第二章-化学热力学基础习题

1、东北大学无机化学习题课（二）,徐 燕 ,第二章 化学热力学基础,知识点复习 自测习题,基本概念： 体系：热力学中被研究的对象。 环境：体系外与其密切相关的部分。 敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换。 封闭体系：与环境无物质交换有能量交换。 孤立体系：与环境无物质、能量交换。 状态：体系的宏观性质的综合表现 状态函数：描述体系性质的物理量 (如p,V,T) 特点：一个状态函数就是体系的一种性质； 状态一定,状态函数值一定； 状态变化时,状态函数的变化值只与始态、 终态有关,而与变化途径无关。 广度性质：与物质的量有关，具加和性。 强度性质：与物质的量无关，不具加和性。 例如：气体体积，V=

2、Vi，物质的量，n=ni，具有加和性。 温度T是强度性质，密度与物质的量无关，是强度性质。,一、知识点复习,过程和途径 过程（process）：体系的状态发生变化，从始态变成终态，称为体系发生了一个过程。 “过程”分类：恒温过程、恒压过程、恒容过程等 途径（path）：发生过程所经历的具体步骤。,298K,101.3kPa,298K,506.5kPa,恒温过程,途径（ii）,375K,101.3kPa,375K,506.5kPa,恒温过程,途径（i）,恒压过程 途径（i）,恒压过程 途径（ii）,实际过程,热力学能（内能）U 内能的绝对值无法测定，内能的变化量可以由变化过程中系统和环境所交换的

3、热和功来确定。 热和功 热（heat）由于温度不同而在体系和环境之间交换或传递的能量。 功（work）除“热”之外，其它形式被传递的能量。 热和功的符号： 体系从环境吸热：Q0，取“+”号； 体系向环境放热：Q0，取“+”号； 体系对环境做功：W0，取“-”号。 问题：热和功是不是状态函数？其变化值与途径是否有关？ 答：热和功都不是状态函数，其变化值与途径有关。,2. 四大热力学函数 U 、 H 、 S 、 G （1） 互相关系 ： H = U + PV G = H - TS （2） 性质1）皆为状态函数，广度性质；2）S 可测定绝对值， U 、 H 、 G 皆不可。 （3）物质的 rHm r

4、Sm rGm 单位： kJmol -1 Jmol -1 K -1 kJmol -1 （4） 化学反应的 rHm rSm rGm rHm = vi fHm （ 生成物 ） - vi fHm （ 反应物 ）rSm = vi Sm（ 生成物 ） - vi Sm（ 反应物 ） rGm = vi fGm （ 生成物 ）- vi fGm （ 反应物 ） （5）吉布斯一赫姆霍兹方程G = H - TS （等温、封闭体系） rGm = rHm - TrSm （等温、封闭体系）,formation reaction combustion,3. 热力学三大定律 （1）第一定律: 即热现象领域的 “ 能量守恒与转化

5、定律 ” 。解决过程中的 “ 能量交换 ” 问题。 公式：U = Q + W其中：U = Q v （ 恒容 ， 不做其他功 ）H = Qp（ 恒压 ， 不做其他功 ）H = U + pV （ 等压 ）利用 “ 盖斯定律 ” 计算反应热 。 （2）第二定律（熵增加原理） 封闭体系在等温、等压、不做其他功条件下，吉布斯自由能减小（ G 0 ）的过程可自发进行。用于判断过程自发的方向：G 0 逆反应自发G = 0 平衡态（可逆过程） （3）第三定律任何纯物质的完美晶体的 S m = 0 。,一、判断题 1. 等压过程中，体系吸收的能量为体系内能的增加与体系对外做功的能量之和。 2. 若恒压过程中，Q

6、p =-150 kJmol-1，W =310 kJmol-1，则U=-150 kJmol-1。 3. 体积恒定的过程，其反应热数值上等于系统热力学能的变化量。 4. 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。 5. 反应的焓变和反应热是同一概念。 6. 化学反应的焓变 rHm数值上等于恒压状态下的反应热效应。 7. 某温度下，容器中充有2.0 mol N2(g)和1.0 mol Ar(g)。若混合气体的总压力p = 1.5 kPa，则Ar (g) 的分压pAr = 0.5 kPa。 ,二、自测习题,8. 系统和环境既是客观存在，又是人为划分。 9. 系统的状态改变时，至少有

7、一状态函数改变。 10. H0, S0的反应是在任何温度下都能自发进行的反应。 二、选择题 1. 混合气体中的某组分，25 度时的含量为10%（体积），分压为101325Pa，在体积不变的条件下，温度升高一倍后，其体积百分数为原来的_A_，分压为原来的_B_倍。 A 1； B2； C0.5； D4。 2. 一定温度下，将等物质的量的气态CO2和O2装入同一容器中，则混合气体的压力等于_C_。 A. CO2单独存在时的压力； B. O2单独存在时的压力； C. CO2和O2单独存在时的压力之和； D. CO2和O2单独存在时的压力之积。,3. 室温下在装有48 g O2，56 g N2 的容器中

