1、1第二章 化学热力学基础本章总目标：1：掌握四个重要的热力学函数及相关的计算。2：会用盖斯定律进行计算。3：理解化学反应等温式的含义，初步学会用吉布斯自由能变化去判断化学反应的方向。各小节目标：第一节：热力学第一定律了解与化学热力学有关的十个基本概念（敞开体系、封闭体系、孤立体系、环境、状态、状态函数、过程、途径、体积功、热力学能） ，掌握热力学第一定律的内容（U=Q-W）和计算。第二节：热化学1：掌握化学反应热的相关概念：反应热指恒压或恒容而且体系只做体积功不做其它功的条件下，当 1一个化学反应发生后，若使产物的温度回到反应物的起始温度，这时体系放出或吸收的热量称为反应热。 （） 。标准生成
2、热某温度下，由处于标准状态的各元素的指定单质生成标 2准状态的 1mol 某纯物质的热效应。符号 ,单位： 或 ） 。fmH1Jol1kJml燃烧热在 100kPa 的压强下 1mol 物质完全燃烧时的热效应。符号： 3；单位： 。cmH1kJol2：掌握恒容反应热U=Q v-W;恒压反应热 Qp=H恒容反应热和恒压反应热的关系： VnRT3：掌握盖斯定律内容及应用内容：一个化学反应若能分解成几步来完成，总反应的热效应等于各步 1反应的热效应之和。学会书写热化学方程式并从键能估算反应热。 22第三节：化学反应的方向1：了解化学热力学中的四个状态函数热力学能、焓、熵、吉布斯自由能。2：重点掌握吉
3、赫公式 的意义及计算。rmrrmGHTS3;建立混乱度、标准摩尔反应焓、标准摩尔反应自由能和标准熵以及标准摩尔反应熵的概念，并学会对化学反应的方向和限度做初步的讨论会运用吉布斯自由能判断反应的自发性。 习题一 选择题1.如果反应的 H 为正值，要它成为自发过程必须满足的条件是（ ）A. S 为正值，高温 B. S 为正值，低温C. S 为负值，高温 D. S 为负值，低温2.已知某反应为升温时 rG0 值减小，则下列情况与其相符的是（ ）A. rS00 C. rH00 D. rH003.该死定律认为化学反应的热效应与途径无关。这是因为反应处在（ ）(无机化学例题与习题吉大版)A.可逆条件下进行
4、 B. 恒压无非体积功件下进行 C. 恒容无非体积功件下进行 D.以上 B,C 都正确4.在 298K 时反应 H2（g）+1/2O 2（g）=H 2O（g）的 Qp 和 Qv 之差（KJ/mol ）是（ ）A.-3.7 B.3.7 C.1.2 D.-1.25.冰的熔化热为330.5KJ/mol，0 0C时将1.00g水凝结为同温度的冰，其 S为（ ）(无机化学例题与习题吉大版)A.-330.5Jmol -1K-1 B.-1.21Jmol -1K-1 C .0 D.+1.21Jmol -1K-16.下列变化为绝热过程的是（ ）(无机化学例题与习题吉大版)A.体系温度不变 B.体系不从环境吸收热
5、量C.体系与环境无热量交换 D.体系的内能保持不变7.某反应在 298K 时的 Kc1=5，398K 时 Kc2=11，则反应的 rH0 值为（ ）A0 B. 0 C.于 0 D.不一定8. 298K 时 A+B C+D 的 rG0=-10KJ/mol.已知：298K 时 A,B,C，D 皆为3气体，当由等物质的量的 A 和 B 开始反应时，则达到平衡时混合物中（ ）A .C 和 D B. A 和 BC . A 和 B、C 及 D 都有，A 和 B 的量大于 C 和 D 的量D. A 和 B、C 及 D 都有，但 C 和 D 的量大于 A 和 B 的量9.热化学方程式：Zn（S）+1/2O 2
6、（g）=ZnO （s） rH10=-348.3KJ/mol2Hg(1)+O2（g ）=2HgO （s） rH20=-181.6KJ/mol则反应：Zn（s）+HgO（s）=ZnO（s）+Hg（l）的 rH0（ ）A.166.7KJ/mol B.-257.5KJ/mol C.439.1KJ/mol D. -529.9KJ/mol10. 若 298K 时，HCO 3-（aq）和 CO32-（aq）的 fG0-587.06 KJ/mol 和-528.10KJ/mol，则反应 HCO3-（aq） H+（aq）+CO 32-（aq ）的 rG0 常数分别为（ ）A. 1115.16KJ/mol 和 4.
