第一章化学热力学基础参考答案

1第一章2．计算下行反应的标准反应焓变△rHθm:解：①2Al(s)+Fe2O3(s)→Al2O3(s)+2Fe(s)△fHθm(kJ•mol-1)0-824.2-1675.70△rHθm=△fHθm(Al2O3,s)+2△fHθm(Fe,s)-2△fHθm(Al,s)-△fHθm(Fe2O3,s)=-1675.7+2×0-2×0-(-824.2)=-851.5(kJ•mol-1)②C2H2(g)+H2(g)→C2H4(g)△fHθm(kJ•mol-1)226.73052.26△rHθm=△fHθm(C2H4,g)-△fHθm(C2H2,g)-△fHθm(H2,g)=52.26-226.73-0=-174.47(kJ•mol-1)3.由下列化学方程式计算液体过氧化氢在298K时的△fHθm(H2O2，l)：①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△rHθm=-214.82kJ•mol-1②2H(g)+O(g)=H2O(g)△rHθm=-926.92kJ•mol-1③2H(g)+2O(g)=H2O2(g)△rHθm=-1070.6kJ•mol-1④2O(g)=O2(g)△rHθm=-498.34kJ•mol-1⑤H2O2(l)=H2O2(g)△rHθm=51.46kJ•mol-1解：方法1：根据盖斯定律有：[（方程①-方程②+方程③-方程⑤）×2-方程④]÷2可得以下方程⑥H2(g)+O2(g)=H2O2(l)△rHθm△rHθm=[(△rHθ1-△rHθ2+△rHθ3-△rHθ5)×2-△rHθ4]÷2={[-214.82-(-926.92)+(-1070.6)-51.46]×2-(-498.34)}÷2=[(-409.96)×2+498.34]÷2=(-321.58)÷2=-160.79(kJ•mol-1)△fHθm(H2O2,l)=△rHθm=-160.79kJ•mol-1方法2：(1)由①可知H2O的△fHθm(H2O,g)=-214.82kJ•mol-1(2)根据④计算O的△fHθm(O,g)2O(g)=O2(g)△rHθm=-498.34kJ•mol-1△rHθm=△fHθm(O2,g)-2△fHθm(O,g)=0-2△fHθm(O,g)=-498.34kJ•mol-1△fHθm(O,g)=249.17kJ•mol-1(3)根据②求算△fHθm（H,g)2H(g)+O(g)=H2O(g)△rHθm=-926.92kJ•mol-1△fHθm(kJ•mol-1)249.17-214.82△rHθm=△fHθm(H2O,g)-2△fHθm(H,g)-△fHθm(O,g)=-214.82-2△fHθm(H,g)-249.17=-926.922△fHθm(H,g)=231.465kJ•mol-1(4)根据③求算△fHθm（H2O2,g)2H(g)+2O(g)=H2O2(g)△rHθm=-1070.6kJ•mol-1△fHθm(kJ•mol-1)231.465249.17△rHθm=△fHθm(H2O2,g)-2△fHθm(H,g)-2△fHθm(O,g)=△fHθm(H2O2,g)-2×231.465-2×249.17=-1070.6△fHθm(H2O2,g)=-109.33kJ•mol-1(5)根据⑤求算△fHθm(H2O2,l)H2O2(l)=H2O2(g)△rHθm=51.46kJ•mol-1△fHθm(kJ•mol-1)-109.33△rHθm=△fHθm(H2O2,g)-△fHθm(H2O2,l)=-109.33-△fHθm(H2O2,l)=51.46△fHθm(H2O2,l)=-160.79kJ•mol-14.在373K，101.3kPa下，2.0molH2和1.0molO2反应，生成2.0mol的水蒸气，总共放热484kJ的热量，求该反应的△rHm和△U。