第2章 化学热力学初步习题解.docx

第2章 化学热力学初步习题解.docx

《第2章 化学热力学初步习题解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章 化学热力学初步习题解.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

第2章化学热力学初步习题解

第二章化学热力学初步

1.热力学第一定律

由于U为状态函数，所以Q和W也是状态函数，对吗？

为什么？

答：

不对。

Q和W只有在能量交换的时候才会有具体的数值，并且随途径不同，共和热的数值都会有变化，所以不是状态函数。

2.解释下列名词

（1）体系与环境

（2）热（Q）

（3）功（W）

（4）焓（H）和焓变（

）

（5）热力学能U

（6）恒容反应热（QV）和恒压反应热（Qp）

答：

（1）热力学中称研究的对象为体系，称体系以外的部分为环境。

（2）体系在变化过程中吸收的热量为Q。

（3）体系对环境所做的功。

（4）H＝U+PV

当泛指一个过程的时候，其热力学函数的改变量为焓变。

（5）体系内一切能量的总和叫热力学能。

（6）在恒容过程中完成的化学反应，其热效应称为恒容反应热。

在恒压过程中完成的化学反应，其热效应称为恒压反应热。

3.什么叫状态函数？

它具有何特性？

答：

藉以确定体系状态的物理量称为体系的状态函数。

它具有加和性。

4.何谓热效应？

测量方法有哪两种？

答：

化学反应的热效应为当生成物和反应物的温度相同时，化学反应过程中的吸收或放出的热量。

可以选择恒压和恒容两种条件下测量。

5.什么叫热化学方程式？

书写热化学方程式要注意哪几点？

答：

表示出反应热效应的化学方程式叫做热化学方程式。

书写化学方程式时要注意一下几点：

（1）写热化学方式式，要注意反应的温度和压强条件，如果反应是在298K和1.013×105Pa下进行时，习惯上不予注明。

（2）要注明物质的聚集状态和晶形。

（3）方程式中的配平系数只是表示计量数，不表示分子数。

但计量数不同时，同一反应的反应热数值也不同。

6.①无机化学中常用的反应热有哪几种？

反应热的实质是什么？

什么类型的化学反应QV＝Qp？

等摩尔的NaOH和NH3·H2O溶液分别与过量的HCl溶液中和所放热量是否相等？

为什么？

②反应2N2（g）＋O2（g）＝2N2O（g）在298K时，ΔrHmø=164KJ·mol-1,求反应的ΔU?

