-1(2) 根据计算O的fHm(O ,g) 2O (g) = O2 (g) rHm = - 498.34 kJmol-1rHm = fHm(O2 ,g)- 2fHm(O,g)= 0 - 2fHm(O,g)= - 498.34 kJmol-1fHm(O,g)= 249.17 kJmol-1(3) 根据求算fHm（H ,g) 2H (g) + O (g) = H2O (g) rHm = - 926.92 kJmol-1fHm(kJmol-1) 249.17 - 214.82rHm = fHm(H2O ,

6、g) - 2fHm(H,g) -fHm(O,g) = - 241.82 - 2fHm(H,g)- 249.17 = - 926.92fHm(H,g)= 217.965 kJmol-1 (4) 根据求算fHm（H2O2 ,g) 2H (g) + 2O (g) = H2O2 (g) rHm = - 1070.6 kJmol-1fHm(kJmol-1) 217.965 249.17 rHm = fHm(H2O2 ,g) - 2fHm(H,g) -2fHm(O,g) =fHm(H2O2 ,g) -2217.965 - 2249.17 = - 1070.6f Hm(H2O2 ,g)= - 136.33

7、kJmol-1(5) 根据求算f Hm(H2O2 ,l) H2O2 (l) = H2O2 (g) rHm = 51.46 kJmol-1fHm(kJmol-1) -136.33rHm = fHm(H2O2 ,g) - fHm(H2O2 ,l) = -136.33 - fHm(H2O2 ,l) = 51.46fHm(H2O2 ,l)= -187.79 kJmol-14. 在373 K，101.3 kPa下，2.0 mol H2 和1.0 mol O2反应，生成2.0 mol的水蒸气，总共放热484 kJ的热量，求该反应的rHm和U。解： 2H2（g） + O2(g) = 2H2O(g)(1) 定

8、压下 Qp = rHm = - 484 kJ即 rHm= - 484 kJmol-1(2) U = Q P PV = QP -nRT = - 484 (2 2 1) 8.31410-3 373 = - 480.90 kJ5. 用弹式量热计测得下列反应 C7H16 (l) + 11O2 (g) 7CO2 (g) + 8H2O (l)在298K时Qv = - 4804 kJmol-1，试求反应的等压热效应Qp。解：Qp = Qv + nRT = - 4804 +（7-11）8.31410-3 298 = - 4813.91 kJ 6. 已知298 K时： C6H4(OH)2 (aq) C6H4O2

9、 (aq) + H2 (g), rHm, 1 = 177.4 kJmol-1 O2 (g) + H2 (g) H2O2 (aq), rHm, 2 = - 191.2 kJmol-1 1/2O2 (g) + H2 (g) H2O (g), rHm, 3 = - 241.8 kJmol-1 H2O (g) H2O (l), rHm, 4 = - 44.0 kJmol-1试计算下面反应的rHm ：C6H4(OH)2 (aq) + H2O2 (aq) C6H4O2 (aq) + 2 H2O (l) 解： C6H4(OH)2 (aq) + H2O2 (aq) C6H4O2 (aq) + 2 H2O (l

10、) （5） 反应5= 反应1 -反应2 + 2（反应3 + 反应4） rHm，5 = rHm, 1 - rHm, 2 + 2（rHm, 3 + rHm, 4） = 177.4 -（- 191.2）+ 2（- 241.8 - 44.0 ） = - 203 kJmol-18已知298 K标态下：fHm(O ,g) = 249.1 kJmol-1 , fHm(N ,g) = 472.7 kJmol-1 ,O(g) + N(g) NO(g) rHm = - 631.8 kJmol-1,求反应 1/2N2（g） + 1/2O2(g) = NO(g) 的 H298K = ?解： 设计盖斯循环， H298K

11、 =H1+H2+H3 =fHm(N ,g)+ fHm(O ,g)+ rHm(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=反应-反应 H3=H1-H2 =-393.5+283=110.5 (2)C、-270.1, 解：由反应求算Hf(HBr), H1 =2Hf(HBr,g) (Hf(H2,g)+ H(Br2,l) =2Hf(HBr,g)- 0 -0 = -72.4 (kJmol-1)Hf(HBr,g) = -72.4./2 = -36.2(kJmol-1) 由反应求算Hf(NH3),H2=

12、2Hf(NH3,g) (3Hf(H2,g)+ H(N2,g) =2Hf(NH3,g)- 30 -0 = -92.4 (kJmol-1) Hf(NH3,g) = -92.4./2 = -46.2(kJmol-1) 由反应求算Hf(NH4Br，s),H3 = Hf(NH4Br，s) Hf(NH3,g) + Hf(HBr,g) =Hf(NH4Br，s) -36.2 -46.2= -187.7 Hf(NH4Br，s) = -187.7+（-82.4） = -270.1(kJmol-1)(3)B、2C(石墨)+3H2(g)=C2H6(g) 根据QP = Qv+nRT 有：QP - Qv =nRT ，当|

13、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)（） 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-118g-1 = - 5994J = - 5.994kJ （5）C、-286 解：由反应可得：rHm=2.Hf(H2O,l

14、)-2Hf(H2,g) + H(O2,g) = 2.Hf(H2O,l)-20+0 = - 572 Hf(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H1 = -44.8kJ 则：反应2KClO3(s) = 2KCl(s) + 3O2（g）的H2为： H2 = 2H1 = 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) H3 - -(3) H3 = H1- H2 =a-b H3 = Hf(Mn

