1、第1章 化学反应热思考题与习题解答1说明下列符号的含义。 VQ mr H (T) mr H (T) mf H (T) 答: VQ :等容反应热; mr H (T):温度T下,反应的摩尔焓变(数值等于等压反应热);mf H (T):温度T下某物质的标准摩尔生成焓; :反应进度。2盖斯定律的使用条件,下列哪种说法正确? (1)等压 (2)等容 (3)等温、等容或等温、等压 (4)等温、不做有用功,等容或等压答:正确答案为(4)。3热力学标准态的含义?为什么要确定热力学标准态?答:纯理想气体热力学标准态是指该气体处于标准压力 p(100kPa)下的状态。混合理想气体中任一组分的标准态是指该组分气体的
2、分压为p时的状态。纯液态(或纯固态)物质的标准态是指压力为p下的纯液体(或纯固体)的状态。溶液的标准态选1 molL1。因为化学反应中的能量以及状态函数改变是受许多条件(如温度、压力、浓度、聚集状态等)的影响,为了比较方 , 定了物质的热力学标准态。4 明 中的 、 、 等物质 什么 用? 答: 、 时, 以 量热( MgO,mf H = 601.7 kJmol1, 32OAl,mH = 1675.69 kJmol1) 生 度以 的 温, 反应 的热量能使 分 生O2, 、 的 反应,使 明 currency1。“中 为;fi气、 等 fi化。5fl 说明,fi 为什么 以用于 ”?答: (5
3、/2)O2 + C2H2 = 2CO2 + H2O(g)mf H /(kJ mol1) 0 226.7 393.5 241.8 rHm = f Hm (生成物)mf H (反应物)rH m =2(393.5) + (241.82) 226.7 0 = 1255.5 kJmol1 因反应 量热, 以 化 ,以 用于或” 。6fl 说明,为什么 的化物(),的化物()是 能 1B2H6(g)的 mHf 36.56 kJmol1,B2O3(s)的 mHf 1132.55 kJmol1;SiH4(g)的 mf H34.31 kJmol1,SiO2(s)的 mHf 910.7kJmol1 。: B2H6
4、(g) + 3O2(g) = B2O3(s) + 3H2O(g)mf H (kJmol1) 36.56 0 1132.55 241.82rH m = 1132.55+3(241.82) 36.56 0 = 1894.57 kJmol1 SiH4(g) + 2O2(g) = SiO2(s) + 2H2O(g)mf H (kJmol1) 34.31 0 910.7 241.82rH m = 910.7 + 2(241.82) 34.31 0 = 1427.25 kJmol1 反应 量热,因B2H6(g) SiH4(g) 以 为 能 。7下列反应的化学反应热 C()+ O2(g)= CO2(g) r
5、Hm(1) = 393.5 kJmol1 H2(g)+ (1/2) O2(g)=H2O(l) rHm(2) = 285.8 kJmol1 C2H6(g)+(7/2)O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) rHm (3) = 1559.8 kJmol1 不用 , 气化合生成1mol C2H6(g)反应的rHm。: 定律 rHm (C2H6) = 2rHm(1) + 3rHm(2) rHm (3)以rHm (C2H6) = 2(393.5) + 3(285.8) (1559.8) = 84.6 kJmol18 用 时,下列反应 时 生(1)KNO3(s)+ H2SO4(l)= KHSO4(s)
6、+ HNO3(g) (2)2KNO3(s)+ H2SO4(l)= K2SO4(s)+ 2HNO3(g) 的 中80%是 反应(1) 生的,20%是 反应(2) 生的。 25 1kgHNO3(g)时 多 热量?KNO3、H2SO4、KHSO4、HNO3(g)、K2SO4的标准生成焓 为494.63、813.99、1160.6、135.6、1437.79(kJmol1)。 : KNO3(s)+H2SO4(l)= KHSO4(s)+ HNO3(g)方(1)mf H /(kJmol1)469.63 813.99 1160.6 135.6 rHm = f Hm (生成物)mf H (反应物)rH m (
