浙江大学《普通化学》（第6版）笔记和课后习题（含考研真题）详解

目录\h第1章热化学与能源\h1.1复习笔记\h1.2课后习题详解\h1.3名校考研真题详解\h6．环境对系统作10kJ的功，且系统又从环境获得5kJ的热量，问系统内能变化是多少？（）[暨南大学2012研]\hA．-15kJ\hB．-5kJ\hC．＋5kJ\hD．＋15kJ\h第2章化学反应的基本原理与大气污染控制\h2.1复习笔记\h2.2课后习题详解\h2.3名校考研真题详解\h第3章水溶液化学\h3.1复习笔记\h3.2课后习题详解\h3.3名校考研真题详解\h第4章电化学与金属腐蚀\h4.1复习笔记\h4.2课后习题详解\h4.3名校考研真题详解\h第5章物质结构基础\h5.1复习笔记\h5.2课后习题详解\h5.3名校考研真题详解\h第6章无机化合物\h6.1复习笔记\h6.2课后习题详解\h6.3名校考研真题详解\h第7章高分子化合物\h7.1复习笔记\h7.2课后习题详解\h7.3名校考研真题详解\h第8章生物大分子基础\h8.1复习笔记\h8.2课后习题详解\h8.3名校考研真题详解\h第9章仪器分析基础\h9.1复习笔记\h9.2课后习题详解\h9.3名校考研真题详解第1章热化学与能源1.1复习笔记一、热化学1．几个基本概念（1）系统与环境根据系统和环境之间有无物质和能量的交换，可将系统分为三类：①敞开系统敞开系统又称开放系统，是指与环境间既有物质交换，又有能量交换的系统。②封闭系统封闭系统是指与环境间无物质交换，只有能量交换的系统。③隔离系统隔离系统又称孤立系统，是指与环境间无物质交换，又无能量交换的系统。（2）相相是指系统中具有相同的物理和化学性质的均匀部分。相与相之间存在明确的界面，超过此界面，一定有某些宏观性质发生突变。①固、液、气三相所具有的特点：a．气体能够无限混合，故只含气体的系统内只会存在一个气相；b．液相按照其互溶程度分为一相或两相共存；c．固体达到分子尺度的均匀混合时只有一个相，即固溶体；否则固体数量与相的数量相同。②按相的组成来分，系统可分为单相（均相）系统和多相（非均相）系统。③273.16K和611.73Pa时，冰、水、水蒸气三相共存，被称为H2O的“三相点”。（3）状态与状态函数系统的状态是指描述系统的诸如压力p、体积V、温度T、物质的量n和组成等各种宏观性质的综合表现。状态函数是指描述系统状态的物理量。①状态函数的特点状态一定，其值一定；状态发生变化，其值也要发生变化；其变化值只取决于系统的始态和终态。而与如何实现这一变化的途径无关。它具有数学上全微分的特征。②按性质的量值是否与物质的数量有关，状态函数可分为两类：a．广度性质（又称容量性质）广度性质的量值与系统中物质的量成正比，具有加和性。b．强度性质强度性质的量值与系统中物质的量多寡无关，不具有加和性。③状态方程状态函数p、V、T和n之间的定量关系式称为状态方程。④理想气体状态方程式中，R为摩尔气体常数，。理想气体方程也可以写成式中，Vm为摩尔体积。（4）化学计量数和反应进度①化学计量数对于一般化学反应式中，B表示反应中物质的化学式，vB为物质B的化学计量数。a．化学计量数是量纲为一的量，对反应物取负值，对产物取正值；b．对于同一个化学反应，化学计量数与化学反应方程式的写法有关；c．化学计量数只表示当按计量反应式反应时各物质转化的比例数，并不是反应过程中各相应物质实际转化的量。②反应进度反应进度ξ定义为式中，d为微分符号，表示微小变化；nB为物质B的物质的量；vB为B的化学计量数。a．反应进度只与化学反应方程式有关，而与选择反应系统中何种物质来表示无关；b．当涉及反应进度时，必须指明化学反应方程式；c．反应进度实际上是以反应方程式整体作为特定组合单元来表示反应进行的程度。在反应进行到任意时刻时，可用任一反应物或产物来表示反应进行的程度，且所得的值总是相等的。2．热效应及其测量（1）热效应化学反应热效应，是指化学反应引起吸收或放出的热量，包括反应热、相变热、溶解热和稀释热等。（2）热效应的测量①热化学中，等温、等容过程发生的热效应称为等容热效应；等温、等压过程发生的热效应称为等压热效应。②当测定某个热化学过程所放出或吸收的热量时，可测定介质的温度改变，再利用下式求得：式中，q表示一定量反应物在给定条件下的反应热；cs表示吸热介质的比热容；ms表示介质的质量；Cs表示介质的热容，；ΔT表示介质终态温度T2与始态温度T1之差。③在实验室和工业上，用弹式热量计精确测定等容条件下固体、液体有机物的燃烧反应热效应qV。④热化学方程式是表示化学反应与热效应的方程式。a．写化学方程式时注明反应热的同时，还必须注明物态、温度、压力、组成等条件；b．若没有特别注明，所说的“反应热”均指等温、等压反应热qp；c．习惯上，对不注明温度和压力的反应，皆指在T＝298.15K，p＝100kpa下进行。二、反应热与焓1．热力学第一定律（1）热力学第一定律①定义在热力学系统中，能量转化与守恒定律又称热力学第一定律，是指系统的热力学状态发生变化时系统的热力学能与过程的热和功之间的定量关系。②表达式封闭系统的热力学第一定律的数学表达式为：ΔU＝U2-U1＝q＋w。③热力学能热力学能U是指系统内分子的平动能、转动能、振动能、分子间势能，原子键能，电子运动能，核内基本粒子间核能等内部能量的总和。热力学能的特征：a．状态确定，其值确定；b．殊途同归，值变相等；c．周而复始，值变为零。④体积功体积功是指在一定外压p外作用下，系统的体积发生变化而与环境交换的功。体积功的定义式为式中，δw表示微量功，dV表示系统体积的微小变化量。（2）热力学能的组成部分①平动能Ut平动能是与质点在三维空间的平行移动有关的能量。②转动能Ur转动能是质点环绕质心转动所具有的能量。③振动能Uv振动能是与多原子分子或离子中的组成原子间相对的往复运动有关的能量。④电子能Ue电子能是带正电的原子核与带负电的电子之间的相互作用系统所具有的能量。2．反应热与焓化学反应热指等温过程热，即当系统发生了变化后，使反应产物的温度回到反应前始态的温度，系统放出或吸收的热量，主要有等容反应热和等压反应热两种。（1）等容反应热与热力学能在等容、不做非体积功条件下，dV＝0，w´＝0，所以根据热力学第一定律，有式中，qV表示等容反应热，下标V表示等容过程。（2）等压反应热与焓等压反应热的表达式为式中，qp表示等压反应热，下标p表示等压过程。a．该式表明，等压且不做非体积功的过程热在数值上等于系统的焓变；b．ΔH＜0，表示系统放热，ΔH＞0，则为系统吸热。（3）qV＝ΔU和qp＝ΔH的意义①qV＝ΔU和qp＝ΔH表明，若反应过程的条件限制为等容或等压且不做非体积功，则不同途径的反应热与热力学能或焓的变化在数值上相等，只取决于始态和终态。②盖斯定律在等容或等压条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。（4）qp与qV的关系①等温等压和等温等容反应系统②只有凝聚相（液态和固态）的系统③有气态物质参与的系统式中，为反应前后气态物质化学计量数的变化，对反应物v取负值，对产物v取正值。（5）非等温反应非等温反应是指在极端条件下，系统与环境之间绝热，反应放热必导致产物温度升高的反应。①等压绝热燃烧反应，可达到最高火焰温度，计算温度的依据是；②等容绝热反应可以达到最高爆炸温度和最高压力，计算的依据是。3．反应的标准摩尔焓变（1）热力学标准状态标准压力为。①气态物质的标准状态任一温度T、标准压力pΘ下表现出理想气体性质的纯气体状态。②液体、固体物质的标准状态任一温度T、标准压力pΘ下的纯液体、纯固体的状态。（2）标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓是指在标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变，以符号ΔfHmΘ表示，单位为kJ·mol-1。生成焓是说明物质性质的重要热化学数据，生成焓的负值越大，表明该物质键能越大，对热越稳定。（3）反应的标准摩尔焓标准摩尔焓变是指标准状态时化学反应的摩尔焓变，以ΔrHmΘ表示。①298.15K时反应的标准摩尔焓变ΔrHmΘ（298.15K）的一般计算式为②对同一反应，若计量方程式写法不同，ζ的含义不同，ΔrHmΘ的数值也就不同。③如果温度变化范围不大，可认为反应的焓变基本不随温度而变。即三、能源的合理利用1．煤炭与洁净煤技术（1）煤炭的热值燃料的热值是指单位质量燃料完全燃烧所放出的热量。（2）洁净煤技术洁净煤技术包括煤炭的加工、转化、燃烧和污染控制等，比如煤的气化、液化和水煤浆燃料技术。①水煤气水煤气是将水蒸气通过装有灼热焦炭的气化炉内产生的：②合成气合成气是将纯氧气和水蒸气在加压下通过灼热的煤，生成一种气态燃料混合物，其体积分数约为40%H2、15%CO、15%CH4和30%CO2。③煤的液化燃料煤的液化燃料以合成气为原料，选用不同催化剂和合适条件可间接生产合成汽油或甲醇等液体燃料。④水煤浆燃料水煤浆燃料是由质量分数约为70%的煤粉、30%的水及少量添加剂混合而成。2．石油和天然气（1）石油与无铅汽油①石油石油是由链烷烃、环烷烃和芳香烃组成，还含有少量含氧、氮、硫的有机化合物，平均含碳（质量分数）84%～85%、氢12%～14%。②汽油石油产品中最重要的燃料之一是汽油，汽油中加入二溴乙烷使汽缸中的铅转换成易挥发的铅卤化物。（2）天然气和沼气①天然气天然气是蕴藏在地层内的可燃性气体，主要组分为甲烷。②沼气沼气是由植物残体在隔绝空气的情况下自然分解而成的气体，约含60%（体积分数）的CH4，其余为CO2和少量的CO、H2、H2S等。（3）煤气和液化石油气①煤气煤气的主要来源是煤的合成气及炼焦气，其主要可燃成分为H2（50%）、CO（15%）和CH4（15%）。②液化石油气液化石油气来源于石油，一种是采油时的气体产品称为油田气，另一种是炼油厂的气体产品称为炼厂气。其主要成分是丙烷和丁烷。3．氢能和太阳能（1）氢能①氢能的优点a．热值高。热值为142.9MJ·kg-1，约为汽油的3倍，煤炭的6倍。b．点火容易，燃烧速率快。c．如果能以水为原料制备，则原料充分。d．