8、，O2的物质的量分数为_C_。 4/9 B.1/3 C.3/7 D.2/9 4. 25，总压为100 kPa，充有36 g H2，28 g N2 的容器中，H2的分压为_A_。 A. 94.7 kPa B.94.7 Pa C. 5.26 kPa D. 5.26Pa 5. 封闭体系与环境之间_D_。 A既有物质交换，又有能量交换； B有物质交换，无能量交换； C既无物质交换，又无能量交换； D无物质交换，有能量交换。,6. 下列物理量中，可以确定其绝对值的为 _D_。 AH BU CG DS 7. 下列物理量中不属于状态函数的是_B_。 AH BW CG DS 8. 对于一般化学反应，热力学第一

9、定律中的功，通常为_D_。 A. 表面功 B.膨胀功 C. 压缩功 D. 体积功 9. 在298K，101.3kPa下，1mol水经等温等压过程蒸发为同样条件下的水蒸气，体系及环境的熵变应为：( C ) A. 体0； C. 体0；环0；环0。 10. 下列各量可称为强度性质的是 （ D ） A. G； B. U； C. V； D. ,11. 关于熵，下列叙述中正确的是 ( C ) A. 298K时，纯物质的Sm =0； B.一切单质的Sm=0； C. 对孤立体系而言，Sm 0的反应总是自发进行的； D. 在一个反应过程中，随着生成物的增加，熵变增大。 12. 化学反应 是放热反应，下列说法正确

10、的是（ D）。 A. 反应在任意温度下都自发； B. 反应在任意温度下都不自发； C. 仅在高温下自发； D. 仅在低温下自发。 13. 对于反应 ，其热力学标准态应为（C ）。17页倒数第4行 A.100kPa,298K ； B. 100kPa ； C.100kPa ，纯物质； D. 100kPa，298K，纯物质。,14. 1 mol理想气体，从同一始态出发经过绝热可逆压缩和绝热不可逆压缩到系统压力相同的终态，终态的熵分别为S1和S2，则两者关系为（ B ） A. S1 = S2 B. S1 S2 C. S1 S2 D. S1 S2 始终态相同时，不可逆过程的熵变大于可逆过程 15. 根据

11、熵增加原理知，若从S 0判定过程一定是自发过程，那么该系统一定是（ C ） A. 封闭系统 B. 绝热系统 C. 隔离系统 D. 敞开系统 16. 下列物质中，fHm不等于0的是（D） Fe(s) B. C(石墨) C. Ne(g) D. Cl(l) 17. 将固体硝酸铵溶于水，溶液变冷，则该过程G、H、S的符号依次是（D） +,-,- B. +,+,- C.-,+,- D. -,+,+,18. 下列反应中，rGm等于产物的fGm的是（C） Ag+(aq)+Br-(aq)=AgBr(s) B. 2Ag(s)+Br2(l)=2AgBr(s) C. Ag(s)+1/2Br2(l)=AgBr(s)

12、D. Ag(s)+1/2Br2(g)=AgBr(s) 19. 下列反应中， rSm最大的是（C） A. C(s)+O2(g)=CO2(g) B. 2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) C. 2NH3(g)=3H2(g)+N2(g) D. CuSO4(s)+5H2O(l)=CuSO45H2O 20. 下列过程中， G=0的是（A） 氨在水中解离达平衡 B. 理想气体向真空膨胀 C. 乙醇溶于水 D. 炸药爆炸,三、填空题： 1. 按系统与环境之间物质及能量的传递情况，系统可分为_敞开 系统、_封闭 系统、_孤立_系统。 2. 描述系统状态变化时的热力学能变与功和热的关系式是 U = Q+W

13、 。系统从环境吸热时，Q _ _0，系统对环境做功时，W _ _0。 3. 等温等压。只做体积功的反应，Qp = _H _,而恒容反应时，Qv = _U _。 4. 热力学系统状态取决于 状态函数；反之，如果系统的 状态函数 全部都有确定的值，则系统的状态 确定的。 5. 状态函数与非状态函数本质上的区别在于：状态函数的 变化量只取决于系统变化过程的初始状态和最终状态，而非状态函数 的变化与过程变化的具体途径有关 。,4. 设有10molN2(g)和20molH2(g)在合成氨装置中混合，反应后有5molNH3(g)生成，试分别按下列反应方程式中各物质的化学计量数（vB）和物质的量的变化nB计

14、算反应进度并做出结论。 （1）1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g) （2）N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) 解： (1) 1/2N2(g) + 3/2H2(g)=NH3(g) 反应前n/mol 10 20 0 反应后n/mol 7.5 12.5 5.0,三、计算题：,（2） N2(g) + 3H2(g)=2NH3(g) 反应前n/mol 10 20 0 反应后n/mol 7.5 12.5 5.0,结论：反应进度（）值与选用反应式中的哪个物质的量的变化来进行计算无关，但与反应式的写法有关。,Q、W、U、H关系题,作业题2，9：略 作业题6.高炉炼铁中，主要反应有：,(1)分别计算298.15K时各反应的rHm和各反应rHm值之和； (2)将上列三个反应式合并成一个总反应方程式，应用各物质的fHm(298.15K)数据计算总反应的rHm ，并与(1)计算结果比较，做出结论。,作业题12. 阿波罗登月火箭用N2O4(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，利用下列fHm数据计算N2O4(l)的摩