7、1) = (1160.6 +135.6 ) (494.63 + 813.99 ) = 1344.36 kJmol12KNO3(s)+H2SO4(l)= K2SO4(s)+2HNO3(g)方(2)mf H /(kJmol1)469.63 813.99 1437.79 135.62rH m (2)= 1437.79) + 2 (135.6) 2 (469.63) + 813.99= 1041.32 kJmol1HNO3的 分 量为63, 1 kg HNO3的物质的量n = 631000 =15.9 (mol)1 kg HNO3(g)时的反应热为 14 kgkJ1004.232.10419.15%2
8、036.13449.15%80 9 是一种 的 , 体 时 生下列反应C57H104O6(s)+ 80 O2(g)= 57CO2(g)+52H2O(l)该反应的 mr H = 3.3510 4 kJmol1 , 如以 学生 能10125.3kJ,以 种 , 天需 多 ?: 天 物质的量 (mol)302.0335003.101253.10125 mr Hn该 分 量为884; 天 的质量为 0.30884=267.0 (g)10葡萄糖(C6H12O6) 反应的方式为 C6H12O6(s)+ 6O2(g)= 6CO2(g)+ 6H2O(l) 该反应的 mr H = 2820 kJmol1 , 葡
9、萄糖 体fi化时, 反应热的约40% 用于肌肉活动的能量。试一匙葡萄糖(以3.8g) 体fi化时, 获 的肌肉活动能量。 :葡萄糖 分 量为180;一匙葡萄糖(3.8g)的物质的量为 3.8 / 180 = 0.021(mol) 一匙葡萄糖被fi化 的热量为 0.021 mr H = 0.021 2820 = 59.2 kJ获 的肌肉活动能量 59.240% = 23.7 kJ11辛是汽的主要成分, 附录的有关数 下列反应的热效应,并从结果比较 以 到什么结论(: mHf (C8H18,l)=218.97 kJmol1)?(1) C8H18(l)+ O2(g)CO2(g)+ H2O(l) (2
10、)不 C8H18(l)+ O2(g)C(s)+ H2O(l): 附录 下列物质C8H18(l), O2 (g) , CO2 (g),C(s), H2O(l)的标准生成焓变分别为218.97kJ.mol1, 0, 393.5 kJ.mol1, 0, 285.83 kJ.mol1 rHm = f Hm (生成物) f Hm ((反应物)C8H18(l)+(25/2)O2(g)= 8CO2 (g) + 9H2O(g)mf H /(kJmol1)218.97 0 393.5 285.83rH m (1)= 8 (393.5) + 9 (-285.83) 0 (218.97) = 5501.5 kJmo
11、l13C8H18(l)+(9/2)O2(g)= 16C (s) + 9H2O(g)mf H /(kJmol1) 218.97 0 0 285.83rH m (2)= 0 + 9 ( 285.83 ) 0 (218.97) = -2353.5 kJ.mol1rH m (1) rH m (2), 结论: 热量 。第二章 化学反应进行的方向和限度思考题与习题解答1下列说法是否正确?如不正确,请说明因。 (1) 因为 Vq =H, H与变化途径无关,,H是状态函数,以 Vq 也是状态函数。答:错, H是状态函数,但是焓变(H)不是状态函数。 Vq =H只是数值关系。热量、功以及状态函数的变量“” 不是
12、状态函数。(2)单质的标准生成焓( mf H ) 标准生成吉布斯函数变( mf G ) 为零,因“标准熵( mS ))也为零。答:错,因 H G 的绝 值无法 到,因采用 值, 定义,最稳定单质的 mf H mf G 为零, S有绝 值,除美晶体 0K时的熵等于0外,“ 条件下的熵(包括标准熵)皆不为零。但离 的熵也是 值,是以离 为 标准(H+的 mS = 0)。(3) 于纯固、液、气态物质 言,100kPa、298K是“标准态。答: 。虽然热力学标准态不指定温度,但是任何温度 有“ 应的标准态。(4)H、S、G 与温度有关,但H,S,G 与温度关系不 。 答:错,一般认为反应的H,S 与温