燃烧产物是水，产物洁净。②开发利用氢能需要解决的问题a．廉价易行的制氢工艺。b．方便、安全的贮运。c．有效的利用。③氢气的制取目前认为最有前途的是太阳能光解水制氢法，关键在于寻找和研制合适的催化剂，以提高光解制氢的效率。④氢气的贮存储氢的方式有化学储氢和物理储氢两类。当前研究和开发十分活跃的是固态合金贮氢方法。（2）太阳能太阳能是天然核聚变能，直接利用太阳能的方法主要有三种：①光转变为热能。②光转变为电能。③光转变为化学能。1.2课后习题详解（一）复习思考题1．区别下列概念：（1）系统与环境；（2）比热容与热容；（3）等容反应热与等压反应热；（4）反应热效应与焓变；（5）标准摩尔生成焓与标准摩尔焓变；（6）有序能与无序能。答:（1）系统是指有目的的将某一部分物质与其余物质分开而被划定的研究对象；而环境是指除系统之外，与系统密切相关、影响所能及的部分。系统和环境是一个整体的两个部分，按照互相之间有无物质和能量的交换，可将系统分为三类：敞开系统；封闭系统；隔离系统。（2）比热容是指1g物质温度上升1℃时所需吸收的热量；而热容是指某物质温度上升1℃时所需吸收的热量。（3）等容反应热是指在等容、不做非体积功条件下系统的反应热；而等压反应热是指在等压、不做非体积功条件下系统的焓变。在等温或等压条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而于变化途径无关。（4）反应热效应是指化学反应引起吸收或放出的热量；焓变是指化学反应引起的系统自由焓的变化。（5）标准摩尔生成焓是指标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变；而标准摩尔焓变是指在标准状态时化学反应的摩尔焓变。一定温度下标准摩尔焓变等于同温度下各参加反应物质的标准摩尔生成焓与其化学计量数乘积的总和。（6）有序能是指功，是大量质点以有序运动而传递的能量；而无序能是指热，是大量质点以无序运动（分子的碰撞）方式而传递的能量。2．何为化学计量数？化学计量数与化学反应方程式的写法有何关系？答：（1）化学计量数的定义化学计量数是指当按计量反应式反应时各物质转化的比例数，对反应物取负值，对产物取正值。（2）化学计量数与化学反应方程式的写法关系在化学反应方程式中，若各化学式的系数等比例发生变化，则化学计量数按同样的比例发生变化。3．反应进度如何定义？说明引入反应进度的意义。答：（1）反应进度的定义反应进度是指以反应方程式整体作为一个特定组合单元来表示反应进行的程度。（2）引入反应进度的意义在反应进行到任一时刻时，可用任一反应物或产物来表示反应进行的程度，且所得的值总是相等的。4．用弹式热量计测量反应热效应的原理如何？用弹式热量计所测得的热量是否就等于反应的热效应？为什么？答：（1）弹式热量计测量反应热效应的原理：将反应物装入钢弹中的试样容器内，引发反应后系统放出的热使环境的温度升高，通过测定温度计所示的最高读数即环境的终态温度。根据始、终态温度和热量计的仪器常数即可计算反应热数值。（2）用弹式热量计所测得的热量不等于反应的热效应。原因如下：弹式热量计测得的是等容反应热，当反应为等压反应时弹式热量计所测得的热量就不等于反应的热效应。5．热化学方程式与一般的化学反应方程式有何异同？书写热化学方程式时应注意哪些？答：（1）热化学方程式与一般的化学反应方程式的异同点①热化学方程式与一般的化学反应方程式的相同点a．两种化学反应方程式都符合客观事实；b．两种化学反应方程式都遵循质量守恒定律。②热化学方程式与一般的化学反应方程式的区别a．化学计量数一般的化学反应方程式化学计量数是整数，即表示微粒个数又表示物质的量；热化学方程式化学计量数既可以是整数，也可以是分数，只表示物质的量。b．状态一般的化学反应方程式不要求注明状态；热化学方程式必须在化学式后面注明。c．ΔH的正负号、数值及单位一般的化学反应方程式不注明ΔH；热化学方程式必须注明ΔH的正负号、数值及单位。d．意义一般的化学反应方程式表明了化学反应中的物质变化；热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应与热效应关系。（2）书写热化学方程式的注意事项①要注明反应的温度和压强条件，如果反应在298K和1.013×105pa下进行，习惯上不予注明；②要注明反应物和生成物的聚集状态或固体物质的晶形；③方程式中的配平系数只表示计量数，不表示分子数，因此必要时可以写成分数；④热化学方程式后一定要写上摩尔反应热及其单位。6．状态函数有什么特点？q、w、H是否是状态函数？为什么？答：（1）状态函数的特点为：①状态一定，其值一定；②状态发生变化，其值也要发生变化；③其变化值只取决于系统的始态和终态，而与实现其变化的途径无关。（2）H是状态函数，w和q都不是状态函数。原因如下：功和热都是过程中被传递的能量，其数值与途径有关，不同的途径有不同的功和热的交换，因此q和w都不是状态函数；H是状态函数U、p、V的组合，所以焓H是状态函数。7．说明下列符号的意义。答：（1）q是指一定量反应物在给定条件下的反应热；（2）qp是指等压反应热；（3）U是指热力学能；（4）H是指热力学函数焓；（5）ΔrHmΘ是指反应的标准摩尔焓变；（6）ΔfHmΘ（298.15K）是指298.15K下物质的标准摩尔生成焓。8．q、H、U之间，p、V、U、H之间存在哪些重要关系？试用公式表示。答：（1）q、H、U之间的重要关系有：，（2）p、V、U、H之间的重要关系有：，，，9．如何利用精确测定的qV来求得qp和ΔH？试用公式表示。答：在已知qV时，qp和ΔH的求解过程为：因为，则10．如何理解盖斯定律是热力学第一定律的必然推论？举例说明盖斯定律的应用价值。答：（1）盖斯定律是热力学第一定律的必然推论的原因①热力学第一定律是能量转化与守恒定律在热力学系统中的运用，其描述了系统的热力学状态发生变化时系统的热力学能与过程的热和功之间的定量关系；②盖斯定律是指在等容或等压条件下，化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与变化的途径无关，符合能量转化与守恒定律。（2）盖斯定律的应用价值盖斯定律是热化学计算的理论基础，其最大用处是利用能精确测定的反应热数据来求算难以测定的反应热，例如石墨燃烧生成一氧化碳的反应热就是通过这种方法计算出来的。11．如何规定热力学标准态？对于单质、化合物和水合离子所规定的标准摩尔生成焓有何区别？答：（1）热力学标准态的规定①任一温度T、标准压力pΘ下表现出理想气体性质的纯气体状态为气态物质的标准状态；②液体、固体物质的标准状态为任一温度T、标准压力pΘ下的纯液体、纯固体的状态。（2）单质、化合物和水合离子所规定的标准摩尔生成焓的区别①对于单质，规定参与反应的单质为选定温度T和标准压力pΘ时的最稳定单质；②对于化合物，规定在标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变称为该物质的标准摩尔生成焓；③对于水合离子，规定水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。12．根据标准摩尔生成焓定义，说明在该条件下指定单质的标准摩尔生成焓必定为零。答：（1）标准摩尔生成焓的定义规定在标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变称为该物质的标准摩尔生成焓。（2）标准条件下指定单质的标准摩尔生成焓必定为零的原因按定义，生成反应式的写法是唯一的，指定单质由其本身生成，反应前后系统自由焓不发生变化，因此指定单质的标准摩尔生成焓必定为零。13．如何利用物质的ΔfHmΘ（298.15K）数据，计算燃烧反应及中和反应的ΔrHmΘ（298.15K）？举例说明。答：根据公式可利用物质的ΔfHmΘ（298.15K）数据计算燃烧反应及中和反应的ΔrHmΘ（298.15K），举例如下：金属铝粉和三氧化二铁的混合物点火时，反应放出大量的热，可根据教材附录3的标准摩尔生成焓的数据，计算铝粉和三氧化二铁反应的ΔrHmΘ（298.15K）。有关的化学方程式和各物质的标准摩尔生成焓的值为根据式可得14．煤炭中通常含有哪些元素？用做燃料时，哪些是有益的？哪些是有害的？为什么？答：（1）煤炭中通常含有碳、氢、氧、氮、磷、硫及少量金属元素。（2）煤炭用做燃料时，碳元素是有益的，因为煤炭主要通过碳的燃烧产生热量，且碳不产生污染。（3）煤炭用做燃料时，磷和硫是有害的，因为磷燃烧产生五氧化二磷，硫燃烧产生二氧化硫，这两种气体污染环境。15．煤的主要组分碳、汽油中代表性组分辛烷、天然气中主要组分甲烷以及氢气各自的热值可如何计算？并比较它们的相对大小。答：（1）碳的热值计算石墨在298.15K的标准状态时完全燃烧的化学反应方程式及标准摩尔焓变为用标准摩尔焓变除以碳的摩尔质量，可得碳的热值为32.8MJ·kg-1。（2）辛烷的热值计算辛烷完全燃烧的化学反应方程式及标准摩尔焓变为用标准摩尔焓变除以辛烷的摩尔质量，可得辛烷的热值为47.7MJ·kg-1。（3）甲烷的热值计算甲烷完全燃烧的化学反应方程式及标准摩尔焓变为用标准摩尔焓变除以甲烷的摩尔质量，可得甲烷的热值为55.6MJ·kg-1。（4）氢气的热值计算氢气完全燃烧的化学反应方程式及标准摩尔焓变为用标准摩尔焓变除以氢气的摩尔质量，可得氢气的热值为142.9MJ·kg-1。综上所述，热值大小顺序为：氢气＞甲烷＞辛烷＞石墨。16．在液体燃料油中掺水（掺水20%左右）制成“乳化燃料”，可节油增效并减少污染，试通过查阅资料解释其中的原理。答：在液体燃料油中掺水可节油增效并减少污染的原理如下：液体燃料油中，重油在燃烧时需要雾化，雾化效果的好坏影响其燃烧效率。在液体燃料中掺水时，重油和水进行乳化，形成油包水的形式。在高温炉内燃烧时，由于炉膛内温度高达1000℃以上，油中的水吸热汽化，形成“微爆效应”，将重油重新分开成小的颗粒，增大了燃烧效率，减少了燃烧不完全所产生的污染性气体的排放。（二）习题1．是非题（1）已知下列过程的热化学方程式为；则此温度时蒸发1molUF6（l），会放出热30.1kJ。（

