浙江大学工程化学第四章习题答案参考.doc

第4章 练习题答案第四章 化学反应与能源4. 1 热化学与能量转化练 习 题 (p. 136)1(1) a、b； (2) b、d； (3) c； (4) b。2 (1) DfHmy (298. 15 K)/kJmol-1 1207. 6 634. 9 393. 5DrHmy(298. 15 K) = (634. 9) + (393. 5) (1207. 6) kJmol-1 = 179. 2 kJmol-1DU = DH DnRT = 179.2 1 8. 314 1083. 15 103 kJmol-1 = 179. 2 kJmol-1 (2) DfHmy (298. 15 K)/kJmol-1 0 0 285. 8DrHmy(298. 15 K) = 2 (285. 8) 2 0 0 kJmol-1 = 571. 6 kJmol-1DU = DH DnRT = 571. 6 (3) 8. 314 298. 15 103 kJmol-1 = 564. 16 kJmol-1 (3) DfHmy (298. 15 K)/kJmol-1 74. 6 0 393. 5 241. 8DrHmy(298. 15 K) = (393. 5) + 2 (241. 8) (74. 6) kJmol-1 = 802. 5 kJmol-1DU = DH DnRT = 802. 5 1 8. 314 298. 15 103 kJmol-1 = 804. 98 kJmol-1 (4) DfHmy (298. 15 K)/kJmol-1 64. 8 0 153. 9 0DrHmy(298. 15 K) = (153. 9) + 0 64. 8 0 kJmol-1 = 218. 7 kJmol-1DU = DH DnRT = 218. 7 0 8. 314 298. 15 103 kJmol-1 = 218. 7 kJmol-1DU 与 DH 之间存在一定的差距，尤其是有气体参与的反应。3 Na2S(s) + 9 H2O(g) = Na2S9H2O(s)DfHmy/ kJmol-1 372. 86 241. 8 3 079. 41DrHmy(298. 15 K) = (3 079. 41) (372. 86) (241. 8)9 kJmol-1 = 530. 35 kJmol-1 1 kg Na2S 的物质的量：n = 1000 g / (22. 992 32. 07) gmol-1 = 12. 81 mol Q = Qp = DH = (530. 35 kJmol-1 )12. 81 mol = 6 794 kJ4 2 N2H4(l) + N2O4(g) = 3 N2(g) + 4 H2O(l)DfHmy / kJmol-1 50. 63 9. 66 0 285. 8DrHmy(298. 15 K) = (285. 8)4(50. 632 + 9. 66) kJmol-1 = 1254. 12 kJmol-132 g N2H4 的物质的量为：n = 32 g / (142+14) gmol-1 = 1. 0 mol1.0 mol N2H4 完全反应，其反应进度为 0. 5 mol，所以：Q = Qp = DH = 1254. 12 kJmol-10. 5 mol = 627. 06 kJ5 CaO(s) + H2O(l) = Ca2+(aq) + 2 OH(aq) DfHmy(298. 15 K)/ kJmol-1 634. 9 285. 8 542. 8 230. 0 DrHmy(298.15 K) = (542. 8) 2 (230. 0)(634. 9) + (285. 8) kJmol-1 = 82. 1 kJmol-1 罐头从 25 80 需吸收的热量： Q = Qp = DH = 400 JK-1 (8025) K = 22 000 J 设需 CaO 为 W 克，则其物质的量 n = W / (40. 08 + 16. 00) gmol-1 = Q / DrHmy(298. 15) 80% 所以 W = 22 000 / (82. 110380%) mol 56. 08 gmol-1 = 18. 76 g6 C6H6(l) + 15/2O2 (g) = 6 CO2 (g) + 3 H2O(l)DU = QV = 209. 2 kJDH = DU + DngRT = (209. 2 ) + ( 5 / 78 ) ( 6 7. 5) 8. 314 298. 15 103 kJ = 209. 4 kJ1 mol液态苯在弹式量热计中完全燃烧放热： Q = QV = (209. 2 ) ( 78 / 5 ) kJmol-1 = 3 263. 5 kJmol-17恒容反应热QV = DU，恒压反应热Qp = DH，当液体、固体相对于气体体积可以忽略且气体可以看作理想气体时有：DH = DU + DngRT。所以：(1) H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(g) Dng =0. 5， DH | QV |； (2) H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) Dng =1. 5， DH | QV |。