解：2H2（g）+O2(g)=2H2O(g)(1)定压下Qp=△rHm=-484kJ即△rHm=-484kJ•mol-1(2)△U=QP–P△V=QP-△nRT=-484–(2–2–1)×8.314×10-3×373=-480.90kJ5.用弹式量热计测得下列反应C7H16(l)+11O2(g)→7CO2(g)+8H2O(l)在298K时Qv=-4804kJ•mol-1，试求反应的等压热效应Qp。解：Qp=Qv+△nRT=-4804+（7-11）×8.314×10-3×298=-4813.91kJ6.已知298K时：①C6H4(OH)2(aq)→C6H4O2(aq)+H2(g),△rHθm,1=177.4kJ•mol-1②O2(g)+H2(g)→H2O2(aq),△rHθm,2=-191.2kJ•mol-1③1/2O2(g)+H2(g)→H2O(g),△rHθm,3=-241.8kJ•mol-1④H2O(g)→H2O(l),△rHθm,4=-44.0kJ•mol-1试计算下面反应的△rHθm：C6H4(OH)2(aq)+H2O2(aq)→C6H4O2(aq)+2H2O(l)解：C6H4(OH)2(aq)+H2O2(aq)→C6H4O2(aq)+2H2O(l)（5）∵反应5=反应1-反应2+2×（反应3+反应4）3∴△rHθm，5=△rHθm,1-△rHθm,2+2×（△rHθm,3+△rHθm,4）=177.4-（-191.2）+2×（-241.8-44.0）=-203kJ•mol-18．已知298K标态下：△fHθm(O,g)=249.1kJ•mol-1,△fHθm(N,g)=472.7kJ•mol-1,O(g)+N(g)→NO(g)△rHθm=-631.8kJ•mol-1,求反应1/2N2（g）+1/2O2(g)=NO(g)的△Hθ298K=?解：设计盖斯循环，△Hθ298K=△Hθ1+△Hθ2+△Hθ3=△fHθm(N,g)+△fHθm(O,g)+△rHθm(NO,g)=472.7+249.1-631.8=90.0(kJ/mol)9．选择正确答案的序号填入括号内。答案(1)D.110.5,解：∵反应③=反应①-反应②∴△Hθ3=△Hθ1-△Hθ2=-393.5+283=110.5(2)C、-270.1,解：由反应①求算△Hθf(HBr),△Hθ1=2△Hθf(HBr,g)–(△Hθf(H2,g))+△Hθ(Br2,l)=2△Hθf(HBr,g)-0-0=-72.4(kJ•mol-1)△Hθf(HBr,g)=-72.4./2=-36.2(kJ•mol-1)由反应②求算△Hθf(NH3),△Hθ2==2△Hθf(NH3,g)–(3△Hθf(H2,g))+△Hθ(N2,g)=2△Hθf(NH3,g)-3×0-0=-92.4(kJ•mol-1)△Hθf(NH3,g)=-92.4./2=-46.2(kJ•mol-1)由反应③求算△Hθf(NH4Br，s),△Hθ3=△Hθf(NH4Br，s)–[△Hθf(NH3,g)+△Hθf(HBr,g)]=△Hθf(NH4Br，s)–[-36.2-46.2]=-187.7△Hθf(NH4Br，s)=-187.7+（-82.4）=-270.1(kJ•mol-1)(3)B、2C(石墨)+3H2(g)=C2H6(g)∵根据QP=Qv+△nRT有：QP-Qv=△nRT，当|△n|越大，则QP与Qv的差值也就越大。依题意：反应A的|△n|=|1-1/2|=1/24反应B的|△n|=|1-3|=2反应C的|△n|=|1-1|=0反应D的|△n|=|1-1/2-3/2|=1∴选B、2C(石墨)+3H2(g)=C2H6(g)（４）选D、-5.994．解：依题意：H2O(s)=H2O(l)的△H=+333J.g-1则有：H2O(l)=H2O(s)的△H=-333J.g-118g的水转化为同温度的冰，其焓变为：△H=-333J.g-1×18g-1=-5994J=-5.994kJ（5）C、-286．解：由反应可得：△rHθm=2.△Hθf(H2O,l)-[2△Hθf(H2,g)+△Hθ(O2,g)]=2.