）【答案】错【解析】反应的标准摩尔生成焓为正值，表示反应为吸热反应。（2）在恒温恒压条件下，下列两个生成水的化学反应放出的热量相同。（）【答案】错【解析】定压摩尔反应热与反应进度有关，而反应进度与反应方程式的写法即反应式中化学计量数的选择有关。即第一个反应是生成1mol液态水的热效应；第二个反应生成两倍水量，应有两倍热量。（3）功和热是系统和环境之间的能量传递方式，在系统内部不讨论功和热。（）【答案】对【解析】热力学中的做功w与吸热q都是指系统与环境之间，通过界面所传递的能量。在界面以内，系统的各部分之间所进行的能量传递不计入w和q之中。（4）反应的ΔH就是反应的热效应。（）【答案】错【解析】只有当反应为定压反应时，反应的ΔH才为反应的热效应。2．选择题（1）在下列反应中，进行反应进度为1mol的反应时放出热量最大的是（）。A．B．C．D．【答案】C【解析】液体汽化时吸收热量，气体液化时放出热量；当反应物完全燃烧生成最稳定的氧化产物时，反应放出的热量最大。（2）通常，反应或过程的哪个物理量可通过弹式热量计直接测定而获得？（）A．ΔHB．pΔVC．qpD．qV【答案】D【解析】通常可利用弹式热量计精确测得（定容）反应热qV。（3）下列对于功和热的描述中，正确的是（）。A．都是途径函数，无确定的变化途径就无确定的数值B．都是途径函数，对应于某一状态有一确定值C．都是状态函数，变化量与途径无关D．都是状态函数，始终态确定，其值也确定【答案】A【解析】功和热都是过程中被传递的能量，其数值与途径有关，不同的途径有不同的功和热的交换，因此q和w都是途径函数，无确定的变化途径就无确定的数值。（4）对于状态函数，下列叙述正确的是（）。A．只要系统处于平衡态，某一状态函数的值就已经确定B．状态函数和途径函数一样，其变化值取决于具体的变化过程C．ΔH和ΔU等都是状态函数D．任一状态函数的值都可以通过实验测得【答案】C【解析】ΔH和ΔU的大小仅与反应始态和终态有关，而与变化途径无关，因此是状态函数。（5）一只充满氢气的气球，飞到一定高度即会爆炸，这要取决于一定高度上的（）。A．外压B．温度C．湿度D．外压和温度【答案】D【解析】气球爆炸主要取决于氢气球球壁对内外压力差的承受力。随着气球垂直上升，大气压力不断下降，内压一直高于外压，当达到一定高度时，气球无法承受压力差，即发生爆炸。（6）下述说法中，不正确的是（）。A．焓只有在某种特定条件下，才与系统反应热相等B．焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量C．焓是状态函数D．焓是系统能与环境进行热交换的能量【答案】D【解析】D项，在定压过程中，焓是系统能与环境进行热交换的能量。3．在温度T的标准状态下，若已知反应A→2B的标准摩尔焓变，反应2A→C的标准摩尔焓变，则反应C→4B的标准摩尔焓变ΔrHΘm,3为多少？解：2A→4B①，2A→C②，C→4B③式③＝式①-式②，式③的标准摩尔焓变为4．钢弹的总热容Cb可利用一已知反应热数值的试样而求得。设将0.500g苯甲酸（C6H5COOH）在盛有1209g水的弹式热量计的钢弹内（通入氧气）完全燃烧，系统的温度由296.35K上升到298.59K。已知在此条件下苯甲酸完全燃烧的反应热效应为-3226kJ·mol-1，水的比热容为4.184J·g-1·K-1。试计算该钢弹的总热容。解：苯甲酸的摩尔质量为122.12g·mol-1，0.500g苯甲酸完全燃烧的反应热为q＝-3226×0.500/122.12＝-13.2kJ。又即该钢弹的总热容为。5．葡萄糖完全燃烧的热化学反应方程式为；当葡萄糖在人体内氧化时，上述反应热约30%可用做肌肉的活动能量。试估算一食匙葡萄糖（约3.8g）在人体内氧化时可获得的肌肉活动的能量。解：葡萄糖C6H12O6的摩尔质量为180.16g·mol-1，完全燃烧放出热量为一食匙葡萄糖（约3.8g）氧化时可获得的肌肉活动能量为q＝15.65×3.8×30%＝18kJ。6．已知下列热化学方程式：①②③不用查表，试计算下列反应的qp。④解：式④＝（式①×3-式②-式③×2）÷6，则式④对应的热效应关系为7．已知乙醇在101.325kPa压力下沸点温度为351K，且蒸发热为39.2kJ·mol-1。试估算1mol液态乙醇在该蒸发过程中的体积功和ΔU。解：1mol液态乙醇在蒸发过程中的W体和ΔU计算如下8．在下列反应或过程中，qV与qp有区别吗？简单说明理由。（1）（2）（3）（4）答：（1）qV与qp有区别。原因如下：因为反应，根据，所以，，故qV与qp有区别。（2）qV与qp没有区别。原因如下：因为反应，根据，，，故qV与qp没有区别。（3）qV与qp有区别。原因如下：因为反应，根据，，，故qV与qp有区别。（4）qV与qp没有区别。原因如下：因为反应，根据，，，故qV与qp没有区别。9．根据第8题中所列的各化学方程式和条件，试计算发生下列变化时，各自ΔU与ΔH之间的差值。（1）2.00molNH4HS（s）的分解；（2）生成1.00molHCl（g）；（3）5.00molCO2（s）（干冰）的升华；（4）沉淀出2.00molAgCl（s）。答：（1）NH4HS（s）的分解反应为2．00mol的NH4HS分解过程中两者的能量差为2.00×（-4.958）＝-9.92kJ。（2）HCl（g）的生成反应为因为，所以ΔUm-ΔHm＝0，故生成1.00mol的HCl（g）过程中两者的能量差为0。（3）干冰的升华反应为5．00mol的CO2（s）的升华过程中两者的能量差为：5.00×（-1.62）＝-8.10kJ。（4）沉淀出AgCl（s）的反应为因为该反应的，，所以沉淀出2.00mol的AgCl（s）过程中两者的能量差为0。10．查阅教材附录3的数据，试计算下列反应的ΔrHmΘ（298.15K）。（1）（2）