8 Fe2O3(s) + 3 CO(g) = 2 Fe(s) + 3 CO2(g)DfHmy(298. 15 K)/kJmol-1 824. 2 110. 5 0 393. 5 DrHmy(298. 15 K) = 3 (393. 5) (824. 2) + 3(110. 5) kJmol-1 = 24. 8 kJmol-19 C5H12(l) + 8 O2 (g) = 5 CO2 (g) + 6 H2O(g)DfHmy (298. 15 K)/kJmol-1 149.9 0 393. 5 285. 8DrHmy(298. 15 K) = 5(393. 5) + 6(285. 8) (149. 9) kJmol-1= 3 532. 4 kJmol-1燃烧1克汽油所放出的热量： Q = 3 532. 4 kJmol-1 / 72 gmol-1 =49. 06 kJg-14. 2 化学反应的方向和限度练 习 题 (p. 145)1（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）。2（1）Sm H2O（s） Sm H2O（l） Sm H2O（g）（2）Sm (298. 15K) Sm (398. 15K) Sm (498. 15K)（3）同一温度下：Sm（Fe） Sm（FeO） Sm（Fe2O3）。3 C（s） + CO2（g）= 2 CO（g）DfGmy(298. 15 K)/ kJmol-1 0 394. 4 137. 2 DrGmy(298. 15 K) = 2 (137. 2) (394. 4) kJmol-1 = 120. 0 kJmol-14 CaCO3（s） = CaO（s） + CO2（g） DfHmy(298. 15 K)/ kJmol-1 1 207. 6 634. 9 393. 5 Smy(298. 15 K)/Jmol-1K-1 91. 7 38. 1 213. 8 DrHmy(298. 15 K) = (634. 9) (393. 5) (1 207. 6) kJmol-1 = 179. 2 kJmol-1 DrSmy (298. 15 K) = (38. 1 + 213. 8 91. 7) Jmol-1K-1 = 160. 2 Jmol-1K-1 rGmy (1 222 K) DrHmy (298. 15 K) TDrSmy (298. 15 K) = 179. 2 kJmol1 1 222 K 160. 2 Jmol-1K-1 = 16. 56 kJmol1rGmy (1 222 K) 0，能自发进行。5 SiO2(s) + 2 C(s) = Si(s) + 2 CO(g)DfHmy(298. 15K)/kJmol-1 910. 7 0 0 110. 5 Smy(298. 15 K)/Jmol-1K-1 41. 5 5. 7 18. 8 197. 7fGmy(298. 15K)/ kJmol-1 856. 3 0 0 137. 2D(1) DrHmy(298. 15 K) = 2(110. 5) (910. 7) kJmol-1 = 689. 7 kJmol-1D DrSmy(298. 15 K) = 2197. 7 + 18. 8 (41. 5 + 25. 7) Jmol-1K-1 = 361. 3 Jmol-1K-1 (2) DrGmy(298. 15 K) = 2(137. 2) (856. 3) kJmol-1 = 581. 9 kJmol-1或DDrGmy(298. 15 K) = DrHmy TrDSmy = 689. 7 298. 15 361. 3 10-3 kJmol-1 = 582. 0 kJmol-1 (3) D rGmy(1 000 K) 689. 71 000361. 3 10-3 kJmol-1 = 328. 4 kJmol-1 0 不能自发。 (4) 只有当 DrGmy = DrHmy TrDSmy DrHmy / DrSmy = (689. 7 103 / 361. 3) K = 1 909 K 6（1）大于零；（2）大于零；（3）小于零；（4）小于零。7 C(s) + H2O (g) = CO(s) + H2(g)DfHmy (298. 15K)/ kJmol-1 0 241. 8 110. 5 0 Smy(298. 15K)/ Jmol-1K-1 5. 7 188. 8 197. 7 130. 7DfGmy(298. 15K)/ kJmol-1 0 228. 6 137. 2 0(1) DrGmy(298. 15K) = (137. 2) (228. 6) kJmol-1 = 91. 4 kJmol-1 0 不能向正方向进行。(2) DrHmy(298. 15K) = (110. 5) (241. 8) kJmol-1 = 131. 3 kJmol-1 0 Dr Smy = 197. 7 + 130. 7 (188. 8 + 5. 7) Jmol-1K-1 = 133. 9 Jmol-1K-1 0 DrGmy = DrHmyTDr Smy 因此，升高温度能向正方向进行。(3) DrGmy = DrHmyTDr Smy = 0T = DrHmy / Dr Smy = (131. 3103 / 133. 9) K = 980. 6 K 8已知 DrHmy(298. 15) = 402. 0 kJmol-1，DrGmy = 345. 