大学无机化学第二章试题及答案.doc

1 第二章第二章 化学热力学基础化学热力学基础 本章总目标本章总目标 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 fm H 1 Jmol 1 kJmol 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 cm H 1 kJmol 2 掌握恒容反应热 U Qv W 恒压反应热 Qp H 恒容反应热和恒压反应热的关系 pV QQnRT 3 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 2 2 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 赫公式的意义及计算 rmrmrm GHTS 3 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 rH0 0 D rH0 0 3 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 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 2O2 g H2O g 的 Qp 和 Qv 之差 KJ mol 是 A 3 7 B 3 7 C 1 2 D 1 2 5 冰的熔化热为330 5KJ mol 00C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 1 6 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 A 0 B 0 C 于 0 D 不一定 8 298K 时 A BC 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 B C 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 2O2 g ZnO s rH10 348 3KJ mol 2Hg 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 mol 10 若 298K 时 HCO3 aq 和 CO32 aq 的 fG0 587 06 KJ mol 和 528 10KJ mol 则反应 HCO3 aq H aq CO32 aq 的 rG0常数分别 为 A 1115 16KJ mol 和 4 7 10 11 B 58 96KJ mol 和 4 7 10 11 C 58 96KJ mol 和 4 7 10 11 D 58 96KJ mol 和 4 7 10 12 11 298K 时 标准熵减少最多的是 A H2 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 5kJ mol 1则反应 G 2AgCl s 2Ag s Cl2 g 的为 G A 219KJ mol 1 B 109 5KJ mol 1 C 109 5 KJ mol 1 D 219KJ mol 1 13 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 Qp 14 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 MgCO3 15 某反应的rH0 122 KJ mol 1 rS0 231 J K 1 mol 1 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 rH0 0 的反应总是自发进行的 B 单质的S0 0 C 单质的fH0 0 fG0 0 D rH0 0 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2N2 g O2 g 2N2O g 的rUm0为166 5 KJ mol 1 则该反应的rHm0为 无机化学例题与习题 吉大版 A 164 KJ mol 1 B 328KJ mol 1 C 146KJ mol 1 D 82KJ mol 1 20 将固体NH4NO3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 101 3KPa 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250C 无机化学例题与习题 吉大版 5 6 下列反应 1 C s O2 g CO2 g 2 2CO g O2 g 2CO2 g 3 NH4Cl s NH3 g HCl g 4 CaCO3 s CaO s CO2 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CaCO3 s CaO s CO2 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rG0去说明反应 BBr3 g B s 3 2Br2 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 FeCl2 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 I2 s I2 g 2 H2O s H2O g 3 H2O l H2 g 1 2O2 g 4 2CO g O2 g 6 2CO2 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 fHo 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 N2 g 3H2 g 2NH3 g 1 2N2 g 3 2H2 g NH3 g 2 H2 g Br2 g 2HBr g H2 g Br2 l 2HBr g 四 计算题 1 已知 C s O2 g CO2 g rH0 393KJ mol H2 g 1 2O2 g H2O l rHo 283KJ mol CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O 2 rH0 890KJ mol 求反应 C s 2H2 g CH4 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 0 f m H Sn 灰 2 1kJ mol f m 1 S Sn 白 51 5J k mol m 1 1 S Sn 灰 44 3J k mol m 1 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 9 CO2 g 393 5 394 4 213 6 H2O 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 H2 g CO2 g 的 rH2980 rG2980和rS2980 2 试求 H2O g 在 298K 的标准熵 7 4 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 2HNO3 l NO g 2 CuO s H2 g Cu s H2O 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 s CaO s CO2 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 CO2 g 4H2O l 求该反应的 rH 已知 H H2O l 285 8 kJ mol 无机化学例 mf m 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 3CO2 g rH 27 61 kJ mol m 1 3Fe2O3 s 3CO g 2 Fe3O4 s CO2 g rH 27 61 kJ mol m 1 Fe3O4 s CO g 3FeO s CO2 g rH 38 07 kJ mol m 1 求下列反应的反应热 rH FeO s CO g Fe s CO2 g m 10 计算 MgCO3 s MgO s CO2 g 的 和 850K 时 298 KH 298 KS 的已知 KJ mol 1 J mol 1 K 1 850 KG H S MgCO3 s 1096 65 7 MgO s 601 7 26 9 CO2 g 393 214 8 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 B 11 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 2Cl2 g AgCl s 109 5KJ mol 1 G 所以所求 109 5 2 KJ mol 1 G 13 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 1 102Jmol 1K 1 4 vapHm0 54 56 KJ mol 1 W 10 48KJ U 98 64KJ S 173 2 J K 1 G 0 5 3 72 6 3 4 1 2 7 rS 20 1 Jmol 1K 1 rG 200KJ 8 178 KJ mol 1 161 Jmol 1K 1 9 Li s LiCl s Ne g Cl2 g I2 g 9 10 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 PV 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 BBr3 g 不等于fG0 BBr3 l 不能用fG0 BBr3 l 判断 BBr3 g B s 3 2Br2 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 n RT 因为变化过程有气体产生 n 为正值 所以 Qp Qv nRT 0 所以 Qp Qv 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 是一个吸热过程 但由于 H2O s 298K S H2O l 298K 且G 0 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 O2 g CO2 g rH10 2 H2 g 1 2O2 g H2O l rH20 3 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l rH30 4 C s 2H2 g CH4 g rH0 得 2 2 1 3 C s 2H2 g CH4 g 即得 4 根据盖斯定律得 rH0 rH10 2rH20 rH30 393 2 283 890 69KJ mol 2 解 3 解 1 H2O g CO g H2 g CO2 g rH2980 398 5 0 241 8 110 5 41 2KJ mol rG2980 394 4 0 137 3 228 6 28 5KJ mol rS2980 rH0 rG0 T 41 2 28 5 298 0 0426KJ K 1mol 1 42 6J K 1mol 1 2 SH2O g 0 SCO2 g 0 SH2 g 0 SCO g 0 S2980 213 6 130 6 197 6 42 6 188 9J K 1mol 1 4 解 1 2 11 5 解 NH4Cl s NH3 g HCl g rG0 fG0 产物 fG0 反应物 fGNH30 fGHCl0 fGNH4Cl0 16 5 95 4 203 91 1KJ mol 0 故 该反应不可自发进行 rH0 fHNH3