7、710-11 B. 58.96KJ/mol 和 4.710-11C. -58.96KJ/mol 和 4.710-11 D. 58.96KJ/mol 和-4.710 -1211.298K 时，标准熵减少最多的是（ ）A.H 2(g)+Br2(l) = 2HBr(g) B.2N2H4(l) + N2O4(l) = 3N2(g) +4H2O(l)C.N2(g) +3H2(g) = 2NH3(g) D.2N2 + O2(g) = 2N2O(g)12.AgCl 的标准生成自由能 为109.5kJmol 1 则反应：G2AgCl(s) = 2Ag(s) + Cl2(g)的 为（ ）GA.219KJmol
8、1 B.109.5KJmol 1 C.109.5 KJmol1 D.+219KJmol113.下列叙述中正确的是（ ）A.焓是状态函数，也是强度性质B.焓是为了研究问题方便而引入的一个物理量C.焓可以认为就是体系所含的热量D.封闭体系不做其它功时， rH=Qp14.下列物质中，标准摩尔熵最大的是（ ）(无机化学例题与习题吉大版)A. MgF2 B. MgO C. MgSO4 D. MgCO315.某反应的 rH0=-122 KJmol1 ， rS0=-231 JK1 mol1 。则在标准状态下，4对此反应下列叙述正确的是（ ）A.在任何温度下均自发进行 B.在任何温度下均非自发进行C.仅在高温
9、下自发进行 D.仅在低温下自发进行16.液体沸腾过程中，下列几种物理量数值增加的是（ ）(无机化学例题与习题吉大版)A. 蒸汽压 B. 标准摩尔自由能 C. 标准摩尔熵 D.液体质量17.下列叙述中正确的是（ ）A. rH00 的反应总是自发进行的 B. 单质的 S0=0C. 单质的 fH0=0、 fG0=0 D. rH00、 rS0 0 的反应总是自发进行的18.下列物质中， fHm0 不等于零的是（ ）(无机化学例题与习题吉大版)A. Fe（s） B. C（石墨） C.Ne（g） D.Cl2（l） 19. 已知在298K时反应2N 2（g）+O 2（g）=2N 2O（g）的 rUm0为16
10、6.5 KJmol1 ，则该反应的 rHm0为（ ）(无机化学例题与习题吉大版)A.164 KJmol1 B.328KJmol1 C.146KJmol1 D.82KJmol120.将固体NH 4NO3溶于水中，溶液变冷，则该过程的 G， H， S的符号依次是（ ）(无机化学例题与习题吉大版)A.+，-，- B.+，+，- C.-， +，- D.-,+，+二 填空题1. 化学反应的等压热效应 Qp 与等容热效应 Qv 的关系，可用下式表示：Qp-Qv= nRT。它的应用条件是 。2.（1）对于 体系，自发过程熵一定是增加。（2）热力学体系的 过程，状态函数的变化一定为零。3.把 1000C，10
11、1.3KP a 下的 1mol 水向真空完全蒸发为同温、同压下的水蒸气，已知水的汽化热为 41KJ/mol，则 Gm0= ， Sm0= 。 （注：在等温过程中， Sm0=（Q/T ）可逆）4.2molHg（l）在沸点温度（630K）蒸发过程中所吸收的热量为 109.12KJ。则汞的标准摩尔蒸发焓 vapHm0= ；该过程对环境做功 W= ， U= ， S= ， G= 。(无机化学例题与习题吉大版)5.1mol 液态的苯完全燃烧生成 CO2（g）和 H2O（ l） ，则该反应的 Qp 与 Qv 的差值为 KJ/mol（温度为25 0C）(无机化学例题与习题 吉大版)56.下列反应（1）C（s ）
12、+O 2（g）=CO 2（g）（2）2CO（g）+O 2（g）=2CO 2（g）（3）NH 4Cl（s）=NH 3（g）+HCl（g）（4）CaCO 3（s）=CaO（s ）+CO 2（g）则按 rSm0减小的顺序为 。(无机化学例题与习题吉大版)7.常温常压下，Zn 和 CuSO4 溶液在可逆电池中反应，放热 6.0KJ，则此过程的rS 为 ， rG为 。(无机化学例题与习题吉大版)8.已知反应CaCO 3（s）=CaO（s ）+CO 2（g）在298K 时 rGm0=130 KJ/mol，1200K时 rGm0=-15.3KJ/mol，则该反应的 rHm0为 ， rSm0为 。(无机化学例
13、题与习题吉大版)9.将下列物质按摩尔熵由小到大排列，其顺序为 。LiCl（s ） ； Li（s） ； Cl2（g） ； I2（g） ； Ne（g） 。(无机化学例题与习题吉大版)10.若3mol理想气体向真空膨胀，该过程的Q，W， U， H， S， G中不为零的是 。(无机化学例题与习题吉大版)三 问答题1.什么是焓？非恒压过程是否有焓变？有的话，等于什么？2.单斜硫和臭氧都是单质，它们的 fH0 否等于零？并说明理由？3.在气相反应中 rGm0 和 rGm 有何不同？在液体的正常沸点时，能否用rGm0=0 表示该体系达到平衡？为什么？ 4.已知三溴化硼在常温是液态，能否用其 298K 的 r