答：

①无机化学中常用的反应热有恒压反应热和恒容反应热。

反应热的实质是：

当生产物与反应物的温度相同时，化学反应过程中的吸收或放出的热量。

当反应物与生产物气体的物质的量相等时，或反应物与生产物全是固体或液体时，恒压反应热与恒容反应热相等。

不相等。

因为氨是弱碱，电离需要吸热。

②ΔrHmø=ΔrUm＋ΔυRT

ΔΔU＝ΔrHmø－ΔυRT

＝164-（2-2-1）×298×8.314×10－3

＝161.5KJ·mol－1

7.什么叫标准生产热ΔfHmø？

什么是标准燃烧然ΔcHmø

答：

某温度下，由处于标准状态的各种元素的最稳定的单质生产标准状态下单位物质的量（1mol）某纯物质的热效应叫这种温度下该纯物质的标准摩尔生成热，或简称标准生成热。

在100kPa的压强下1mol物质完全燃烧时的热效应叫做该物质的标准摩尔燃烧然，简称标准燃烧然。

8.何谓盖斯定律？

答：

盖斯定律指一个化学反应如果能分解几步来完成，总反应的焓变等于各步分反应的焓变之和。

10.用焓变判断反应的自发性为什么是不全面的？

答：

等温等压下，体系的吉布斯自由能减小的方向是不做非体积功的化学反应进行的方向。

而根据G的定义式，G=H-TS，在等温等压条件下，ΔG=ΔH-TΔS,

ΔG综合了ΔH和ΔS，所以用焓变来判断反应的自发性是不全面的。

11.什么是熵？

什么是绝对熵和标准熵？

其符号，单位是什么？

答：

热力学中把描述体系混乱度的状态函数叫熵，用S表示。

单位为J·K-1

12.影响熵值的因素有哪些？

举例说明。

答：

影响熵值的因素有过程中的热量变化和途径。

如等温过程中的ΔS＝

13.化学反应自发性的标准是什么，举例说明。

答：

在等温等压下，不做非体积功的化学反应自发性的标准是体系的吉布斯自由能减小的方向。

14.什么是吉布斯自由能？

怎样用自由能的变化（ΔG）来判断反应的方向？

答：

G＝H－TS，H，T,S都是体系的状态函数，所以H－TS必然也是体系的状态函数。

这个状态函数用G表示，称吉布斯自由能。

等温等压下，体系的吉布斯自由能减小的方向是不做非体积功的化学反应进行的方向。

15.在标准状态下Gibbs方程如何书写？

i

i

答：

ΔrGmø﹦∑υiΔfGmø（生产物）-∑υiΔfGmø（反应物）

16.什么是标准生成自由能ΔfGmø？

答：

某温度下由处于标准状态的各种元素的最稳定的单质生产1mol某纯物质的吉布斯能改变量，叫标准生成吉自由能。

17.判断下列说法是否正确？

为什么？

（1）ΔS为正值的反应均是自发反应。

（2）物质的量增加的反应ΔS为正值。

（3）若ΔH和ΔS均为正值，则温度上升ΔG将下降。

（4）某反应的ΔrGmø＞0，表面该反应在任何条件下都是不自发进行的。

（5）放热反应均是自发反应。

（6）纯单质的ΔfHmø，ΔfGmø，Smø皆为零。

（7）ΔH和ΔS基本上不随温度而变化，ΔG也是这样。

（8）物质的温度越高，熵值越大。

答：

（1）错。

判断反应的方向是ΔG，ΔG＝ΔH－TΔS

（2）错。

如反应时，物质由气态转化为固/液态，可能存在Δn＞0，但ΔS＜0。

（3）对。

（4）错。

ΔG＝ΔH－TΔS，随着温度的变化ΔfGmø有可能小于零。

（5）错。

ΔH＜0，但是ΔG＝ΔH－TΔS有可能＞0。

（6）错。

只有在处于标准状态下最稳定的单质的ΔfHmø和ΔfGmø才能与零。

如O2的ΔfHmø/ΔfGmø＝0，但是O3的ΔfHmø/ΔfGmø≠0。

Smø只有在0K条件下才等于零。

（7）错。

ΔG＝ΔH－TΔS会随着温度而变化。

（8）错。

因为物质可能存在亚稳状态，如过冷的水，在零摄氏度条件下水仍是液态。

18.解释下列事实

（1）KNO2溶于水的过程是吸热的（ΔH＞0）但它在水中溶解度却很大，溶解过程可自发进行。

（2）空气中的O2（g）不能自发分离成纯的O2（g）。

（3）在一个装有O2（g）的容器中充入一定量的O2（g）,两种气体（理想气体）即自动混合均匀，混合过程的ΔH＝0。

（4）冰箱在室温下自动溶化为水。

答：

（1）虽然ΔH＞0，但ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0

（2）ΔS＜0，所以不自发。

（3）该过程热力学函数没有发生变化。

（4）ΔS＞0，所以自发。

19.已知下列热化学方程式：

ΔrHmø＝-25KJ·mol-1

ΔrHmø＝-49KJ·mol-1

ΔrHmø＝19KJ·mol-1

不用查表，计算下列反应的热效应ΔrHmø

解：

①

②

③

×①-

×②-

×③得：

ΔrHmø＝

×（-25）-

×（-49）-

×19＝-11（KJ·mol-1）

20.有0.105克H2与Cl2在一个密闭的量热器中反应，结果使量热器的温度提高0.192℃，量热器的热容是50.09KJ/℃，求1摩尔H2和Cl2反应放出的热量。

解：

因为上述反应为放热反应，故ΔHø＝ΔU＝Qv为负值，且为恒容过程ΔV＝0

Qv＝-（50.09×0.192）＝-9.6KJ

ΔrHø＝Qv÷（

）＝-183.2KJ·mol-1

21.根据提供的数据计算反应

的ΔrHmø。

如有25.0克Na2O2按照这个反应式进行反应，将释放出多少热量？

[Na2O2（s）的ΔfHmø＝-510.9KJ·mol-1，NaOH（s）的ΔfHmø＝-427KJ·mol-1，H2O（l）的ΔfHmø＝-286KJ·mol-1]