（3）（4）解：（1）反应方程式及各物质标准摩尔生成焓为则有（2）反应方程式及各物质标准摩尔生成焓为则有（3）反应方程式及各物质标准摩尔生成焓为则有（4）反应方程式及各物质标准摩尔生成焓为则有11．计算下列反应的：（1）；（2）；（3）298.15K进行反应进度为1mol的体积功。解：（1）查教材附录3可知（2）根据公式求得（3）298.15K进行反应进度为1mol的体积功为12．近298.15K时在弹式热量计内使1.0000g正辛烷（C8H18，l）完全燃烧，测得此反应热效应为-47.79kJ。试根据此实验值，估算正辛烷（C8H18，l）完全燃烧的（1）qV,m；（2）ΔrHmΘ（298.15K）。解：（1）正辛烷燃烧的化学反应方程式为正辛烷的摩尔质量为114.23g·mol-1，则有（2）由等容反应热和等压反应热的关系可得则所以在298.15K下反应的标准摩尔焓变为13．利用CaCO3、CaO和CO2的ΔfHmΘ（298.15K）的数据，估算煅烧1000kg石灰石（以纯CaCO3计）成为生石灰所需热量。在理论上要消耗多少燃料煤（以标准煤的热值估算）？解：石灰石的分解反应及各物质的标准摩尔生成焓为反应的标准摩尔焓变为则1000kg石灰石完全分解为生石灰所需热量为标准煤的热值为29.3MJ·kg-1，需耗燃料煤的质量为14．设反应物和生成物均处于标准状态，试通过计算说明298.15K时究竟是乙炔（C2H2）还是乙烯（C2H4）完全燃烧会放出更多热量（以kJ·mol-1表示）。解：（1）乙炔燃烧的反应方程式及各物质的标准摩尔生成焓为则反应的标准摩尔焓变为（2）乙烯燃烧的反应方程式及各物质的标准摩尔生成焓为则反应的标准摩尔焓变为通过计算可知，298.15K时乙烯完全燃烧放出更多热量。15．通过吸收气体中含有的少量乙醇可使K2Cr2O7酸性溶液变色（从橙红色变为绿色），以检验汽车驾驶员是否酒后驾车（违反交通规则）。其化学反应可表示为试利用标准摩尔生成焓数据，求该反应的ΔrHmΘ（298.15K）。解：该反应的方程式及各物质的标准摩尔生成焓为则该反应的标准摩尔焓变为16．针对甲烷燃烧反应：试通过计算说明298.15K时等压和等容摩尔燃烧热的差别，并说明导致差别的原因。解：（1）定压反应热与定容反应热的燃烧热之差为由此可见定压等温燃烧放热更多。（2）导致等压和等容摩尔燃烧热的差别的原因为反应后气体物质分子数减少，导致系统体积减小，环境对系统做功，这部分功以热的形式释放到环境中。17．在298.15K时，碳、氢和甲烷的标准摩尔燃烧焓分别为-393.5、-285.8和-890.4kJ·mol-1，试推算该温度下甲烷的标准摩尔生成焓。解：根据题意有①②③④由式①＋2×式②-式③＝式④，得故298.15K时甲烷的标准摩尔生成焓为-74.7kJ·mol-1。18．环己烯的氢化焓是-120kJ·mol-1，苯的氢化焓是-208kJ·mol-1，计算苯的离域焓。[提示：环己烯及苯的性质与氢化反应可参考大学有机化学教材，也可根据分子式进行推演——苯有三个定域双键为基础计算苯的氢化焓，这个数值与实验值（-208kJ·mol-1）之间的差别就是离域焓。共轭双键的离域作用带来了苯的热化学稳定性。]解：氢化焓可表示为下列反应的焓变若把环己烯的氢化焓作为每个双键的氢化焓，则假设的分子“环己三烯”的氢化焓为3×（-120）kJ·mol-1。而苯的氢化焓为-208kJ·mol-1，说明苯比“环己三烯”稳定。这种稳定来自苯的离域作用或离域焓，故苯的离域焓为ΔH＝3×（-120）-（-208）＝-152kJ·mol-1。1.3名校考研真题详解一、选择题1．下列过程或反应中，哪一个是熵增的过程或反应？（）[华南理工大学2016研]A．I2（g）＝I2（l）B．H2O（s）＝H2O（g）C．2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）D．2CO（g）＋O2（g）＝2CO2（g）【答案】B【解析】熵增过程是系统的混乱度增高的过程，B项由固体变为气体的过程是系统的混乱度增高的过程，熵值增大。2．如果系统经过一系列的变化后，又变回初始态，则系统的（）。[华南理工大学2014研]A．Q＝0，W＝0，ΔH＝0，ΔU＝0B．Q＝0，W＝0，ΔH≠0，ΔU≠0C．Q≠-W，ΔU＝Q＋W，ΔH＝0D．Q＝-W，ΔU＝Q＋W，ΔH＝0【答案】D【解析】ΔU、ΔH为状态函数，与变化途径无关；Q、W为非状态函数，变化途径不同，数值不同。3．在一定温度下：（1），；（2），；（3），。其中ΔH1与ΔH2的关系是（）。[华南理工大学2014研；暨南大学2014研]A．ΔH1＜ΔH2B．ΔH1＞ΔH2C．ΔH1＝ΔH2D．不能判断【答案】B【解析】由（1）、（2）可得由（3）可知所以ΔH1与ΔH2的关系为ΔH1＞ΔH2。4．若下列反应都在298K下进行，则反应的与生成物的相等的反应是（）。[华南理工大学2014研]A．B．C．D．【答案】A【解析】标准摩尔生成焓一定是从最稳定的单体到1mol最稳定的化合物过程。B项，HCl的系数应为1。C项，碘单质的稳定态为固态。D项，金刚石不是碳的最稳定形态。5．298K时，反应的等压热效应Qp与等容热效应Qv之差（Qp-Qv）约为（

）。[北京科技大学2013研]A．3.7kJ·mol-1B．-3.7kJ·mol-1C．7.4kJ·mol-1D．-7.4kJ·mol-1【答案】D【解析】该反应的，其中Δn为反应前后气态物质的化学计量数之差。6．环境对系统作10kJ的功，且系统又从环境获得5kJ的热量，问系统内能变化是多少？（）[暨南大学2012研]A．-15kJB．-5kJC．＋5kJD．＋15kJ【答案】D【解析】根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W计算得到系统内能变化为＋15kJ。7．某理想气体进行绝热自由膨胀，其热力学能的变化ΔU应为（）。[中国科学院-中国科学技术大学2004研]A．ΔU＞0B．ΔU＜0C．ΔU＝0D．不一定【答案】C二、填空题1．体系与环境之间因温差而传递的能量称为热，以符号Q表示，若体系吸热，