14、G0 去说明反应 BBr3（g）=B（s）+3/2Br 2（g）在常温是否可以自发进行？5.100g 铁粉在 25溶于盐酸生成氯化亚铁（FeCl 2） ， （1）这个反应在烧杯中发生；（2）这个反应在密闭贮瓶中发生；两种情况相比，哪个放热较多？简述理由。6.判断下列反应中，哪些是熵增加的过程，并说明理由。（1）I 2（s）I 2（g） （2）H 2O（s）H 2O（g） （3）H 2O（l）H 2（g）+1/2O 2（g） （4）2CO （g）+O 2（g）62CO 2（g）7.冰在室温下自动熔化成水，是熵增加起了主要作用的结果，这一说法是否恰当，为什么？8. rHo= fHo（产物）- fH
15、o（反应物） ，为什么反应热的单位与 rHo 相同，皆是 KJ/mol？9.在标准状态下，下列各组内反应的等压热效应是否相同？说明理由。（1）N 2（g）+ 3H 2（g）=2NH 3（g） 1/2N2（g）+ 3/2H2（g）=NH 3（g）（2）H 2（g）+Br 2（g）=2HBr（g） H2（g）+Br 2（l ）=2HBr （g）四 计算题1.已知 C（s ） +O2（g）=CO 2（g） ， rH0= -393KJ/molH2（g）+1/2O 2（g）=H 2O（l） ， rHo=-283KJ/molCH4（g）+2O 2（g）=CO 2（g）+2H 2O（2） rH0= -890
16、KJ/mol求反应：C （s ）+2H 2（g）=CH 4（g）的 rH0=?2. 已知下列数据 (无机化学例题与习题吉大版) H (Sn，白) = 0fm H (Sn，灰) = 2.1kJmolf 1S (Sn，白) = 51.5Jk molm1S (Sn，灰) = 44.3Jk mol 1求 Sn（白）与 Sn（灰）的相变温度。3.下表是 298K 时四种物质的 fH0、 f G0 和 S0（数据不全）：fH0（KJ/mol） fG0（KJ/mol ） S0（JK -1mol-1）CO（g） -110.5 -137.3 197.9CO2（g） -393.5 -394.4 213.6H2O（
17、g） -241.8 -228.6 H2（g） 130.6（1） 只用此表中数据计算反应 H2O（g）+CO（ g）=H 2（g）+CO 2（g）的rH2980、 rG2980 和 rS2980（2） 试求 H2O（g）在 298K 的标准熵。74. 查表求298K时下列反应的反应热 (无机化学例题与习题 吉大版)（1） 3NO2(g) + H2O(l) 2HNO 3(l) + NO(g)（2） CuO(s) + H2(g) Cu(s) + H 2O(g)5.指定 NH4Cl（s）分解产物的分压皆为 105Pa，试求 NH4Cl（s ）分解的最低温度。6.计算在 101.3KPa 下 CaCO3
18、（s）=CaO（s）+CO 2（g）的rH0、 rS0、 rG0，并计算反应自发进行的最低温度。7. 在一知弹式量热计中燃烧 0.20molH2（g）生成 H2O（l ） ，使量热计温度升高0.88K，当 0.010mol 甲苯在此量热计中燃烧时，量热计温度升高 0.615K，甲苯的燃烧反应为C7H8(l) + 9 O2(g) 7 CO 2(g) + 4H2O(l)求该反应的rH 。已知 H ( H2O，l ) = 285.8 kJmol (无机化学例mfm 1题与习题吉大版)8.在水的正常沸点温度， H0 蒸发为 40.58KJ/mol，假定 1mol/L 液体的体积可忽略，并假定水蒸气为理
19、想气体，计算在恒压 101325Pa 和 373K 下，lmol/ 水汽化的 Q、W 、 U、 S 和 G。9. 已知下列热化学反应 (无机化学例题与习题吉大版)Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO 2(g) rH = 27.61 kJmolm13Fe2O3(s) + 3CO(g) 2 Fe 3O4 (s) + CO2(g) rH = 27.61 kJmolFe3O4 (s) + CO(g) 3FeO(s) + CO 2(g) rH = + 38.07 kJmolm1求下列反应的反应热rH FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g)m10.计算 Mg
