大学化学 第一、二章习题课.pdf

习题课习题课 U Q W H U PV H U P V U ng RT 第一章重要公式第一章重要公式 热力学第一定律 焓及焓变 QP H Qv U 等压反应热 等容反应热 赫斯定律 H H1 H2 状态函数 U H S G 热力学标准状态 P 100 kPa C 1 mol dm 3 V Q mr TH mr TH mf TH V Q 1 说明下列符号的含义 答答 等容反应热 反应进度 温度T下 反应的摩尔焓变 数值等于等压反应热 mr TH 标准条件下 温度T时某物质的标准摩尔生成焓 mf TH 第一章习题解答第一章习题解答 mr TH 标准条件下 温度T时反应的摩尔焓变 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 等容或等温 不做有用功 等压 正确答案为 4 答答 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 mol L 1 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 为了比较方便 国际上规 定了物质的热力学标准态 3 热力学标准态的含义 为什么要确定热力学标准态 答答 MgO m H f 601 7 kJ mol 1 金属铝 镁在燃烧时 可以放出大量热 产生千度以上的高 温 而反应放出的热量能使硝酸盐分解产生O2 又加速镁 铝 的燃烧反应 使照明弹更加绚丽夺目 在其中 铝和镁作为还 原剂 氧气 硝酸钠和硝酸钡等作氧化剂 4 简述照明弹中的铝 镁 硝酸钠和硝酸钡等物质各 起什么作用 答答 32O Al m H f 1675 69 kJ mol 1 5 2 O2 C2H2 2CO2 H2O g mf H kJ mol 1 0 226 7 393 5 241 8 5 通过计算说明 氧 乙炔焰为什么可以用于金属焊接和切割 答答 2 393 5 241 82 226 7 0 1255 5 kJ mol 1 m H r 因反应放出大量热因反应放出大量热 可以熔化金属 所以可用于焊接或切割金属 可以熔化金属 所以可用于焊接或切割金属 mf H 生成物 反应物 mf H m H r 6 通过计算说明 为什么称硼的氢化物 硼烷 硅的氢 化物 硅烷 是高能燃料 已知B2H6 g 的 36 56 kJ mol 1 B2O3 s 的 1132 55 kJ mol 1 SiH4 g 的 34 31 kJ mol 1 SiO2 s 的 910 7kJ mol 1 m H f m H f mf H m H f B2H6 g 3O2 g B2O3 s 3H2O g mf H kJ mol 1 36 56 0 1132 55 241 82 mf H kJ mol 1 34 31 0 910 7 241 82 1132 55 3 241 82 36 56 0 1894 57 kJ mol 1 m H r 910 7 2 241 82 34 31 0 1427 25 kJ mol 1 m H r 答答 SiH4 g 2O2 g SiO2 s 2H2O g 上述两个反应都放出大量热 因此B2H6 g 和SiH4 g 可以作为高能燃料 7 已知下列反应的化学反应热 C 石墨 O2 g CO2 g rHm 1 393 5 kJ mol 1 H2 g 1 2 O2 g H2O l rHm 2 285 8 kJ mol 1 C2H6 g 7 2 O2 g 2CO2 g 3H2O l rHm 3 1559 8 kJ mol 1 不用查表 计算由石墨和氢气化合生成1mol C2H6 g 反应的 rHm 根据Hess定律 rHm C2H6 2 rHm 1 3 rHm 2 rHm 3 所以 rHm C2H6 2 393 5 3 285 8 1559 8 84 6 kJ mol 1 答答 8 在用硝石制硝酸时 下列反应同时发生 1 KNO3 s H2SO4 l KHSO4 s HNO3 g 2 2KNO3 s H2SO4 l K2SO4 s 2HNO3 g 制得的硝酸中80 是由反应 1 产生的 20 是由反应 2 产生 的 问在25 制取1kg HNO3 g 时将放出多少热量 已知KNO3 H2SO4 KHSO4 HNO3 g K2SO4的标准生成焓依次为 494 63 813 99 1160 6 135 6 1437 79 kJ mol 1 答答 KNO3 s H2SO4 l KHSO4 s HNO3 g kJ mol 1 469 63 813 99 1160 6 135 6 mf H 1160 6 135 6 494 63 813 