解：

ΔrHmø＝4ΔfHmø（NaOH.s）+2ΔfHmø（

）－（2ΔfHmø（

）＋2ΔfHmø（

））

＝4×（－427）＋0－[2×（-510.9）＋2×（-286）]

＝-114.2（KJ·mol-1）

25.0gNa2O2照这个反应式进行反应放出的热量为：

（KJ·mol-1）

22.利用水的生成热求1mol水在298K，100KPa时由液体变成气态所吸收的热量，并与水的气化热（Q气＝40.67KJ·mol-1）作比较，结果说明了什么？

解：

查表：

ΔfHmø（

l）=-286KJ·mol-1ΔfHmø（

）＝-242KJ·mol-1

在标态时：

ΔH蒸发＝-242-（-286）＝44（KJ·mol-1）＞Q气

结果说明气化的条件与标准状态不同，即气化是在373K条件下进行，所吸收的热量也不相同。

23.在25℃和100KPa下，铝热法反应为

由生成热数据计算该反应的热效应ΔrHmø

解：

查表ΔfHmø（

）＝-824KJ·mol-1

ΔrHmø

＝-1676KJ·mol-1

ΔrHmø﹦4ΔrHmø

＋9ΔfHmø

－8ΔfHmø

－3ΔfHmø（

）

﹦4×（-1676）－3×（-824）

﹦-4232（KJ·mol-1）

24.单斜硫和臭氧都是单质，它们的ΔfHmø是否等于零？

并说明理由。

答：

都不等于零。

因为单斜硫和臭氧都不是元素最稳定的单质。

硫最稳定的单质是斜方硫，氧最稳定的单质是氧气。

25.已知

的ΔrHmø＝-967.8KJ·mol-1，试求CaS（s）的生成焓变。

[

deΔfHmø=-2023KJ·mol-1]

解：

查表ΔfHmΘ

＝-2023KJ·mol-1

ΔfHmΘ

＝-285.8KJ·mol-1

ΔrHmø=ΔfHmø

－ΔfHmø

－2ΔfHmø

ΔfHmø

=ΔfHmø

－ΔrHmø－2ΔfHmø

﹦-2023－（-967.8）－2×（-285.8）

﹦-483.6（KJ·mol-1）

26.反应

计算说明：

（1）在标准态及25℃时，反应能自发进行的原因。

（2）在标准态下反应自发进行的温度范围。

解：

查表ΔfGmø

＝-300.2KJ·mol-1ΔfGmø

＝-371.1KJ·mol-1

（1）ΔrGmø＝2ΔfGmø

－2ΔfGmø

＝2×（-371.1）－（-300.2）＝-141.8KJ·mol-1＜0

在标准态及25℃时，该反应能自发进行。

（2）查表：

ΔfHmø（KJ·mol-1）Smø（J·K-1·mol-1）

SO2（g）-296.8248

SO3（g）-395.7256.6

O2（g）0205.03

反应自发进行，则ΔrGmø＜0

ΔG＝ΔH－TΔS＜0

ΔH＜TΔS

∵ΔS＜0∴T＜

-3

＜

＜1053（K）

∴反应自发进行的温度范围是低于1053K

27.

的分解反应为：

计算标准态下

（s）的分解温度。

解：

查表ΔfHmø（KJ·mol-1）Smø（J·K-1·mol-1）

AgNO3-124.4141

Ag042.6

NO233.2240

O20205.03

∵ΔrHø﹥0△rSø﹥0

∴T﹥

＝645.6（K）

28.计算反应

在500K时的ΔrGmø，并判断反应进行的方向。

解：

查表：

ΔfHmø（KJ·mol-1）Smø（J·K-1·mol-1）

Cu（s）033

H2O-242189

CuO（s）-15742.7

H2（g）0130

ΔrGø＝ΔrHø－TΔrSø

＝[（-157）-（-242）]－500×（130＋42.7－189－33）×10-3

＝108.4（（KJ·mol-1）＞0

∴500K时，反应不能自发进行，相反，逆反应却能自发进行。

29.求下列反应的热效应：

①AgCl（s）＋Br-（aq）→AgBr（s）＋Cl-（aq）

②Fe2O3（s）＋6H+（aq）→2Fe3+（aq）＋2H2O（l）

③H+（aq）＋OH+（q）→H2O（l）

解：

查表

AgCl（s）Br-（aq）AgBr（s）Cl-（aq）Fe2O3（s）Fe3+（aq）H2O（l）

ΔfHø-127-121-100-167.2-824-48.5-286

H+（aq）OH－（aq）

ΔfHø0-230.0

1ΔrHø＝ΔfHø（AgBr,s）+ΔfHø（Cl-,aq）-（ΔfHø（AgCl,s）+ΔfHø（Br-,aq））

＝[（-100）+（-167.2）]-[（-127）+（-121）]