20、CO3(s) = MgO(s) + CO2(g)的 、 和 850K 时)98(KH)98(S的 已知： （KJmol 1 ） （Jmol 1 K1 ） )850(KG MgCO3(s) 1096 65.7MgO(s) 601.7 26.9CO2(g) 393 2148参考答案一 选择题1. A 2. B 3. D 4. A 5. B 6. C 7. B 8. D 9. B 10. B11.C 分析：对熵影响最大的是固、液态与气态间的转变，所以只要求出反应前后气体物质的量的变化值即可判断：(a)1（熵增加）(b)3（熵增加）(c)2（减小最多）(d)1（减小）12.D 分析：Ag(s) + 1
21、/2Cl 2(g) = AgCl(s) =109.5KJmol 1G所以所求 =(109.52)KJmol 1 G13.B 14.C 15.D 16.C 17.D 18.D 19.A 20.D二 填空题1.理想气体，只做膨胀功 2.（1）孤立 （2）循环3. 0；1.110 2Jmol-1K-1 4. vapHm0=54.56 KJmol1 W=10.48KJ U=98.64KJ S=173.2 JK-1 G=05.-3.72 6.（3）（4）（1）（2） 7. rS=-20.1 Jmol-1K-1 rG=-200KJ 8.178 KJmol1 ，161 Jmol -1K-1 9. Li（s）
22、 ； LiCl（s） ；Ne（g） ； Cl2（g） ； I2（g） 。910. S， G。 三 问答题1.答：焓用 H 表示，定义为 H=U+PV，是状态函数；非恒压过程中有焓变，H= U+ （PV ） 。 （恒压过程焓变 H= U+P V， H=Qp）2.答：它们的 fH0 不等于零。因为它们不是最稳定的单质。只有最稳定的单质如 O2（g）和斜方硫的 fH0 才等于零。3.答： rG0 是气相反应体系中各气态物质的分压均为标准压力时的摩尔吉布斯自由能变； rGm 则是各气态物质的压力为任何数值时的摩尔吉布斯自由能变。液体在正常沸点，即标准压力，温度下，气液达平衡时可用 rGm0=0表示该体
23、系达到平衡。4.答：不能。因为 rG0 是状态函数，与物质所处的状态有关，fG0（BBr 3，g）不等于 fG0（BBr 3，l） ，不能用 fG0（BBr 3，l）判断BBr3（ g）=B （s）+3/2Br 2（g）在常温下进行的可能性。5.答：第一种情况放热量为 Qp，第二种情况放热量为 Qv，由于 Qp=Qv+P V=Qv+ nRT， 因为变化过程有气体产生， n 为正值，所以Qp-Qv= nRT0，所以 QpQv。故第一种情况放热多于第二种情况。6.（1） ， （2） ， （3）都是熵增加，因为气体分子数增加。 （4）熵减少，因为气体分子数随反应而减少。7. 冰在室温下自动熔化成水时
24、，是一个吸热过程，但由于 （H 2O，s，298K） S （H 2O，l，298K）且 G0，所以冰在室温下自动熔化成水是熵增加起了S主要作用的结果。8.反应热和生成热的单位相同，因为按反应式所示的那些粒子的特定组合的基本单元数都是 1mol。9.（1）不相同。因为等压热效应 rH0 是容量性质，与体系中各物质的饿量有关。（2）不相同。因为等压热效应 rH0 是状态函数的改变量，与体系中各组分的聚集状态有关。10四 计算题1.解：（1）C（s ）+O 2（g）=CO 2（g） rH10（2）H 2（g）+1/2O 2（g） =H2O（l） rH20（3）CH 4(g)+2O2(g)=CO2(g
25、)+2H2O(l) rH30（4）C(s)+2H 2(g)=CH4(g) rH0得：（ 2）2+（1）-（3） C（s）+2H 2（g）=CH 4（g）即得（4）根据盖斯定律得： rH0=( rH10+2 rH20)- rH30= -393+2(-283)-(-890)=-69KJ/mol2.解：3.解：（1） H2O（g）+CO（g）=H 2（g）+CO 2（g）rH 2980=（-398.5）+0-（-241.8）-（-110.5 ）= -41.2KJ/molrG 2980=（-394.4）+0-（-137.3）-（-228.6 ）= -28.5KJ/molrS 2980=rH 0-rG 0/T=（-41.2）-（-28.5 ）/298=0.0426KJK-1mol-1=-42.6JK-1mol-1（2）S H2O（g） 0=SCO2（g） 0+SH2（g） 0-SCO（g） 0-S 2980=213.6+130.6-197.6-（-42.6）=188.9JK-1mol-14.解： （1）（2）