99 1344 36 kJ mol 1 1 mrH mf H 生成物 反应物 mf H m H r 2KNO3 s H2SO4 l K2SO4 s 2HNO3 g mf H kJ mol 1 469 63 813 99 1437 79 135 6 2 mrH 1437 79 2 135 6 2 469 63 813 99 1041 32 kJ mol 1 HNO3的相对分子量为63 1 kg HNO3的物质的量n 1000 63 15 9mol 制取制取1 kg HNO3 g 时的反应热为时的反应热为 14 kgkJ1004 232 10419 15 2036 13449 15 80 9 甘油三油酸脂是一种典型的脂肪 当它在人体内代谢 时发生下列反应 C57H104O6 s 80 O2 g 57CO2 g 52H2O l 该反应的 3 35 104 kJ mol 1 问如以当代男大 学生平均每人每日耗能10125 3kJ 且以完全消耗这种脂肪来 计算 每天需消耗多少脂肪 mr H 每天消耗脂肪物质的量 mol 302 0 33500 3 101253 10125 mrH n 该脂肪相对分子量为884 每天消耗脂肪的质量为 0 30 884 267 0 g 答答 10 葡萄糖 C6H12O6 完全燃烧反应的方程式为 C6H12O6 s 6O2 g 6CO2 g 6H2O l 该反应的 2820 kJ mol 1 当葡萄糖在人体内氧化时 上述反应热的约40 可用于肌肉活动的能量 试计算一匙葡 萄糖 以3 8g计 在人体内氧化时 可获得的肌肉活动能量 mrH 答答 葡萄糖相对分子量为180 一匙葡萄糖 3 8g 的物质的量为 3 8 180 0 021 mol 一匙葡萄糖被氧化放出的热量为 m H r 021 0 0 021 2820 59 2 kJ 可获得的肌肉活动能量 59 2 40 23 7 kJ 11 辛烷是汽油的主要成分 根据附录的有关数据计算 下列两个反应的热效应 并从计算结果比较可以得到什么 结论 已知 C8H18 l 218 97 kJ mol 1 m H f 1 完全燃烧 完全燃烧 C8H18 l O2 g CO2 g H2O l 2 不完全燃烧 不完全燃烧 C8H18 l O2 g C s H2O l 答答 据附录查得下列物质C8H18 l O2 g CO2 g C s H2O l 的标准生成焓变分别为218 97 kJ mol 1 0 393 5 kJ mol 1 0 285 83 kJ mol 1 mf H 生成物 反应物 mf H m H r C8H18 l 25 2 O2 g 8CO2 g 9H2O l m H f kJ mol 1 218 97 0 393 5 285 83 1 m H r 8 393 5 9 285 83 0 218 97 5105 41 kJ mol 1 C8H18 l 9 2 O2 g 8C s 9H2O l kJ mol 1 218 97 0 0 285 83 m H f 2 m H r 0 9 285 83 0 218 97 2353 5 kJ mol 1 1 m H r 2 m H r 结论 完全燃烧放热量大 结论 完全燃烧放热量大 S S G H T S 熵及熵变 平衡常数 G H TS S pure 0K 0 吉布斯函数 热力学第三定律 热力学第二定律 克劳修斯或开尔文表述克劳修斯或开尔文表述 K PDeq P d PEeq P e PAeq P a PBeq P b lnK rG m T RT G T RT lnJ K K 与与 G的关系的关系 K 与与T的关系的关系 K T2 K T1 H T R ln 1 T2 T1 1 第二章重要公式第二章重要公式 第二章习题解答第二章习题解答 答答 1 下列说法是否正确 如不正确 请说明原因 1 因为 H 而 H与变化途径无关 H是状态函数 所以 也是状态函数 V q V q 错 H是状态函数 但是焓变 H 不是状态函数 H只是数值关系 V q mf H mfG m S 错 因 H 和 G 的绝对值还无法得到 因此采用相对值 根据定义 最稳定单质的 和 都为零 而S有绝对值 除完美晶体在 0K时的熵等于0外 其它条件下的熵 包括标准熵 皆不为零 但离 子的熵也是相对值 是以氢离子为相对标准 H 的 0 2 单质的标准生成焓 和标准生成吉布斯函数变 都为零 因此标准熵 也为零 mfG m S mf H 答答 答答 3 对于纯固 液 气态物质而言 100kPa 298K是其标准 态 对 虽然热力学标准态不指定温度 但是任何温度都有其对应的标准态 答答 答答 4 H S G都与温度有关 但 H S G都与温度关系 