＝19.2（KJ·mol-1）

2ΔrHø＝2ΔfHø（Fe3+,aq）+2ΔfHø（H2O,l）-（ΔfHø（Fe2O3,s）+6ΔfHø（H+,aq））

＝[2×（-48.5）+3×（-286）]-[（-824）]

＝-131.0（KJ·mol-1）

③ΔrHø＝ΔfHø

－ΔfHø（OH-,aq）

＝（-286）-（-230）

＝-56（KJ·mol-1）

30.将下列每组物质按熵值增加的顺序排列，简述理由。

①LiCl（s）NaCl（s）Li（s）

②H2（g）Sn（s）H2O（l）

③I2（g）Na（g）Cl2（g）

④K（s）Na（s）Br2（l）

答：

①Li（s）＜LiCl（s）＜NaCl（s）因为固体化合物的熵可以经验的看成构成它的元素的特征的熵值之和，元素的熵值随着它的原子量的增大而增大。

②Sn（s）＜H2O（l）＜H2O（g）因为混乱度气态大于液态，液态大于固态。

③Na（g）＜Cl2（g）＜I2（g）因为固体化合物的熵可以经验的看成构成它的元素的特征的熵值之和，元素的熵值随着它的原子量的增大而增大。

④Na（s）＜K（s）＜Br2（l）因为液态的混乱度大于固态的混乱度，而元素的熵随着它的原子量的增大而增大。

31.预测下列各过程△Smø的符合，简述理由

①盐从过饱和水溶液中结晶出来

②Ag+（aq）+Cl-（aq）→AgCl（s）

3SnO2（s）+2H2（g）→Sn（s）+2H2O（l）

4C6H6（l）→C6H6（g）

5撒盐在冰上使冰溶化

6活性炭表面吸附氧气

答：

①△Smø＜0。

盐从液态转化为固态，混乱度减小。

②△Smø＜0。

液态转化为固态，混乱度减小。

③△Smø＜0。

气态转化为液态，混乱度减小。

④△Smø＞0．液态转化为气态，混乱度增大。

⑤△Smø＞0．固态转化为气态，混乱度增大。

⑥△Smø＜0。

游离在空气中的氧气被吸附在活性炭表面，混乱度减小。

32.利用键焓，原子化能（把单质或化合物分子完全拆开成为气态原子所需要的能量）数据计算C2H5OH（l）的标准生成焓，已知C2H5OH的蒸发焓为41.8KJ·mol-1,将计算的结果与数据表对照，讨论偏差的原因。

解：

稳定生成1mol化合物定义为生成焓

△fHø（C2H5OH，l）

2C（s）+3H2（g）+1/2O2（g）C2H5OH（l）

2×716.73×4361/2×49841.8

5△HøC-H＋△HøC-C

△HøC-O＋△HøO-H

2C（g）+6H（g）+O（g）C2H5OH（g）

ΔrHø

＝2×716.7＋3×326＋

×498.34－（5×415＋331＋343＋465）－41.8

＝-265.23（KJ·mol-1）

查表的ΔrHø

＝－227.6（KJ·mol-1）。

偏差的原因时由于键焓的数据只是一个平均值。

在特定化合物中其值会略有不同。

33.已知石磨的升华焓△H1=717KJ·mol-1,H2的解离焓△H2＝436KJ·mol-1，CH4的ΔfHø＝－74.8KJ·mol-1，求C－H键的平均键焓。

4△HøC-H

解：

C（g）＋4H（g）CH4（g）

ΔfHø

△H2

△H1

C（s）＋2H2（g）

ΔfHø

＝△H1＋△H2－4△HøC-H

∴4△HøC-H＝717+2×436-（-74.8）

△HøC-H＝416（KJ·mol-1）

34.根据键焓数据计算出下列反应的焓变

解：

查表：

△Hø（KJ·mol-1）

C-H415

C-Cl327

H-Cl431

Cl-Cl243

ΔrHø＝4HøC－H＋△HøCl-Cl－[3△HøC-H＋△HøC-Cl＋△HøH-Cl]