7 kJmol-1，则 298. 15 K时的 DrSmy(298. 15) 值可以从下式求出： DrHmy(298. 15)298. 15 K DrSmy(298. 15) = DrGmy(298. 15) DrSmy(298. 15) = DrHmy(298. 15)DrGmy(298. 15) / 298. 15 K = 402. 0 (345. 7) kJmol-1 / 298. 15 K = 0. 1888 Jmol-1K-1 当 DrGmy(T) = 0 时的温度可用下式表示： DrHmy(298. 15) TDrSmy(298. 15) 0 算得： T DrHmy(298. 15) / DrSmy(298. 15) = 402. 0 kJmol-1 / (0. 1888 Jmol-1K-1) = 2 129 K 当温度在2 129 K以下时，该反应均向正向进行，即CaO和SO3 的结合是可能的，所以高温下除去SO3 也是可能的。4. 3 化学平衡和反应速率练 习 题 (p. 160)1(1) （2）2降低温度，增加总压力3此反应随温度T升高，平衡常数 Ky 增大，从关系式： 可看出：DrHmy 必须是正值才能满足 T 增大 Ky 也增大，所以是吸热反应。4 FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g) 开始 0. 05 0. 05 平衡 0. 05x 0. 05 + x (0. 05 + x) / (0. 05x) = 0.5 x = 0.017 molL-1 平衡时：c(CO2) = 0. 033 molL-1， c(CO) = 0. 067 molL-15 Ea = 256. 9 kJmol-16 C2H4（g）+ H2O（g）C2H5OH（g）DfHmy(298. 15K)/ kJmol-1 52. 4 241. 8 277. 6DrHmy = (277. 6) (52. 4 241. 8) kJmol-1 = 88. 4 kJmol-1该反应为放热、总体积减小的反应，所以增大压力和采用适当较低温度有利于反应正向进行，可以采用适当催化剂，加速反应速度（弥补温度降低带来的不利）。7 2 NO2（g）2NO（g）+ O2（g）（1）因为该反应速率方程符合质量作用定律，所以正反应的速率方程式为：。DrHmy = 2 90. 4 2 33. 9 kJmol-1 = 113 kJmol-1Ea逆 Ea正 DrHmy = (114 113) kJmol-1 = 1 kJmol-1（2）正反应： 逆反应： 可见，温度升高，正、逆反应速率增加的倍数不同，这里显然正反应增加的倍数远远大于逆反应增加的倍数，说明温度升高使平衡向正反应方向，即向吸热反应方向移动。8 2 NO(g) + 2 CO(g) = N2(g) + 2 CO2(g)DfHmy(298. 15K)/kJmol-1 91. 3 110. 5 0 393. 5 Smy (298. 15K)/Jmol-1K-1 210. 8 197. 7 191. 6 213. 8DfGmy(298. 15)/kJmol-1 87. 6 137. 2 0 394. 4(1) 298. 15 K时： DrHmy = 2 (393. 5) 2 91. 3 2 (110. 5) kJmol-1 = 748. 6 kJmol-1DrSmy = 191. 6 + 2 213. 8 2 210. 8 2 197. 7 Jmol-1K-1 = 197. 8 Jmol-1K-1 DrGmy =DrHmy TDrSmy = 748. 6 298. 15 (197. 8) 103 kJmol-1 = 689. 6 kJmol-1或 DrGmy(298. 15) = 2 (394. 4)2 (137. 2)2 87. 6 kJmol-1 = 689. 6 kJmol-1 lnKy = DrGmy / RT = (689. 6 103 kJmol-1) / ( 8. 314 Jmol-1K-1 298. 15 K) = 278 Ky = 5. 0110120 （2）773. 15 K时： DrGmy DrHmy(298. 15 K) TDrSmy(298. 15 K) = 748. 6 773. 15 (197. 8) 10-3 kJmol-1 = 595. 67 kJmol-1lnKy = DrGmy / RT = (595. 67103 Jmol-1) / ( 8. 314 Jmol-1K-1 773. 15 K) = 92. 67 Ky = 1. 761040 4. 4 氧化还原反应和能源的开发和利用练 习 题 (p. 175)1 (1) ； (2) ；(3) ；(4) 2（1）c；（2）b。3反应(1) 正向进行：Ey(Fe3+/Fe2+) Ey(Cu2+/Cu) 反应(2) 正向进行：Ey(Cu2+/Cu) Ey(Fe2+/Fe) 所以：Ey(Fe3+/Fe2+) Ey(Cu2+/Cu) Ey(Fe2+/Fe) 4 MnO4 + 8 H+ + 5 e = Mn2+ + 4 H2O Cl2 + 2e = 2 Cl E = E= 1. 36 V Cr2O72 + 14 H+ + 6 e = 2 Cr3+ + 7 H2O 从计算结果知道，此时的氧化性从大到小的顺序是：Cl2、KMn