不大 5 等温等压条件下 用 就可以判断任何一个化学反应的 方向 mrG mrG mrG 错 等温等压条件下用 0 或 0 反应不能自发进行 但其平衡常数并不等于零 mrG 0 只能说明在标准态下 过程不能自发进行 在非标准 态下 而且 又不是很大时 不能用于判断反应方向 可逆反 应平衡常数都不应为零 mrG mrG 答答 2 选择题 将正确答案的标号填入空格内 1 下列物理量属于状态函数的是 T p V W H H S G 正确答案为 因为系统 H 0 S 0 正确答案为 答答 2 生产水煤气的反应为 C s H2O g CO g H2 g 该反应的 131 3 kJ mol 1 则该反应在标准状 态下 低温下正向不自发 高温下正向自发 低温下正向自发 高温下正向不自发 任何温度下正向都自发 任何温度下 正向都不自发 mrH 答答 3 不用查表 将下列物质按标准熵值 由大到小的顺序排列 1 Si s 2 Br l 3 Br g m S 3 m S 2 m S 1 m S 4 给出下列过程的 的正负号 或零 1 电解水生成H2和O2 2 H2O g H2O 3 H2O l H2O s mrG mrH mrS 273K 268K 答答 mrG mrH mrS 1 2 3 答答 5 SiC是耐高温材料 问以硅石 SiO2 为原料 在标准状 态和298K时能否制得SiC SiO2 C SiC O2 kJ mol 1 856 67 0 62 76 0 mf G 1 molJk91 793 67 856 76 62 mrG 结论 不能在此条件下制备结论 不能在此条件下制备SiC 答答 6 由二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法 1 MnO2 s 2H2 g Mn s 2H2O g 2 MnO2 s 2 C s Mn s 2CO g 37 22 kJ mol 1 94 96J mol 1 K 1 mrH mrS 299 8 kJ mol 1 363 3J mol 1 K 1 mrH mrS 试通过计算确定上述两个反应在298K 标态下的反应方向 如果考虑工作温度越低越好 则采用那种方法较好 1 MnO2 s 2H2 g Mn s 2H2O g 2 MnO2 s 2 C s Mn s 2CO g 37 22 298 94 96 10 3 8 922 kJ mol 1 mrG mrH mrS T 299 8 298 363 3 10 3 191 5 kJ mol 1 mrG mrH mrS T 上述两个反应的 均大于0 所以298K 100 kPa下反应都不能自 发正向进行 mrG K m S r m H r T95 391 3 1096 94 22 37 1 转 2 825 3 103 363 8 299 2 转 T 若考虑工作温度越低越好 易采用方程 若考虑工作温度越低越好 易采用方程 1 的方法 的方法 答答 7 汞的冶炼可采用朱砂 HgS 在空气中灼烧 2HgS s 3O2 g 2HgO s 2SO2 g 而炉中生成的HgO又将按下式分解 2HgO s 2Hg g O2 g 试估算炉内的灼烧温度不得低于多少时 才可以得到Hg g 查表得查表得 2HgS s 3O2 2HgO 2SO2 1 molJk34 6590 2 58 2 83 90 2 04 297 2 mrH 已知HgS s HgO s 的 分别是 58 2 kJ mol 1 90 83 kJ mol 1 分别是 50 6 58 56 kJ mol 1 分别是82 4 J mol 1 K 1和70 29 J mol 1 K 1 mf H mfG m S 11K molJ09 1434 82203 205329 70211 2482 mrS kJ mol 1 58 2 0 90 83 297 04 mf H J mol 1 K 1 82 4 205 03 70 29 248 11 m S 0 0 0 低温非自发 高温自发 mrH mrS K29 734 1015 414 0 304 3 mr mr S H T转 结论 结论 当升温至T 740 29K 时 反应由非自发转变为自发进行 所以 当所以 当740 29K T 4607 77K时 才可得到时 才可得到Hg g 答答 8 汽车尾气中含有CO 能否用热分解的途径消除它 已知 热分解反应为CO g C s O2 g 该反应的 110 5 kJ mol 1 89J mol 1 K 1 mrH mrS 因为 此反应 0 0 很小 9 5 10 25 平衡产率很低 故不能用热解法除 CO mrS mrG mrH mrS T mrG mrH 