工程化学2.doc

第2章化学热力学初步习题解答1计算下列系统的热力学能变化：（1）系统吸收了100J热量，并且系统对环境做了540J功。（2）系统放出了100J热量，并且环境对系统做了635J功。【解】热力学第一定律的计算。（1）（2）22.0molH2（设为理想气体）在恒温（298K）下，经过下列三种途径，从始态0.015m3膨胀到终态0.040m3，求各途径中气体所做的功。（1）自始态反抗100kPa的外压到终态；（2）自始态反抗200kPa的外压到中间状态，然后再反抗100kPa的外压到终态；（3）自始态可逆地膨胀到终态。【解】这是不同途径的体积功计算，比较可知，可逆膨胀所做的体积功最大。（1）（2），关键是确定中间态在下的体积：（3）3在和885下，分解1.0mol需耗热量165kJ。试计算此过程的、和。的分解反应式为：。【解】该题是热力学第一定律的应用，熟悉、和的关系。 120.69 635.1 393.5系统的标准摩尔焓变：系统对环境做功：等压热效应就是反应的焓变：内能变化值：4已知下列3个反应的焓变（标准态下），求反应的。（1），（2），（3），【解】该题是盖斯定律的应用。由(1)2(2)(3)，可推导出要求的反应式，故有：5利用附录二的数据，计算下列反应在298K时的。【解】该题目的是学习计算给定化学反应的焓变的方法。（1）（2）（3）（4）6阿波罗登月火箭用N2H4(l)作燃料，用N2O4(g)作氧化剂，燃烧后产生N2(g)和H2O(l)。写出配平的化学方程式，并计算1kg N2H4(l)燃烧后的。【解】其化学方程式为： 50.6 9.16 0 285.87已知下面两个热化学方程式，试求NO的标准生成焓。（1）（2）【解】该题考查盖斯定律的应用。先理解“生成焓”，然后再加上“标准态下”的生成焓，就是“标准生成焓”，注意生成物是1mol，不是1mol要换算成1mol。由(1)-(2)得： 两边同除以4得：则NO的标准生成焓：9预言下列过程系统的的符号：（1）水变成水蒸气；答：，正。水由液态变成水蒸气，混乱度增加。（2）气体等温膨胀；答：，正。气体等温膨胀，体积增大使气体分子的混乱度增加。（3）苯与甲苯相溶；答：，正。苯与甲苯相溶，两种分子的混乱度都增大。（4）盐从过饱和水溶液中结晶出来；答：，负。游离态的离子，从过饱和水溶液中结晶析出，混乱度减小。（5）渗透；答：，正。渗透溶液由于渗透作用使体积变大，电解质浓度变小，混乱度增加。（6）固体表面吸附气体。答：，负。气体分子被固定在吸附剂表面，运动受束缚，混乱度减小。10不查表，预测下列反应的熵值是增加还是减小？（1）（2）（3）（4）（5）【解】该题考查化学反应熵变的一般规律（参考教材P33P34）.（1）熵值减小。全是气体参与的反应，始态到终态气体的总量减小：（2）熵值增加。主要是气体的总量增加：，O3变成O2熵值减小，但作用次要。（3）熵值增加。主要是气体的总量增加：。（4）熵值减小。反应中气体变成化合物固体的成分，气体总量减小：（5）熵值减小。反应前后气体体积总量不变，但两个单质变成化合物，属于熵值减小过程。11计算下列过程中系统的熵变。已知NaCl的熔化热=34.4kJmol-1；O2的汽化热为 =6.82 kJmol-1。（下角标：fus：fusion，熔化；vap：vaporization，汽化）（1）1molNaCl在其熔点804下熔融。已知NaCl的熔化热为34.4。【解】熔点的温度就是由非自发向自发方向转化的温度。（2）2mol液态O2在其沸点183下汽化。已知O2的汽化热为40.6。【解】12水在0的熔化热是6.02，它在100的汽化热是40.6。1mol水在熔化和汽化时的熵变各是多少？为什么？【解】水在0的熔化和100的汽化，都是其两相状态共存的平衡过程，即。