15、,s)+ Hf(O2,g) - Hf(MnO2,s)=a-b 解得：Hf(MnO2,s =b-a 选B、b-a (8)A、Hf(CO2，g)= H 解：由反应可得： H =Hf(CO2，g)- Hf(C石墨，s) +Hf(O2，g) =Hf(CO2，g)-0 +0 H=Hf(CO2，g)10. 不查表、比较下列物质的Sm的大小。（1）O2(g), O3(g), SO2(g)（2）Br2(g), Cl2(g), F2(g), I2(g) 解：(1) Sm的大小为：Sm (O2,g) Sm (O3,g) Sm (SO2,g) 。1molO2的原子数少于O3(g),e而1mol的O3的摩尔质量小于S

16、O2(g)的摩尔质量。(2) Sm的大小为：Sm (F2,g) Sm (Cl2,g) Sm (Br2,g) Sm(I2,g)，M(F2)M(Cl2)M(Br2)0，即熵值增大。KNO3(s)K+(aq)+NO-3 (aq) 根据P25可知液态的熵值大于固态的熵值。 （2）Sm 0，即熵值增大。乙醇（l）乙醇（g） 根据P25可知液态的熵值大于固态的熵值。 （3） Sm0 即熵值基本保持不变。反应前后的气体n=0 （4） Sm 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、1 mol 水在其沸点373 K下汽化，恒压汽化热为40.68 kJmol-1, 求该过程的W, Q

17、p, 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= -nRT10-3 W= - RT10-3= -8.31437310-3 = -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=109.1 J.K-1.mol-1 W=-3.10 kJ14、计算化学反应：C2H5OH(g) = C2H4(g)+H2O(g)能自发进行的温度？ 解：

18、 C2H5OH(g) = C2H4(g) + H2O(g) 查表：Hf(kJ/mol) -235.1 52.26 -241.8 S(J/mol.K) 282.7 219.56 188.8 H= -241.8+52.26-(235.1) =45.56(kJ/mol) S=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rGm，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);(

19、3) Al2O3(s) + 3H2(g) = 2Al(s) + 3H2O(g);(4) I2(s) = I2(g)解： （1） 2Al(s) + Fe2O3(s) = Al2O3(s) + 2Fe(s);Sm/ JK-1mol-1 28.83 87.4 50.92 27.28fHm /( kJmol-1) 0 -824.2 -1675.7 0根据rSm = i Sm（生成物）- j Sm（反应物）求rSmrSm( 298K) = Sm(Al2O3, s) + 2Sm(Fe, s) - 2Sm(Al, s) - Sm(Fe2O3, s) = 50.92 + 227.28 228.83 87.4

20、= -39.58 JK-1mol-1 根据rHm= ifH m（生成物）- jfH m（反应物）求rHmrHm( 298 K) =fHm (Al2O3, s) + 2fHm (Fe, s) -2fHm (Al, s) -fHm (Fe2O3, s) = (-1675.7) + 20- 20 (-824.2) = -851.5 kJmol-1根据rGm( TK)= rHm( 298 K) - TrSm( 298K),求rGm( 300 K)rGm( 300 K) =rHm( 298 K) - TrSm( 298K) = -851.5 300(-39.58)10-3 = -839.6 kJmol-

21、1 rGm( 300 K) 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) Sm/ JK-1mol-1 192,45 205.138 210.761 188.8fHm /( kJmol-1) -46.11 0 90.25 -241.8rSm( 298K) = 180.354 JK-1mol-1rHm( 298K) = -905.36 kJmol-1rGm( 300 K) =rHm( 298 K) - TrSm( 298K) =-959.47 kJmol-1 rGm( 300 K) 0， 该条件下反应不能自发由左向右进行，而逆向

22、自发。(4) I2(s) = I2(g)Sm/ JK-1mol-1 116.1 260.69fHm /( kJmol-1) 0 62.44rSm( 298K) = Sm(I2, g) - Sm(I2, s) = 260.69 - 116.1 = 144.59 JK-1mol-1rHm( 298K) = fHm(I2, g) -fHm(I2, s) = 62.44 0 = 62.44 kJmol-1rGm( 300 K) =rHm( 298 K) - TrSm( 298K) = 62.24 300144.5910-3 = 18.86kJmol-1 rGm( 300 K) 0， 该条件下反应不能自

23、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) rHm=-297.2kJ.mol-1S（正交）+O2(g)=SO2(g) rHm=-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 =-297.2-298.1510-3248.2-32.6-205.138 =-297.2-298.1510-310.462 =-297.2-3.119 =-300.32(kJ.mol-1)对于（1）25oC时 T=25+273.15=298.15

24、 =-296.9-298.1510-3248.2-31.8-205.138 =-296.9-298.1510-311.262 =-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)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。 H2O2 (g) H2O(g) + O2(g) rHm 0 ; CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) rHm 0 ; HCl(g) + NH3(g) NH4Cl(s) rHm 0 ;解： 根据rGm=rHm -TrSm H2O2 (g) H2O(g) + O2(g)

25、rHm 0, rGm 0 ; 该反应为气体分子数减少的过程，rSm 0, 反应正向不能自发进行，而逆向自发。 CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) rHm 0 ; 该反应为气体分子数增加的过程，rSm 0, 但rHm 0， 低温下反应不能正向自发，高温下反应能正向自发。 HCl(g) + NH3(g) NH4Cl(s) rHm 0 ; 该反应为气体分子数减少的过程，rSm 0, 且rHm 0， 低温下rGm 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)=-20属于气体分子数减少的过程，熵值减少，rSm 0；C反应为气体分子数增加的过程，熵值增加，rSm 0；D为分子离解为离子的过程，熵值增加，rSm 0；所以应选A。（2）B；根据rGm = rHm-TrSm，当rSm0时，若反应在标态下是自发反应，则有rGm0，rHm0，所以应选B、rHm0、rSm0。（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