13、度关系不 ,但G =H TS,以G与温度关系较 。(5)等温等压条件下,用 mrG 就 以判断任何一化学反应的方向。答:错,等温等压条件下用 mrG (0 或 0,反应不能自 进行,但“衡常数并不等于零。答: mrG 0,只能说明 标准态下, 不能自 进行。 非标准态下,| mrG |不是很 时,不能用于判断反应方向。 逆反应衡常数 不应为零。2选择题( 正确答案的标号填入空格)(1)下列物理量 于状态函数的是。T p V W H H S G: 答:正确答案为 。(2)生 水煤气的反应为 C(s)+ H2O(g)= CO(g)+ H2(g)该反应的 mr H = 131.3 kJmol1,则该
14、反应是 (系统 0,S 0)。低温下正向不自 , 温下正向自 ;低温下正向自 , 温下正向不自 ;任何温度下正向 自 ;任何温度下正向 不自 答:正确答案为。53不用 , 下列物质按标准熵 mS 值 到小的顺序排列。(1)Si(s) (2)Br(l) (3)Br(g)答: mS (3) mS (2) mS (1)4给 下列 的 mrG , mr H , mr S 的正负号(或零)(1)电水生成H2 O2; (2)H2O(g)273K H2O(l); (3)H2O(l) 268K H2O(s)答: 变化量的符号如下 示 mrGmr Hmr S(1) + + +(2) (3) 5SiC是耐 温材,
15、 以(SiO2)为, 标准状态 298K时能否 SiC。 SiO2 + C = SiC + O2 mf G kJmol1 856.67 0 62.76 0 -1molJk91.793)67.856(76.62 mrG 0。 结论:不能 条件下 备SiC。6 二fi化锰 备 锰 采 下列种方法(1)MnO2(s)+ 2H2(g)= Mn(s)+ 2H2O(g) mr H =37.22 kJmol1 mr S =94.96Jmol1K1 (2)MnO2(s)+2 C(s)= Mn(s)+ 2CO(g) mr H =299.8 kJmol1; mr S =363.3Jmol1K1 试fl 确定 反应
16、 298K、标态下的反应方向?如果考虑 温度 低 ,则采用种方法较 ? :(1)MnO2(s) + 2H2 (g) = Mn(s) + 2H2O(g)rG m =rH mTr S m =37.22kJmol129894.9610 3=8.922 (kJmol1)(2) MnO2(s) + 2C(s) = Mn(s) + 2CO(g)rG m =rH mTrH m = 299.8 298 363.3 10 3 = 191.54 kJmol16反应的 mrG 于0,以298K,100 kPa下反应 不能自 正向进行。95.3911096.94 22.37 31 mrmrSHT(K) 21.8251
17、03.363 8.299 32 T (K)答: 考虑 温度 低 , 采用方(1)的方法。7 的 采用 (HgS) 空气中 2HgS(s)+ 3O2(g)= 2HgO(s)+ 2SO2(g) 中生成的HgO 按下式分 2HgO(s)= 2Hg(g)+ O2(g) 试 的 温度不 低于多 时, 以 到Hg(g)?HgS(s),HgO(s)的 mf H 分别是 58.2 kJmol1,90.83 kJmol1; mf G 分别是50.6,58.56(kJmol1); mS 分别是82.4 Jmol1K1 70.29 Jmol1K1。: 2HgS(s) + 3O2 (g) = 2HgO (s) + 2
18、SO2 (g)mf H /(kJmol1) 58.2 0 90.83 297.04mS /(Jmol1K1)82.4 205.03 70.29 248.11-1molJk34.6590)2.58(2)83.90(2)04.297(2 mr H11KmolJ09.1434.82203.205329.70211.2482 mr S mr H ;mr S 0 , 低温自 , 温非自 。K87.46071009.143 34.659 3 mrmrSHT结论(1): 温 T 4607.87K 时, 反应 自 变为非自 。2HgO(s) = 2Hg(g) + O2(g)mf H kJmol1 90.83