＝－100（KJ·mol-1）

35.①查ΔrGmø数据求下列反应的ΔrGmø

②问逆反应的ΔrGmø为多少？

③先算出反应的ΔrHmø，在求算ΔrGmø，所得的结果与①比较。

解：

查表SO3（g）SO2（g）O2（g）

ΔrGmø-371.1-300.20

ΔrHmø-395.7-296.80

Smø257248205

1正反应的ΔrGmø＝2×[（-300.2）-（-371.1）]=141.8（KJ·mol-1）

2逆反应的ΔrGmø＝-141.8（KJ·mol-1）

3ΔrHmø＝2×[（-296.8）-（-395.7）]＝197.8（KJ·mol-1）

△Sø＝2×246＋205－2×257＝187（J·K-1·mol-1）

ΔrGmø＝ΔrHmø－T△Sø

＝197.8-298×187×10-3

＝142.1（KJ·mol-1）

两种结果误差不大，说明这两种方法都可以用于计算ΔrGmø

36．斜方硫和单斜硫的标准熵各为31.9J·K-1·mol-1和32.6J·K-1·mol-1，其标准燃烧焓分别为－296.8J·K-1·mol-1和-297.14J·K-1·mol-1，求算下列过程的ΔfGmø：

S（斜方）→S（单斜）

解：

△Sø＝32.6－31.9＝0.7（J·K-1·mol-1）

ΔrHmø＝（-296.81）-（-297.14）＝0.33（KJ·mol-1）

ΔfGmø＝ΔrHmø－T△Sø

＝0.1214（KJ·mol-1）

37.仅以如下数据：

ΔfHmø（NF3）＝114KJ·mol-1，

＝924KJ·mol-1，

＝158KJ·mol-1。

计算NF3中的N－F键的平均键能。

解：

-3EN-F

N（g）+3F（g）

-3EN-F＝ΔfHmø（NF3）－

－

EN-F＝195（KJ·mol-1）

38.在弹式量热计中，，氮化铌燃烧的反应式为：

在198K下测得的内能变化为－712.97KJ·mol-1，求此反应的焓变。

解：

△Hm＝△rUm＋△νRT

＝-712.97+（

）×8.314×10-3×198

＝－714.20（KJ·mol-1）

39.CH3OH的标准状态下的燃烧热为－726.6KJ·mol-1,已知：

ΔfHmø

＝-393.5KJ·mol-1，ΔfHmø

＝-285.9KJ·mol-1，计算ΔfHmø

解：

△rHmø

＝ΔfHmø

＋2ΔfHmø

－ΔfHmø

ΔfHmø

＝（-393.5）+2×（-285.9）-（-725.6）

＝-239.7（KJ·mol-1）

40.CH4和C2H5OH燃烧产物都是CO2（g）和H2O（l），分别求两物质的燃烧热。

解：

查表ΔfHmø

CH4（g）-74.8

C2H5OH（l）-235.3

CO2（g）-393.5

H2O（l）-285.5

O2（g）0

ΔrHmø＝（-393.5）＋2×（-285.8）-（-74.8）

＝－890.3（KJ·mol-1）

ΔrHmø＝2×（-393.5）+3×（-285.8）-（-74.8）

＝-1409.1（KJ·mol-1）

41.已知1mol甲醚CH3OHCH3完全燃烧生成CO2和H2O（l）时，ΔrHmø＝-146KJ·mol-1（298K）

⑴求甲醚的ΔfHmø

解：

⑴查表ΔfHmø（KJ·mol-1）

CO2（g）-393.5

H2O（g）-285.8

ΔrHmø＝2△fHmø

＋3△fHmø

－△fHmø

△fHmø

＝2×（-393.5）+3×（-285.8）-（-146）

＝－1498.4（KJ·mol-1）

42.根据热力学数据计算BCl3在298K时饱和蒸汽压及正常沸点，在298K和Pø条件下BCl3呈液态还是气态？

解：

查表BCl3（q）BCl3（l）

ΔrGmø-388.7-381.4

ΔrHmø290.1206.3

=（-388.7）－（-381.4）＝-1.3（KJ/mol）

答：

298K时BCl3的饱和蒸气压为

＝290.1-206.3=23.4（KJ/mol）

T沸点＝

<298K

所以298K和Pø条件下BCl3呈液态