；若体系放热，

。[中山大学2015研]【答案】Q＞0；Q＜02．已知反应2C（石墨）＋O2（g）＝2CO（g）；ΔrHmΘ（298.15K）＝-221kJ·mol-1，则反应2CO（g）＝2C（石墨）＋O2（g）的ΔrHmΘ（298.15K）＝

kJ·mol-1，ΔfHm,CO（g）Θ（298.15K）＝

kJ·mol-1。[北京科技大学2013研]【答案】221；-110.5三、名词解释1．热力学第一定律[中山大学2015研]答：热力学第一定律是指在一个热力学系统内，能量有各种存在形式，不同形式的能量可相互转化，能量在不同的物体之间也可相互传递，在转化和传递过程中能量的总和保持不变。能量不能创造，也不能消灭。热力学第一定律的数学表达式为ΔU＝Q＋W。2．盖斯定律[中山大学2015研]答：盖斯定律是指在定压或定容条件下的任意化学反应，在不做其他功时，无论是经过一步完成还是多步几步完成，其热效应总是相同的（反应热的总值相等），即化学反应的反应热与反应体系的始态和终态有关，与反应的途径无关。第2章化学反应的基本原理与大气污染控制2.1复习笔记一、化学反应的方向和吉布斯函数1．熵和吉布斯函数（1）自发过程自发过程是指在给定条件下能自动进行（不需要外加功）的过程。（2）熵①熵的定义熵是用来表示系统处于某一状态时，内部物质微观粒子混乱度的状态函数，其表达式为S＝klnΩ，式中，Ω是与一定宏观状态对应的微观状态总数（或称混乱度）；k为玻耳兹曼常量。②熵判据a．熵增加原理是指在隔离系统中发生的自发反应必伴随着熵的增加，或隔离系统的熵总是趋向于极大值；其表达是为：。b．熵判据的实质是隔离系统中只能发生熵值增大的过程，不可能发生熵减小的过程；若熵值保持不变，则系统处于平衡状态。③熵的规律a．对同一物质而言，相同温度下；b．同一物质在相同的聚集状态时，；c．一般说来，温度和聚集状态相同时，；d．；e．在0K时，一切纯物质的完美晶体的熵值都等于零，即S（0K）＝0（热力学第三定律）；f．规定处于标准状态下水合H＋离子的标准摩尔熵值为零。（3）吉布斯函数吉布斯函数是指把焓和熵归并在一起的热力学函数，又称吉布斯自由能，是状态函数。其定义为G＝H-TS。对于等温过程，吉布斯函数变表示为ΔG＝ΔH-TΔS；对于等温化学反应，有2．反应自发性的判断（1）吉布斯函数判据①对于等温等压不做非体积功的一般反应，其自发性的吉布斯函数判据为自发过程，过程能向正方向进行；平衡状态；非自发过程，过程能向逆方向进行。②如果化学反应在等温、等压条件下，除体积功外还做非体积功w´，则吉布斯函数判据就变为自发过程；平衡状态；非自发过程。③ΔH、ΔS及T对反应自发性的影响如表2-1-1所示。表2-1-1

ΔH、ΔS及T对反应自发性的影响④转变温度Tc转变温度Tc是指当温度对反应的自发性有决定性影响时，存在的一个自发进行的最低或最高温度。其表达式为（此时DG＝0）：Tc＝ΔH/ΔS。（2）标准摩尔反应吉布斯函数标准摩尔反应吉布斯函数是指在标准状态时，由指定单质生成单位物质的量的纯物质时反应的吉布斯函数变，用ΔrGΘm表示。①任何指定单质的标准摩尔生成吉布斯函数为零；对于水合离子，规定水合H＋离子的标准摩尔生成吉布斯函数为零。②298.15K时的标准摩尔吉布斯函数的计算式为③转变温度Tc为（3）ΔrGm与ΔrGΘm的关系ΔrGm是指给定条件下化学反应的吉布斯函数变，ΔrGΘm是指相同温度的标准状态时化学反应的吉布斯函数变。ΔrGm与ΔrGΘm之间的关系称为化学反应的等温方程。①对应给定条件，判断自发与否的依据是ΔrGm（不是ΔrGΘm），ΔrGm会随着系统中反应物和生成物的分压或浓度的改变而改变。②对于理想气体化学反应，等温方程可表示为③对于一般化学反应式aA(1)+bB(aq)=gG(s)+dD(g)，等温方程可表示为二、化学反应的限度和化学平衡1．反应限度和平衡常数（1）反应限度化学反应的限度是指给定条件下反应达到ΔrG＝0或化学平衡的状态。（2）标准平衡常数标准平衡常数定义为或①对于理想气体反应系统，标准平衡常数的表达式为②对于一般化学反应式aA(1)+bB(aq)=gG(s)+dD(g)，标准平衡常数的表达式为③标准平衡常数值得注意的方面如下：a．KΘ是量纲一的量，其数值取决于反应的本性、温度以及标准态的选择，与压力或组成无关。KΘ值越大，说明该反应进行得越彻底，反应物的转化率越高。b．当规定了pΘ、cΘ值后，则对于给定反应，KΘ只是温度的函数。在ΔrGΘm和KΘ换算时，两者温度必须一致，且应注明温度。若未注明，一般是指T＝298.15K。c．KΘ的具体表达式可直接根据化学计量方程式写出。反应式中的固态、液态纯物质或稀溶液中的溶剂在KΘ表达式中不必列出，只考虑平衡时气体的分压和溶质的浓度，且产物写在分子上、反应物写在分母上。d．KΘ的数值与化学计量方程式的写法有关，因此KΘ的数值与热力学函数的增量及反应进度一样，必须与化学反应式相对应。e．一些经验平衡常数可以根据压力、浓度来表达，如Kp和Kc在时都是有量纲的量。（3）多重平衡规则多重平衡规则是指如果某个反应可以表示为两个（或更多个）反应之和（差），则总反应的平衡常数等于各反应平衡常数的相乘（除）。2．化学平衡的有关计算（1）计算的重点①从标准热力学函数或实验数据求平衡常数；②用平衡常数求各物质的平衡组分（分压、浓度、最大产率）；③条件变化对反应的方向和限度的影响。（2）注意要点①写出配平的化学反应方程式，并注明物质的聚集状态（如果物质有多种晶型，还应注明是哪一种）。②涉及各物质的初始量、变化量、平衡量时，各物质的变化量之比为反应式中各物质的化学计量数之比。3．化学平衡的移动及温度对平衡常数的影响（1）化学平衡的移动化学平衡的移动是指因条件的改变使化学反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程。比较指定态的反应商Q与标准平衡常数KΘ的相对大小，可以判断反应进行的方向，可分下列三种情况：当，则，反应正向自发进行；当，则，平衡状态；当，则，反应逆向自发进行。（2）温度对平衡常数的影响说明温度对平衡常数的影响的重要公式为范特霍夫方程，表达式为三、化学反应速率1．化学反应速率和速率方程（1）反应速率的定义反应速率是指单位时间单位体积内发生的反应进度，表达式为①其SI单位为mol·dm-3·s-1，对于较慢的反应，时间单位也可采用min、h或a等；②可选择任何一种反应物或产物来表达反应速率，都可得到相同的数值。（2）速率方程和反应级数①基元反应的速率方程a．基元反应是指一步完成的反应，是组成复合反应的基本单元。b．对于基元反应，反应速率与各反应物浓度的幂乘积成正比，这个定量关系称为质量作用定律，表达式为②反应级数反应级数是指速率方程中各反应物浓度项指数之和，其中某反应物浓度的指数a或b称为该反应对于反应物A或B的分级数。③复合反应的速率复合反应是指由两个或两个以上基元反应所构成的方程。对于复合反应，反应级数由实验测定。质量作用定律不适用于复合反应，复合反应的速率与反应机理以及复合反应的各个基元反应步骤有关。（3）一级反应①一级反应是指化学反应速率与反应物浓度的一次方成正比的反应。速率方程为②一级反应的半衰期③一级反应的三个特征为：a．lnc对t作图得一直线，斜率为-k。b．半衰期t1/2与反应物的起始浓度无关。c．速率常数k具有（时间）-1的量纲，其SI单位为s-1。2．温度对反应速率的影响（1）阿仑尼乌斯公式反应速率与温度的定量关系式称为阿仑尼乌斯公式，表达式为或式中，A为指前因子；Ea为反应的活化能（通常为正值），常用单位为kJ·mol-1；R为摩尔气体常数。（2）阿仑尼乌斯公式的变形式中，k1和k2分别为温度T1和T2时的速率常数。3．反应的活化能和催化剂（1）活化能①意义旧的化学键断裂与新的化学键建立的过程中，需要克服化学反应的能垒，即化学反应中破坏旧键所需的最低能量。②定义活化络合物分子与反应物分子平均能量之差称为活化能。③图示图2-1-1