1 molkJ173 0K 298 mrG K 9 在298K 100kPa条件下 金刚石和石墨的标准熵分别为 2 45 J mol 1 K 1和5 71 J mol 1 K 1 它们的燃烧反应热分别为 395 40 kJ mol 1和 393 51 kJ mol 1 试求 1 在298K 100kPa条件下 石墨变成金刚石的 2 说明在上述条件下 石墨和金刚石那种晶型较为稳定 mrG 答答 m 金刚石S m 石墨S已知 5 71J mol 1 K 1 2 45 J mol 1 K 1 C 石墨 O2 g CO2 g C 金刚石 O2 g CO2 g 1 mrH 39351 kJ mol 1 2 mrH 395 40 kJ mol 1 方程 1 方程 2 得方程 3 C 石墨 C 金刚石 根据Hess定律 该反应焓 2 mrH 3 mrH 1 mrH 393 51 395 40 1 89 kJ mol 1 mrG mrH mrS T 1 89 298 3 26 10 3 2 86 kJ mol 1 mrS 2 45 5 71 3 26 J mol 1 K 1 因为因为 0 mrG 所以在所以在298K 100kPa下下 石墨较稳定石墨较稳定 答答 10 计算合成氨反应 N2 g 3H2 g 2NH3 g 在673K时的标准平 衡常数 并指出在673K 下列三种情况下反应向何方向进行 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 首先用热力学数据 求出 K 查表得查表得 N2 g 3H2 g 2NH3 g kJ mol 1 0 0 46 11 mf H J mol 1 K 1 191 50 130 57 192 34 m S mrH 2 46 11 92 22 kJ mol 1 mrS 2 192 34 3 130 57 191 50 198 53 J mol 1 K 1 mrG mrH mrS T 92 22 198 53 10 3 41 39kJ mol 1 K 1 Kln RT m G r 397 7 673 3 10314 8 39 41 P J K 6 13 10 4 再求出各条件下的 与 进行比较 K 3 2 2022171 304 pp p 1 J1 6 5 10 4 J1 所以反应逆向进行 K 在计算压力商 J 时 各项一定要用相对压力 而且注意分子和分 母的单位要一致 在此单位用的是kPa 得出的结果J 与 进行比较 后 做出判断 K 3 1875625 2 600 pp p 2 J2 8 7 10 4 J2 所以反应逆向进行 K 3 2175725 2 100 pp p 3 J3 1 0 10 5 J3 所以反应正向进行 K 答答 11 试通过计算说明1000K时能否用碳将Fe2O3 Cr2O3和CuO中 的金属还原出来 1 2Fe2O3 3C 4Fe 3CO2 kJ mol 1 824 25 0 0 393 51 mf H J mol 1 K 1 87 40 5 74 27 28 213 64 m S 3 393 51 2 824 25 467 97 kJ mol 1 mrH 3 213 64 4 27 28 3 5 74 2 87 40 558 02 J mol 1 K 1 mrS 467 97 1000 558 02 10 3 90 23 kJ mol 1 mrG mrH mrS T 因为 0 所以不可用C还原出Cr mrG 3 2CuO C 2Cu CO2 mf H kJ mol 1 157 32 0 0 393 51 m S J mol 1 K 1 48 63 5 74 33 15 213 64 mrH 393 51 2 157 32 78 87 J mol 1 mrS 213 64 2 33 15 5 74 2 48 63 176 94 J mol 1 K 1 mrG mrH mrS T 1495 17 1000 176 94 10 3 255 81kJ mol 1 因为 0 所以可用C还原出Cu mrG 答答 12 已知SiF4 g SiCl4 g 的标准生成吉布斯函数 分别为 1506和 569 8 kJ mol 1 试用计算说 明为什么HF g 可以腐蚀SiO2 而HCl g 则不能 mfG 4HF g SiO2 g SiF4 g 2H2O 1 mfG kJ mol 1 273 22 856 67 1506 237 18 mrG 2 237 18 1506 856 67 4 273 22 30 81 kJ mol 1 mrG 0 所以反应不可正向进行 HCl不可被用来腐蚀SiO2 2 237 18 569 8 85