△Hθf(H2O,l)-[2×0+0]=-572△Hθf(H2O,l)=-572/2=-286(kJ.mol-1)(6)B、-89.6.解：依题意有：KClO3(s)=KCl(s)+3/2O2(g)的△Hθ1=-44.8kJ则：反应2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2（g）的△Hθ2为：△Hθ2=2△Hθ1=2×（-44.8）=-89.6(kJ)(7)B、b-a．解：反应（1）-反应（2）得反应（3）：MnO2(s)=Mn(s)+O2(g)△Hθ3-----(3)△Hθ3=△Hθ1-△Hθ2=a-b△Hθ3=△Hθf(Mn,s)+△Hθf(O2,g)-△Hθf(MnO2,s)=a-b解得：△Hθf(MnO2,s=b-a选B、b-a(8)A、△Hθf(CO2，g)=△Hθ解：由反应可得：△Hθ=△Hθf(CO2，g)-[△Hθf(C石墨，s)+△Hθf(O2，g)]=△Hθf(CO2，g)-[0+0]△Hθ=△Hθf(CO2，g)10.不查表、比较下列物质的Sθm的大小。（1）O2(g),O3(g),SO2(g)（2）Br2(g),Cl2(g),F2(g),I2(g)解：(1)Sθm的大小为：Sθm(O2,g)Sθm(O3,g)Sθm(SO2,g)。∵1molO2的原子数少于O3(g),e而1mol的O3的摩尔质量小于SO2(g)的摩尔质量。(2)Sθm的大小为：Sθm(F2,g)Sθm(Cl2,g)Sθm(Br2,g)Sθm(I2,g)，∵M(F2)M(Cl2)M(Br2)M(I2)，对于同类物质，摩尔质量越大，则熵值越大。11、确定下列过程中，系统是熵增还是熵减，或基本不变？（1）KNO3溶于水中；5（2）乙醇（l）→乙醇（g）(3)碳与氧气反应生成二氧化碳；（4）石灰石分解。（1）△Sθm0，即熵值增大。∵KNO3(s)→K+(aq)+NO-3(aq)根据P25①可知液态的熵值大于固态的熵值。（2）△Sθm0，即熵值增大。∵乙醇（l）→乙醇（g）根据P25①可知液态的熵值大于固态的熵值。（3）△Sθm≈0即熵值基本保持不变。反应前后的气体△n=0（4）△Sθm0，即熵值增大。因为反应后有CO2产生，而气体的熵值大于固体的。12、1mol水在其沸点373K下汽化，恒压汽化热为40.68kJ•mol-1,求该过程的W,Qp,△U,△rHm,△rGm和△rSm。解：依题意有100kPa、373K时△rHm=Qp=40.68kJ.mol-1根据mmrmrSTHG相平衡时，0mrG∴有：THSmrmr)(1.1093731068.40113molKJ根据W=-P.△V=-△nRT×10-3W=-RT×10-3=-8.314×373×10-3=-3.10(kJ)根据△U=Q+W得：△U=QP+W=40.68+(–3.10)=37.58(kJ)∴在定温、定压下：△rHm=Q=40.68kJ/mol△rGm=0kJ/mol△rSm=109.1J.K-1.mol-1W=-3.10kJ14、计算化学反应：C2H5OH(g)=C2H4(g)+H2O(g)能自发进行的温度？解：C2H5OH(g)=C2H4(g)+H2O(g)查表：△Hfθ(kJ/mol)-235.152.26-241.8Sθ(J/mol.K)282.7219.56188.8△Hθ=-241.8+52.26-(235.1)=45.56(kJ/mol)△Sθ=188.8+219.56-282.7=125.66(J/mol.K)6根据：SHT得：345.5610362.57()125.66TK18.计算下列反应标准状态下，300K时△rGθm，并判断该条件下反应自发进行的方向。（1）2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s);(2)4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g);