反应系统中活化能示意图④影响a．在一定温度下，反应的活化能越大，则反应越慢；b．若反应的活化能越小，则反应越快。（2）加快反应速率的方法①增大浓度（或气体压力）活化分子百分数一定，增大浓度（或气体压力），增大单位体积内的分子总数，增大活化分子总数。②升高温度分子总数不变，升高温度使更多分子获得能量成为活化分子，活化分子百分数增加，增大单位体积内活化分子总数。③降低活化能降低反应的活化能，使更多分子成为活化分子，活化分子百分数增加，增大单位体积内活化分子总数。（3）催化剂①定义催化剂（又称触媒）是指能显著增加化学反应速率，而本身的组成、质量和化学性质在反应前后保持不变的物质。②催化原理催化剂能与反应物生成不稳定的中间络合物，改变了原来的反应历程，为反应提供一条能垒较低的反应途径，从而降低了反应的活化能。③主要特性a．改变反应途径，降低活化能，使反应速率显著增大；b．只能加速达到平衡而不能改变平衡的状态；c．有特殊的选择性，一种催化剂只加速一种或少数几种特定类型的反应；d．催化剂对少量杂质特别敏感。这种杂质可能成为助催化剂，也可能是催化毒物。（4）酶催化①酶的定义酶是动植物和微生物产生的具有高效催化性能的蛋白质，生物体内的化学反应几乎都在酶的催化下进行。②酶催化的特色a．高度的选择性（又称高度的专一性）；b．高度的催化活性；c．特殊的温度效应；d．反应条件温和。4．链反应和光化反应（1）链反应（连锁反应）①定义链反应是指用热、光或引发剂等使反应引发，能通过活性中间物的不断再生而使反应像锁链一样，一环扣一环持续进行的一类复合反应。②组成链反应由链引发、链传递和链终止三个阶段组成：a．链引发是由起始的分子借助光、热或引发剂等外因作用而裂解生成自由基或原子的反应步骤。b．链传递是链反应的主体，为自由原子或自由基与分子相互作用的交替过程，随着一个自由基的消失会产生一个或几个新自由基，若不受阻，这种交替反应会一直自动进行下去，直至反应物被耗尽。c．链终止是通过自由基被消除而使链终止。链终止方式有自由基彼此结合成稳定分子，或自由基与惰性物质或反应器壁碰撞而消除。（2）光化学反应①定义光化学反应是指在光的作用下发生的化学反应，又称光化反应。②特点a．反应速率主要决定于光的强度而受温度影响小；b．光能使某些吉布斯函数增加的非自发过程得以实现；c．光化反应比热反应更具有选择性。四、环境化学和绿色化学1．大气污染与环境化学环境化学主要研究有害物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法。（1）汽车尾气·机内净化机内净化是解决汽车尾气有害排放污染问题的根本途径，其化学原理是催化净化法，最理想的方法是利用三效催化尾气转化器。（2）臭氧层的破坏氟利昂等物质破坏大气平流层中臭氧层，由于氟利昂很稳定，在短波紫外线的作用下分解成Cl·、Br·、HO·等活泼自由基，可作为催化剂引起链反应，促使O3分解，其氯催化反应过程可表示为总反应2．清洁生产和绿色化学（1）清洁生产清洁生产是指在产品生产过程和预期消费中，既合理利用自然资源，把对人类和环境的危害减至最小，又能充分满足人类需要，使社会经济效益最大化的一种生产模式。（2）绿色化学绿色化学是指一种以保护环境为目标来设计、生产化学产品的一门新兴学科，是一门从源头上阻止污染的化学。（3）清洁生产和绿色化学是改变以往的三废末端处理为对生产全过程控制、提高原子利用率、实行少排废甚至零排放，符合可持续发展战略的先进科学技术。2.2课后习题详解（一）复习思考题1．要使木炭燃烧，必须首先加热，为什么？这个反应究竟是放热还是吸热？试说明之。这个反应的ΔrH是正值还是负值？解：按如下反应来讨论计算可得ΔrHΘm为负值，是放热反应。此外可见，ΔrGΘm（T）恒小于零，是自发反应。但在室温下反应速度低，所以必须首先加热。2．如何用物质的标准热力学函数ΔfHΘm（298.15K）、SΘm（298.15K）、ΔfGΘm（298.15K）的数据，计算反应的ΔrGΘm（298.15K）以及某温度T时反应的ΔrGΘm（T）的近似值？举例说明。答：（1）已知参与反应各物质的ΔfGΘm（298.15K）时，可利用公式计算。（2）已知各参与反应物质的ΔfHΘm（298.15K）、SΘm（298.15K），可先按如下公式求出，即和由公式计算，式中的T＝298.15K。（3）利用ΔrHΘm和ΔrSΘm本身受温度的影响不大的条件，用来计算，式中的T可以是任意数值，ΔrHΘm和ΔrSΘm仍用T＝298.15K的数值。举例略。3．有建议在实验室中用甲醇CH3OH的分解来制各甲烷：试问（注意，CH3OH熔点为175K，沸点为338K）：（1）298.15K的标准条件下此反应能否自发进行？（2）此反应能自发进行的温度条件如何？试分析讨论之。解：依据反应，并查表得数据为（1）在101.325kPa和298.15K条件下此反应不能自发进行。因为这时因此该反应不能自发进行。（2）当时，反应可以自发进行。由于已知CH3OH的熔点为l75K，沸点为338K。此时CH3OH已汽化，而非上述反应。所以在实验室常压下无法完成这个反应。4．能否用KΘ来判断反应的自发性？为什么？答：能用KΘ来判断反应的自发性。原因：从化学平衡的观点来说，可以依据下列情况来判断反应的自发性或反应进行的方向：（1）Q＜KΘ时为自发反应，反应能正方向进行；（2）Q＝KΘ时为平衡状态；（3）Q＞KΘ时为非自发反应，反应能逆方向进行。因此可以用来判断反应的自发性。5．如何采用物质的标准热力学函数ΔfHΘm（298.15K）、SΘm（298.15K）、ΔfGΘm（298.15K）的数据，计算反应的KΘ值？写出有关的计算公式。解：用物质的标准热力学函数ΔfHΘm（298.15K）、SΘm（298.15K）、ΔfGΘm（298.15K）的数据计算KΘ值的步骤如下：（1）依据ΔfGΘm（298.15K）数据，用如下公式计算ΔrHΘm（298.15K），即（2）依据SΘm（298.15K）的数据，用如下公式计算ΔrSΘm（298.15K），即（3）依据ΔfGΘm（298.15K）的数据，用如下公式计算ΔrGΘm（298.15K），即（4）在标准状态298.15K时，可以直接用公式来计算KΘ的值。在任意温度下，则要用公式求出该温度下的ΔrGΘm（T）的值，再用公式来计算KΘ值。6．试举出两种计算反应的KΘ值的方法。答：（1）在标准状态298.15K时，可以直接用公式来计算KΘ的值。在任意温度下，则要用公式求出该温度下的ΔrGΘm（T）的值，再用公式来计算KΘ值。（2）根据各参与反应物质的平衡浓度（或分压），按KΘ的定义式来计算，即7．对于反应：此反应的q为正值。将Cl2、H2O、HCl、O2四种气体混合后，反应达到平衡。下列左面操作条件的改变对右面的平衡时的数值有何影响？（操作条件中没加注明的，是指温度不变、容积不变。）（1）增大容器体积——H2O的物质的量（2）加O2——H2O的物质的量（3）减小容器体积——KΘ（4）加催化剂——HCl的物质的量答：（1）增大容器体积可使H2O的物质的量减小；因为压力降低，反应向分子数增加的方向移动。（2）加O2可使H2O的物质的量增大；因为O2分压增大，反应向左移动。（3）减小容器体积可使KΘ不变；因为该反应中KΘ与浓度无关。（4）加催化剂对HCl的物质的量无影响，因为催化剂不改变平衡，只加速反应。8．试从ΔrGΘm和KΘ的关系，推演多重平衡规则。若反应（3）＝反应（1）＋反应（2），你能否推演得其相应的标准摩尔吉布斯函数间的关系为。（提示：这是一种非常有用的方法，叫做反应的耦合。可参阅一般的物理化学教科书。）解：可以得到，证明如下：因为反应（3）＝反应（1）＋反应（2），所以有。对各项取自然对数有而，所以有同除以-1/（RT）即得9．能否根据化学方程式来表达反应的级数？为什么？举例说明。答：对于化学方程式aA＋bB＝cC＋dD的反应，只有基元反应才可根据化学方程式来表达反应的分子数或级数。如中，反应级数＝反应分子数＝a＋b。对非基元反应，不可根据化学方程式来表达反应的分子数，因为非基元反应不服从质量作用定律，无论何种情况都必须由实验确定。举例略。10．阿仑尼乌斯公式有什么重要应用？举例说明。对于“温度每升高10℃，反应速率通常增大到原来的2～4倍”这一实验规律（称为范特霍夫规则），你认为如何？答：（1）阿仑尼乌斯公式指明了反应速率与温度之间的定量关系，既适用于基元反应，也适用于大多数非基元反应，至今仍是从k求活化能Ea的重要方法。举例：教材第二章例2.9题。（2）对于“温度每升高10℃，反应速率通常增大到原来的2～8倍”这一经验规律，说明了温度对反应速率的影响也是有限的，催化剂可以大幅度的提高反应速率。11．用锌与稀硫酸制取氢气，反应的ΔrH为负值。在反应开始后的一段时间内反应速率加快，后来反应速率又变慢。试考虑浓度、温度等因素来解释此现象。答：反应的ΔrH为负值，说明反应过程是放热的。（1）在反应刚开始时，反应物浓度大，产物浓度小，且反应温度亦不高，从平衡移动的角度和动力学角度，都有利于反应的正向进行，所以反应速率加快。（2）当反应进行到一定程度后，反应物浓度减小，产物量加大，温度升高，这些变化都不利于反应正向进行，因此反应速率减慢。12．什么是阿仑尼乌斯活化能？活化能的大小与温度是否有关？答：（1）阿仑尼乌斯活化能是指阿仑尼乌斯公式中的活化能成分，用表示。（2）阿仑尼乌斯活化能与温度有关，但在温度变化范围不大时，Ea可视为常数。因为它受温度的影响不很大，在一般计算中也近似视为常数。13．比较“平衡常数与温度的关系式”同“反应速率常数与温度的关系式”，有哪些相似之处？有哪些不同之处？请说明，并谈谈您的理解。答：温度与平衡常数的关系式为温度与反应速率常数的关系式为通过比较可以看出，两公式在形式上相似；而不同处在于，一般情况下Ea总为正值，而ΔrHΘm可正可负。14．试从化学反应速率和化学平衡原理，综合分析合成氨生产工艺中所采用的压力、温度和催化剂等条件的理由。答：合成氨生产工艺是一个体积减小的可逆放热反应，因此低温及高压有利于反应平衡向右移动。由于这个反应速度很慢，而温度的选择受所使用的催化剂决定，铁触媒的活性需要较高的温度，温度高，反应速率加快，所以该工艺采用较高的温度；提高压力，有利于反应平衡向生成氨的方向移动，同时反应速率随压力升高而加速，有利于气体合成率的提高。但是压力提高后，给设备制造成本和维修都会带来困难，增加能耗。综上所述，反应平衡和反应速度受压力和温度的影响比较大，所以权衡利弊，选择最佳的合成氨工艺的工艺条件为温度400～500℃，压强20～50MPa，使用铁触媒作为催化剂。15．全球性大气污染问题主要有哪些？化学学科怎样在治理大气污染中发挥作用？答：（1）全球性大气污染问题主要有酸雨、全球气候变暖与臭氧层的破坏等。（2）化学学科在治理大气污染中发挥的作用如下①化学学科中的环境化学主要研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法。根据环境化学的原理，机内净化是解决排放污染的根本途径，从化学方面是催化净化法，关键是寻找耐高温的高效催化剂，完成CO的氧化和NO2的还原反应。②化学学科中的绿色化学是一种以保护环境为目标来设计、生产化学产品的一门新兴学科，是一门从源头上阻止污染的化学。它用化学的技术和方法减少或消灭那些对人类健康、安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的产生和使用。（二）习题1．是非题（1）ΔrS为正值的反应均是自发反应。（）【答案】错【解析】对于孤立系统，ΔrS＞0，反应才自发。（2）某一给定反应达到平衡后，若平衡条件不变，分离除去某生成物，待达到新的平衡后，则各反应物和生成物的分压或浓度分别保持原有定值。（）【答案】错【解析】任一种物质的分压或浓度都会发生变化（分离出产物使平衡向生成更多产物的方向移动），但对某一化学计量方程式，各产物与反应物以其化学计量数为指数的分压或浓度之乘积的比值（即Kp或Kc）保持定值。（3）对反应系统由于化学方程式两边物质的化学计量数（绝对值）的总和相等，所以增加总压力对平衡无影响。（）【答案】错【解析】压力对平衡移动的影响只考虑气态物质，固体不计其内，该反应的气态物质在方程式的左右两边不相等。（4）上述（3）中反应达到平衡后，若升高温度，则正反应速率增加，逆反应速率减小。结果平衡向右移动。（）【答案】错【解析】该反应ΔrH＞0，为吸热反应，温度升高平衡正向移动。但升高温度，正、逆反应速率都增加。（5）反应的级数取决于反应方程式中反应物的化学计量数（绝对值）。（）【答案】错【解析】基元反应符合质量作用定律，与反应方程式中反应物的化学计量数（绝对值）有关，但非基元反应的反应级数由实验确定。（6）催化剂能改变反应历程，降低反应的活化能，但不能改变反应的ΔrGΘm。（