19、61.32 0 mS Jmol1K1 70.29 174.85 205.03 ( ) -12 61.32 0 2 90.83 304.3kJ molr mH QD = - = 711KmolJ15.41429.70203.205185.1742 mr Smr H ; mr S 0 , 低温非自 , 温自 。K76.7341015.414 3.304 3 mrmrSHT;结论( ) 温 T 734.76K 时, 反应 非自 变为自 进行。以, 734.76K T 4607.87K时。 到Hg(g)。8汽 气中含有CO,能否用热分的途径 除 ?热分反应为CO(g)= C(s)+ 21 O2(g),
20、该反应的 mr H = 110.5 kJmol1, mr S = 89Jmol1K1 。 rG m =rH m TrS m, 反应rH m0, rS m 0 rG m 于零,说明反应 任何温度下反应 不能自 进行,因 1molkJ173.0K)298( mrG 0, K 很小(9.51025),衡 很低, 不能用热法除CO。9 298K,100kPa条件下, 的标准熵分别为2.45 Jmol1K1 5.71 Jmol1K1,的 反应热分别为395.40 kJmol1 393.51 kJmol1,试 : (1) 298K,100kPa条件下,变成 的 mrG 。 (2)说明 条件下, 种晶 较为
21、稳定? S m ()=5.71Jmol1K1, S m ( )=2.45 Jmol1K1C()+O2(g)=CO2(g) rH m (1) = 393.51 kJmol1C( )+O2(g)=CO2(g) rH m (2)= 395.40 kJmol1方(1) 方 (2) 方(3) C()C( ) Hess定律该反 rH m (3)= rH m (1) rH m (2) = 393.51 (395.40) = 1.89 kJmol1rS m =2.45 5.71= 3.26 Jmol1K1rG m =rH m TrS m = 1.89 298 ( 3.26) 103 = 2.86 kJmol1
22、rG m 0 298K, 100kPa下, 较稳定10合成氨反应 N2(g)+ 3H2(g)= 2NH3(g) 673K时的标准衡常数,并指 673K,下列种下反应向何方向进行? 8(1)p(NH3)= 304kPa,p(N2)= 171kPa,p(H2)= 2022kPa; (2)p(NH3)= 600kPa,p(N2)= 625kPa,p(H2)= 1875kPa; (3)p(NH3)= 100kPa,p(N2)= 725kPa,p(H2)= 2175kPa;:用热力学数 K 。 N2(g) + 3H2(g) = 2 NH3(g)rH m /( kJmol1) 0 0 46.11S m /
23、(Jmol1K1) 191.50 130.57 192.34rH m = 2( 46.11)= 92.22 kJmol1rS m = 2192.34 3130.57 191.50 = 198.53 Jmol1K1rG m (673K)= rH m TrS m = 92.22 ( 198.53)103 = 41.39kJmol1K1Kln =RTGmr =67310314.839.413 = 7.397 ; K = 6.1310 4, 条件下的 PJ ,与 K 进行比较。(1) J1= 322022171)304(ppp =6.510 4 J1 K 反应逆向进行压力(J)时, 一定要用 压力,
24、currency1分 分“的单位要一, 单位用的是kPa, 的结果J 与K 进行比较,做 判断。(2) J2= 321875625)600(ppp =8.710 4 J2 K 逆向进行(3) J3= 322175725)100(ppp =1.010 5 J3 0, 不能用C Cu12 SiF4(g)、SiCl4(g)的标准生成吉布斯函数( mf G )分别为1506 569.8(kJmol1),试用说明为什么HF(g) 以fiflSiO2, HCl(g)则不能?: 4HF(g) + SiO2(g) = SiF4(g) + 2H2O(1)fG m /(kJ mol1) 273.22 856.67 1506 237.18rG m = 2 (237.18) + (1506)(856.67) 4 (273.22 ) = 30.81 kJmol1 10