无机及分析化学课后习题第二章答案.doc

一选择题一选择题 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 与 最接近的是（ ） mrH mrG A. CCl4 (g) +2H2O (g) =CO2 (g) + 4HCl (g) B. CaO (s) +CO2 (g) =CaCO3 (s) C. Cu2+ (aq) + Zn (s) =Cu (s) + Zn2+ (aq) D. Na (s) +H2O (l) =Na+(aq)+H2 (g)+OH(aq) 解：选 C。 rmrmrmrmrmrm G H S S = 0 , G HT当时 反应 C 中反应物和生成物中无气体物质、物态也无变化，。 rm S值较小 3已知反应 2H2 (g) O2 (g)= 2H2O (g) 的 rHm 483.63 kJmol1，下列叙述正确的是（ ） A. fHm(H2O,g) 483.63 kJmol1 B. rHm 483.63 kJmol1 表示 = 1 mol 时系统的焓变 C. rHm 483.63 kJmol1 表示生成 1 mol H2O (g) 时系统的焓变 D. rHm 483.63 kJmol1 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 时表示该系统能量的减少，该反应为放热反应。 4下列反应可以表示的是（ ） -1 fm2 (CO ,g)=394.38 kJ molG A. C（石墨,s）+O2(g) = CO2(g) B. C（金刚石,s）+O2(g) = CO2(g) C. C（石墨,s）+O2(l) = CO2(l) D. C（石墨,s）+O2(g) = CO2(l) 解：选 A。B 错，C（金刚石，s）非参考状态单质，不符合标准状态下摩尔完全生成反应 定义；C 错，O2(l) 非参考状态单质,不符合标准状态下摩尔完全生成反应定义；CO2(l) 不符 rGm(CO2,g) 的定义所指定的产物；D 错，CO2(l) 不符 rGm(CO2,g) 的定义所 指定的产物。 5反应 MgO(s)+CO2(g)在高温下正向反应自发进行, 其逆反应在 298K 时(s)MgCO3 自发, 近似判断逆反应的与是（ ） m Hr m Sr A. 0, 0 B. 0, 0 mrH mrS mrH mrS C. 0, 0 D. 0, 0 mrH mrS mrH mrS 解：选 A。该反应有气体物质产生，故0。且高温自发，低温非自发，根据 m S r 判断结果应选 A。 rmrmrm G H S T 二、填空题二、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） mrmrmr 0:SHH）的化学反应系统且体积功（非体积功为等温，定压且系统只做 （2） mrmrmr 0:SHS）的化学反应系统且体积功（非体积功为等温，定压且系统只做 （3） rm: 0G等温、定压且系统只作体积功（非体积功为）的化学反应系统。 （4） rm 0G：标准状态下，等温、定压且系统只作体积功（非体积功为）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：rGm（T）= rHm（T）T rSm（T） 。若忽略温度对 rH和 rS的影响，则可得到该式的近似式： m m rmrmrm G H S T 三、简答题三、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。 ：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 mrH 应在定压条件下按照所给定的方程式完全反应，此时的反应热。 ：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。 mfH S：系统的状态函数，熵，代表系统的混乱度。 ：标准状态下，物质 B 的摩尔熵。 m S ：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。 mrS 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。 ：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。 mrG ：标准状态下，化学反应的吉布斯自由能变。 mrG ：标准摩尔生成反应的吉布斯自由能变。 mfG 2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N2(g ) 2 1 +H2(g)=NH3(g) ，二者的 rHm和 rGm是否相同？ 两者间有何关系？ 2 3 答：不相同，这些符号都与热力学方程式的写法有关。 rm,1rm,2 2HH rm,1rm,2 2GG 四、计算题四、计算题 1由附录查出 298 K 时有关的 数值，计算下列反应的（已知： fm H rm H ） 。 -1 fm24 (N H ,1)50.63 kJ molH （1） 24222 N H (l)+O (g)=N (g)+2H O(l) （2） 2222 1 H O(l)+O (g)=H O (g) 2 （3） 2222 H O (g)=H O (l) 不查表，根据上述 3 个反应的，计算下列反应的。 rm H rm H 242222 N H (l)+2H O (l)=N (g)+4H O(l) 解：（1）（3）2 得（4）（4）（2）2 即得所求式。 查表计算得 1 mr molkJ33.622) 1 ( , H 1 mr molkJ74.149)2( , H 1 mr molkJ50.51)3( , H 1 mr molkJ 8 . 8181 )4( , H 2甘氨酸二肽氧化反应为 248232222 3O (g)+C H N O (s)=H NCONH (s)+3CO (g)+2H O(l) -1-1 fm4823fm22 (C H N O ,s)745.25 kJ mol ;(H NCONH ,s)333.17 kJ molHH 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(C4H8N2O3,s)=-745.25kJmol-1 mfH (H2NCONH2,s)=-333.17kJmol-1 mfH (CO2,g)=-393.51kJmol-1 mfH (H2O,l)=-285.85kJmol-1 mfH 所以 3O2(g)+ C4H8N2O3(s)= H2NCONH2(s)+3 CO2(g) +2 H2O(l) =(H2NCONH2,s)+3(CO2,g)+2(H2O,l)- (C4H8N2O3,s) mfH mfH mfH mfH mfH =-1340.15 kJmol-1 （2）因为 M(C4H8N2O3)132gmol-1，所以 1g C4H8N2O3氧化时放热： (1340.1513)kJ10.15 kJ 3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，判断尿素能 rm G 否由二氧化碳和氨自发反应得来。反应： ， （ 已知 23222 CO (g)+2NH (g)=(NH ) CO(s)+H O(l) ） -1 fm22 (NH ) CO,s)197.15 kJ molG 解： 23222 rmfm22fm2fm2fm3 1111 1 CO (g)+2NH (g)=(NH ) CO(s)+H O(l) (NH ) CO,s)+(H O,l) (CO ,g)+2(NH ,g) ( 197.15kJ mol )( 237.14kJ mol ) ( 394.38kJ mol )2 ( 16.12kJ mol ) ( 434.29kJ mol )( GGGGG 1 rm2 426.62kJ mol ) 0,COG 反应自发进行，说明氨和能合成尿素。 4定压下苯和氧反应：。在 25和标准状态下，0.25 66222 15 C H (l)+O (g)=6CO (g)+3H O(l) 2 mo 液态苯与氧反应放热 816.91 kJ，求 1 mol 液态苯和氧反应时焓变和热力学能变。 解： 1 - mr molkJ64.3267 0.25mol 1mol kJ96.816 H 1 -3-1 - mr mr JkJ10K298K8.341Jmol 2 15 2 12 -kJ64.3267 nRTHU =3263.92kJ 5已知下列反应的标准摩尔焓 （1）C（石墨,s）+O2(g) = CO2(g) -1 rm,1 393.51 kJ molH （2） 222 1 H (g)+O (g)=H O(l) 2 -1 rm,2 285.85 kJ molH （3） 33222 7 CH COOCH (l)+O (g)=3CO (g)+3H O(l) 2 -1 rm,3 1788.2 kJ molH 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 3 ,2,1 ,33 33) l ,COOCHCH( mrmrmrmf HHHH =3（393.51kJmol1）+3（285.85kJmol1）（1788.2kJmol1） =249.88kJmol1 6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)+2CO2(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。 （各物质的溶解热可忽略， rm H 已知葡萄糖的） 1 fm6126 (C H O ,s)1274.4kJ molH 解：因为葡萄糖的全发酵过程的方程式可写为 C6H12O6 (s) = 2CH3CH2OH (l) + 2CO2 (g) 所以 rmfm32fm2fm6126 2(CH CH OH,l)2(CO ,g)(C H O ,s)HHHH =2（276.98 kJmol-1）+2（393.51 kJmol-1）（1274.4kJmol-1） =2615.38 kJmol-1 7液态乙醇的燃烧反应： 25222 C H OH(l)+3O (g)=2CO (g)+3H O(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 kJmol1 rmcm25 (C H OH,l)1366.75HH 则： M (C2H5OH) = 46 gmol-1，则 ，=2mol（1366.75kJmol1）=2733.5kJmol2 molg46 g92 1 H 8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 242422 2N H (l)+N O (g)=3N (g)+4H O(g) 利用有关数据，计算反应在 298 K 时的标准摩尔焓。若该反应的热能完全转变为使 rm H 100 kg 重物垂直升高的位能，试求此重物可达到的高度（已知： ） 。 -1 fm24 (N H ,l)50.63 kJ molH 解：根据反应 2N2H4 (l) N2O4 (g) = 3N2 (g) + 4H2O(g) 计算其反应的标准摩尔焓。 rm H rmfm2fm2fm24fm24 3(N ,g)4(H O,g)2(N H ,l)(N O ,g)HHHHH = 0+ 4（241.84kJmol1）250.63 kJmol19.66 kJmol1 = 1078.28 kJmol1 设重物可达到的高度为 h，则它的位能为 mgh = 100 kg9.8 ms2h=980 Nh 根据能量守恒定律980Nh=1078.3103J ， h=1100m 9植物体在光合作用中合成葡萄糖的反应可近似表示为 2261262 6CO (g)+6H O(l)=C H O (s)+6O (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） 。 -1 6126 mf mol-910.5kJs),OH(CG 解 ：6CO2 (g)6H2O（l）=C6H12O6 (g)+6O(g) l)O,(H6g),(CO6g),(O6s),OH(C 2 mf2 mf2 mf6126 mf mr GGGGG = -910.5 kJmol-1+06（394.38kJmol-1）6（237.14kJmol-1） = 2878.62 kJmol-1 10查教材附录数据计算 25时反应 的，指出该反应在 25 24226 C H (g)+H (g)=C H (g) rm G 和 100KPa 下的反应方向。 解 ：C2H4 (g)H2（g）=C2H6 (g) rmfm26fm2fm24 (C H ,g)(H ,g)(C H ,g)GGGG =32.86kJmol1068.15kJmol1 =101.01kJmol1 在 25和 100kPa 下，乙烯的加氢反应可以正向进行。 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。查教材附表根据数值 fm G 计算下列三种固氮反应的，从热力学角度判断选择哪个反应最好。 rm G （1） 22 N (g)+O (g)=2NO(g) （2） 222 2N (g)+O (g)=2N O(g) （3） 223 N (g)+3H (g)=2NH (g) 解：（1） N2 (g)O2（g）=2NO (g) )g,O()g,N()gNO,(2 2 mf2 mf mf m,1r GGGG =286.69 kJmol1-0-0 =173.38 kJmol1 （2） 2N2 (g)O2（g）=2N2O (g) )g,O()g,N(2)gO,N(2 2 mf2 mf2 mf m,2r GGGG = 2103.66 kJmol1 =207.32 kJmol1 （3） N2 (g)3H2（g）=2NH3 (g) rm,3fm3 2(NH ,g)GG =2（16.12 kJmol1） = 32.24 kJmol1 因为00只有0，所以选择（3） rm,1 G rm,2 G rm,3 G 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） 22 N (g)+O (g)=2NO(g) （2） 43322 NH HCO (s)=NH (g)+CO (g)+H O(g) （3） 3222 2NH (g)+3O (g)=NO (g)+NO(g)+3H O(g) （已知：；） 。 -1 fm43 (NH HCO ,s)849.4 kJmolH -11 m43 (NH HCO ,s)121 J molKS 解：（1）N2 (g)O2（g）=2NO (g) 11 - 2 mf2 mf mf m,1r mol74.180molkJ 90.372 )g,O()g,N()gNO,(2 HHHH 2210.77kJmol-1191.60 Jmol-1K-1205.14 Jmol-1