）【答案】对【解析】ΔrGΘm是反应的固有值，不受催化剂影响。（7）在常温常压下，空气中的N2和O2能长期存在而不化合生成NO。热力学计算表明N2（g）＋O2（g）＝2NO（g）的ΔrGΘm（298.15K）＞＞0，则N2和O2混合气必定也是动力学稳定系统。（）【答案】对【解析】大气中有N2和O2，只有极少NO的事实，热力学判断该条件下此反应非自发，则必定是热力学稳定系统，一个热力学稳定系统必然也是动力学稳定系统。（8）已知CCl4不会与H2O反应，但的ΔrGΘm（298.15K）＝-379.93kJ·mol-1，则该反应系统必定是热力学不稳定而动力学稳定的系统。（）【答案】对【解析】CCl2和H2O的不相溶性，使四氯化碳成为优良的萃取剂及有机溶剂而得以广泛应用。2．选择题（1）真实气体行为接近理想气体性质的外部条件是（）。A．低温高压B．高温低压C．低温低压D．高温高压【答案】B（2）某温度时，反应的标准平衡常数，则反应的标准平衡常数KΘ2等于（

）。A．B．C．4×10-2【答案】B【解析】，则。（3）升高温度可以增加反应速率，最主要是因为（）。A．增加了分子总数B．增加了活化分子的百分数C．降低了反应的活化能D．促进平衡向吸热方向移动【答案】B【解析】温度升高，活化分子的百分数增大，反应速率增大。（4）已知汽车尾气无害化反应的ΔrHΘm（298.15K）＜＜

0，要有利于取得有毒气体NO和CO的最大转化率，可采取的措施是（）。A．低温低压B．高温高压C．低温高压D．高温低压【答案】C【解析】该反应为体积减小的放热反应，因此可以通过加压和降温来促进反应向正方向进行。（5）温度升高而一定增大的量是（）。A．ΔrGΘmB．吸热反应的平衡常数KΘC．液体的饱和蒸气压D．反应的速率常数k【答案】BCD【解析】A项，由ΔrGΘm-T图可知，不同物质的标准生成吉布斯自由能变与温度关系呈正相关或负相关；B项，温度升高，吸热反应向正方向移动，平衡常数KΘ增大；C项，温度升高，饱和蒸汽分子内能增大，分子间相对运动加大，导致蒸汽体积膨胀，液体的饱和蒸气压增大；D项，温度升高，分子运动加剧，活化分子百分数增加，化学反应速率常数k增大。（6）一个化学反应达到平衡时，下列说法中正确的是（）。A．各物质的浓度或分压不随时间而变化B．ΔrGΘm＝0C．正、逆反应的速率常数相等D．如果寻找到该反应的高效催化剂，可提高其平衡转化率【答案】A【解析】各物质的浓度或分压不随时间而变化是化学反应达到平衡时的标志。3．填空题（1）对于反应：若升高温度（例如升高100K），则下列各项将如何变化？（填写：不变；基本不变；增大或减小。）ΔrHΘm

，ΔrSΘm

，ΔrGΘm

，KΘ

，

，

。（2）对于下列反应若增加总压力、升高温度或加入催化剂，则反应速率常数和、反应速率和以及标准平衡常数KΘ、平衡移动的方向等将如何变化？分别填入表2-2-1中。表2-2-1（3）造成平流层臭氧层破坏的主要物质有