（1）1mol水在熔化时的熵变：（2）1mol水在汽化时的熵变：比较上述结果，。因为气态水比液体水混乱度大得多，所以熵变值大；而液体水比固态水混乱度稍大一些，其熵变值相对来说就小一些。131mol水在其沸点100下汽化，求该过程的,和。水的汽化热为2.26。【解】水的汽化过程式：由于是平衡状态，所以：14利用附录二的数据，判断下列反应在25和标准态下能否自发进行？第（4）题为第16题（1）（2）（3）（4）【解】该题考查吉布斯自由能的应用，反应的自由能变的正负性，是判断能否进行的依据。（1）（2）（3）（4）从计算结果可知，（2）式不能自发进行，（1）（3）（4）均可自发进行。15下列说法是否正确？若不正确应如何改正？（1）放热反应都能自发进行。答：错，放热反应不一定都自发进行，只有才自发进行。（2）熵值变大的反应都能自发进行。答：错，熵值变大的反应不一定都自发进行，只有才自发进行。（3）0的反应都能自发进行。答：错，在标准状态下成立，但在非标准状态下，只有0时反应才会自发进行。（4）指定单质规定它的，。答：错，指定单质的，规定只有在0K时，纯物质的完整晶体的熵值才等于0。（5）生成物的分子数比反应物多，该反应的必是正值。答：错，对于有气体参与的反应，气体生成物的分子数比反应物多，则必是正值。17已知下列三个反应及其焓变，问在标准状态下哪些反应在任何温度下都能自发进行？哪些只在高温或只在低温下自发进行？（1）（2）（3）【解】提示：判定反应是否自发进行的判据是的正负性，依据计算。（1），要使0，则必须，即，在高温下反应自发进行。（2），要使0，则必须，即，在低温下反应自发进行。（3），无论在任何温度下上式都成立，即反应在任何温度下都能自发进行。18CO是汽车尾气的主要污染源，有人设想以加热分解的方法来消除它，试从热力学角度判断该法能否实现：【解】 110.5 0 0 197.6 5.73 205.3由于0，0，所以在如何温度下0，反应不能自发进行，上述设想不现实。19蔗糖在新陈代谢过程中所发生的总反应可写成如下式，假定有25%的反应热转化为有用功，试计算体重为65kg的人登上3000m高的山，需消耗多少蔗糖？已知(C12H22O11)=2222kJmol-1。【解】方法提要：（1）先求1mol蔗糖在人体内消化后放出的能量（2）然后计算体重65kg的人登上3000m高山需要的能量：（3）最后求需要多少蔗糖的相对分子质量，需要的蔗糖质量为： 20如果想在标准压力下将CaCO3分解为CaO和CO2，试估计进行这个反应的最低温度。【解】 120.69 635.1 393.5 92.9 39.7 213.6要使反应自发进行，则必须使：0，即：21利用附录二的数据，判断下列反应：（1）在25下能否自发进行？（2）在360下能否自发进行？（3）求该反应能自发进行的最低温度。【解】查表，将各物质的热化学数据列于热化学方程式的下方： （1）在298K下，可用两种方法计算，反应非自发进行。定义式法：（仅限298K时）标准熵法：（2）在下，计算，所以反应自发进行。0（3）要使反应自发进行，必须使：即：，得22利用附录二的数据，估算乙醇和溴的沸点。【解】提示：这是两个物质聚集状态发生变化的过程，采用标准熵法进行估算。（1）估算乙醇的沸点；（2）估算乙醇的沸点；23遇热首先失去5个结晶水，如果继续升高温度，还会分解为和。试用热力学原理估算这两步的分解温度。【解】提示，根据标准熵法，求转化温度。（1）求遇热失去结晶水的最低温度则：（2）求遇高温分解的最低温度： 24含结晶水的盐暴露在大气中逐渐失去结晶水的过程称为风化。试判断：（1）在298K和标准态下是否会风化？（2）在298K和空气相对湿度为60%时，是否会风化？的风化过程可用如下反应式来表示：已知：的；的。【解】标准态下直接计算，非