；主要的温室气体有

，形成酸雨的大气污染物主要是

和

。【答案】（1）基本不变；基本不变；增大；减小；增大；增大（2）答案如表2-2-2所示。表2-2-2（3）CFC、哈龙、N2O、NO、CCl4、CH4；CO2、CH4、N2O、CFC、O3；SO2；NOx4．不用查表，将下列物质按其标准摩尔熵SΘm（298.15K）值由大到小的顺序排列，并简单说明理由。（1）K（s）（2）Na（s）（3）Br2（l）（4）Br2（g）（5）KCl（s）答：物质的标准摩尔熵特征为：①同一物质（Br2）气态时的熵大于液态；②一般（相对分子质量相近时）液体的熵大于固体物质的熵；③一般说来，当温度和聚集状态相同时，分子或晶体结构较复杂（内部微观粒子较多）的物质的熵大于分子或晶体结构较简单（内部微观粒子较少）的物质的熵。K（s）和Na（s）的原子结构属同一族，K的结构较Na的复杂。所以，SΘm（298K）的值由大到小的顺序为：（4）Br2（g）＞（3）Br2（l）＞（5）KCl（s）＞（1）K（s）＞（2）Na（s）。5．定性判断下列反应或过程中熵变的数值是正值还是负值。（1）溶解少量食盐于水中；（2）活性炭表面吸附氧气；（3）碳与氧气反应生成一氧化碳。答：（1）熵变为正值；（2）熵变为负值；（3）熵变为正值。6．根据下列两个反应及其ΔrGΘm（298.15K）值，计算Fe3O4（s）在298.15K时的标准摩尔生成吉布新函数。解：Fe生成Fe3O4的反应为①②4×式①＋式②可得③1/3×式③即为④故7．通过热力学计算说明水结冰过程在298.15K时的标准态时能否自发进行。已知冰在298.15K时的标准摩尔生成吉布斯函数为-236.7kJ·mol-1。解：反应中各物质的标准摩尔反应吉布斯函数如下故在298K的标准状态时，水结冰的过程不能自发进行。8．试用书末附录3中的标准热力学数据，计算下列反应的ΔrSΘm（298.15K）和ΔrGΘm（298.15K）。（1）（2）（3）（4）解：（1）ΔrSΘm（298.15K）和ΔrGΘm（298.15K）的计算过程如下由上述数据可得（2）ΔrSΘm（298.15K）和ΔrGΘm（298.15K）的计算过程如下（3）ΔrSΘm（298.15K）和ΔrGΘm（298.15K）的计算过程如下（4）ΔrSΘm（298.15K）和ΔrGΘm（298.15K）的计算过程如下9．用锡石（SnO2）制取金属锡，有建议可用下列几种方法：（1）单独加热矿石，使之分解；（2）用碳（以石墨计）还原矿石（加热产生CO2）；（3）用H2（g）还原矿石（加热产生水蒸气）。今希望加热温度尽可能低一些。试采用标准热力学数据，通过计算说明采用何种方法为宜。解：（1）单独加热矿石SnO2使之分解的温度条件估算如下依据可得（2）用碳还原矿石的温度估算如下（3）用H2还原矿石的温度估算如下由计算结果可知，用H2还原可使分解温度最低，故选用H2还原锡石制取金属锡。10．糖在新陈代谢过程中所发生的总反应可表示为若在人体内实际上只有30%的标准摩尔吉布斯函数可转变为功（非体积功），则一食匙（3.8g）糖在体温37℃时进行新陈代谢，可以做多少功？解：该反应的热力学数据如下所示转变为功（非体积功）wˊ为因此，糖在体温37℃时进行新陈代谢可以做功19.3kJ。11．计算利用水煤气制取合成天然气的下列反应在523K时（近似）的KΘ值。解：反应中温度T＞373K，H2O为气体。可利用公式代入化学热力学数据，先求出反应的ΔrGΘm（523K），即解得12．某温度时8.0molSO2和4.0molO2在密闭容器中进行反应生成SO3气体，测得起始和平衡时（温度不变）系统的总压力分别为300kPa和220kPa。试计算该温度时反应的标准平衡常数和SO2的转化率。解：设平衡时SO3的物质的量为xmol，有在恒温恒容条件下，系统总压与系统的总物质的量成正比。故解得x＝6.4。平衡时各物质的摩尔分数为根据分压定律，各气体平衡时的分压分别为解得13．已知下列反应：在740K时的KΘ＝0.36。若在该温度下，在密闭容器中将1.0molAg2S还原为Ag，试计算最少需用H2的物质的量。解：设最少需用H2的物质的量xmol。因在定温定压下，气体的分压之比为其物质的量之比。故解得x＝3.8，最少需用H2的物质的量为3.8mol。14．已知下列反应；标准平衡常数为。；标准平衡常数为。在不同温度时反应的标准平衡常数值如表2-2-3所示。表2-2-3试计算在上述各温度时反应的标准平衡常数KΘ，并说明此反应是吸热还是放热的。解：设反应为①②式①-式②得③根据多重平衡规则，有各不同温度下反应的标准平衡常数值如表2-2-4所示。表2-2-4从计算结果可知，当温度升高时，KΘ3值增大，故反应③是吸热反应。15．已知反应在298.15K时的，求在500K时的KΘ2。解：根据范特霍夫等压方程式得解得。16．采用标准热力学函数估算：在873K时的标准摩尔吉布斯函数和标准平衡常数。若此时系统中各组分气体的分压为计算该条件下的摩尔反应吉布斯函数，并判断反应进行的方向。解：反应的热力学数据为解得KΘ（873K）＝0.54。因为，故此条件反应向正方向进行。17．对于一个在标准态下是吸热、熵减的化学反应，当温度升高时，根据吕·查德里原理判断，反应将向吸热的正方向移动；而根据公式判断，ΔrGΘm将变得更正（正值更大），即反应更不利于向正方向进行。在这两种互相矛盾的判断中，哪一种是正确的？请说明原因。答：前一种判断是正确的。当温度改变时，应用KΘ来判断平衡移动的方向。从式可知，KΘ随T的变化率只与ΔrHΘm有关。当ΔrHΘm＞0，即吸热反应，T升高，KΘ变大，反应将向正方向（即吸热方向）移动。18．下列反应在一定温度范围内为基元反应：（1）写出该反应的速率方程。（2）该反应的总级数是多少？（3）其他条件不变，如果将容器的体积增加到原来的2倍，反应速率如何变化？（4）如果容器体积不变而将NO的浓度增加到原来的3倍，反应速率又将怎样变化？解：（1）由于反应为元反应，据质量作用定律有（2）反应的总级数为n＝2＋1＝3。（3）其他条件不变，容器的体积增加到原来的2倍时，反应物的浓度则降低为原来的1/2，有即反应速率为原来的1/8。（4）若NO的浓度增加为原来的3倍时，则有即反应速率增加为原来的9倍。19．已知某药物是按一级反应分解的，在25℃分解反应速率常数。该药物的起始浓度为94单位/cm3，若其浓度下降至45单位/cm3就无临床价值，不能继续使用。问该药物的有效期应当定为多长？解：根据式可得故该药物的有效期应定为3.52×104h。20．根据实验结果，在高温时焦炭中碳与二氧化碳的反应：其活化能为167.41kJ·mol-1，计算自900K升高到1000K时反应速率的变化。解：由反应速率的关系可得解得，即1000K时的反应速率增加到900K时的9.4倍。21．将含有0.1mol·dm-3Na2S2O3和0.1mol·dm-3Na2S2O3的溶液与过量的稀硫酸溶液混合均匀，产生下列反应：今由实验测得在17℃时，从混合开始至溶液刚出现黄色的As2S3沉淀共需时1515s；若将上述溶液温度升到27℃，重复实验，测得需时500s。试求该反应的活化能。解：该反应在17℃（290K）时所需时间为t1＝1515s，27℃（300K）时所需时间t2＝500s。因反应速率与反应所需时间成反比，故可得解得该反应的活化能为：22．在没有催化剂存在时，H2O2的分解反应为：该反应的活化能为75kJ·mol-1。当有铁催化剂存在时，该反应的活化能降低到54kJ·mol-1。计算在298K有无催化剂存在时反应速率的比值。解：设无催化剂存在时，该反应的活化能为，反应速率为v1；使用铁催化剂时反应的活化能为，反应速率为v2。依据阿仑尼乌斯公式：，在相同温度和其他条件下，有故两反应速率的比值为v2/v1＝4.8×103。23．对于制取水煤气的下列平衡系统：；问：（1）欲使平衡向右移动，可采取哪些措施？（2）欲使正反应进行得较快且较完全（平衡向右移动）的适宜条件如何？这些措施对KΘ、k（正）和k（逆）的影响各如何？解：（1）根据吕·查德里原理，欲使平衡向右移动，可采取的措施为：①增加H2O（g）的分压（