工程化学课后答案

1第一章化学反应原理1．今有一密闭系统，当过程的始终态确定以后，下列各项是否有确定值？Q,W,Q-W,Q+W,ΔH,ΔG答：Q+W,ΔH,ΔG有确定值，Q,W,Q-W无确定值。2．下列各符号分别表示什么意义？H，ΔH，ΔHθ，Δfθ298H(B),θ298S(B),Δfθ298G(B)答：H：焓；ΔH：焓变；ΔHθ：标准焓变；Δfθ298H(B)：298K时B物质的标准生成焓；θ298S(B)：298K时B物质的标准熵；Δfθ298G(B)：298K时B物质的标准生成吉布斯函数。3.下列反应的Qp和QV有区别吗？（1）2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)（2）NH4HS(s)＝NH3(g)+H2S(g)（3）C(s)+O2(g)=CO2(g)（4）CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)答：（1）、（2）有区别。4.已知下列热化学方程式：（1）Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)；Δθ298H=-27.6kJ/mol；（2）3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)；Δθ298H=-58.6kJ/mol；（3）Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)；Δθ298H=38.1kJ/mol；不用查表，计算下列反应的Δθ298H：（4）FeO(s)+CO=Fe(s)+CO2(g)解：[（1）×3—（2）—（3）×2]/6=（4）Δθ298H（4）=[（-27.6）×3—（-58.6）—38.1×2]/6=—16.72（kJ/mol）5.查表计算下列反应的Δθ298H：（1）Fe3O4(s)+4H2(g)=3Fe(s)+4H2O(g)（2）4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)（3）CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)（4）S(s)+O2(g)=SO2(g)解：（1）Fe3O4(s)+4H2(g)=3Fe(s)+4H2O(g)Δfθ298H—1118.400—241.82Δθ298H=4×（—241.82）+1118.4=151.12（kJ/mol）（2）4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l)Δfθ298H—46.11090.25—285.83Δθ298H=6×（—285.83）+4×90.25+4×46.11=—1169.54（kJ/mol）（3）CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)Δfθ298H—110.52—241.82—393.502Δθ298H=（—393.5）+110.52+241.82=—41.16（kJ/mol）（4）S(s)+O2(g)=SO2(g)Δfθ298H00—296.83Δθ298H=—296.83（kJ/mol）6.查表计算下列反应的Δθ298H：（1）Fe(s)+Cu2+(aq)=Fe2+(aq)+Cu(s)（2）AgCl(s)+I-(aq)=AgI(s)+Cl-(aq)（3）2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq)（4）CaO(s)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2OH-(aq)解：（1）Fe(s)+Cu2+(aq)=Fe2+(aq)+Cu(s)Δfθ298H064.77—89.10Δθ298H=—89.1—64.77=153.9（kJ/mol）（2）AgCl(s)+I-(aq)=AgI(s)+Cl-(aq)Δfθ298H—127.07—55.19—61.84—167.16Δθ298H=—167.16—61.84+127.07+55.19=—46.74（kJ/mol）（3）2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq)Δfθ298H—48.50—89.164.77Δθ298H=2×（—89.1）+64.77+2×48.5=—16.43（kJ/mol）（4）CaO(s)+H2O(l)=Ca2+(aq)+2OH-(aq)Δfθ298H—635.09—285.83—542.83—230Δθ298H=—2×230—542.83+635.09+285.83=—81.91（kJ/mol）7.查表计算下列反应的Δθ298S和Δθ298G：（1）2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)（2）3Fe(s)+4H2O(l)=Fe3O4(s)+4H2(g)（3）Zn(s)+2H+(aq)=Zn2+(aq)+H2(g)（4）2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq)解：（1）2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)θ298S197.56205.03213.64Δfθ298G—137.150—394.36Δθ298S=2×213.64—2×197.56—205.03=—172.87（J·K-1·mol-1）Δθ298G=2×（—394.36）+2×137.15=—514.41（kJ/mol）（2）3Fe(s)+4H2O(l)=Fe3O4(s)+4H2(g)θ298S27.2869.91146.4130.57Δfθ298G0—237.18—1015.50Δθ298S=4×130.57+146.4—3×27.28—4×69.91=307.2（J·K-1·mol-1）Δθ298G=（—1015.5）+4×237.18=—66.38（kJ/mol）3（3）Zn(s)+2H+(aq)=Zn2+(aq)+H2(g)θ298S41.630—112.1130.57Δfθ298G00—147.030Δθ298S=130.57—112.1—41.63=—23.16（J·K-1·mol-1）Δθ298G=—147.03（kJ/mol）（4）2Fe3+(aq)+Cu(s)=2Fe2+(aq)+Cu2+(aq)θ298S—315.933.15—137.764.77Δfθ298G—4.60—78.8765.52Δθ298S=64.77—2×137.7—33.15+2×315.9=388.02（J·K-1·mol-1）Δθ298G=65.52—2×78.87+2×4.6=—83.02（kJ/mol）8.已知反应4CuO(s)=2Cu2O(s)+O2(g)的Δθ298H=292.0kJ/mol,Δθ298S=220.8J·K-1·mol-1，设它们皆不随温度变化。问：（1）298K、标准状态下，上述反应是否正向自发？（2）若使上述反应正向自发，温度至少应为多少？解：（1）Δθ298G=292.0—298×220.8×10—3=226.2（kJ/mol）0,不自发（2）须ΔθTG=292.0—T×220.8×10—30,T1322.5(K)9.对于合成氨反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g),查表计算：（1）298K、标准状态下，反应是否自发？（2）标准状态下，反应能够自发进行的最高温度是多少？设反应的ΔH和ΔS不随温度变化。（3）若p(N2)=10pθ,p(H2)=30pθ,p(NH3)=1pθ,反应能够自发进行的温度又是多少？设反应的ΔH和ΔS仍不随温度变化。解：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)θ298S191.5130.57192.5Δfθ298H00—46.11Δθ298S=2×192.5—3×130.57—191.5=—198.21（J·K-1·mol-1）Δθ298H=—2×46.11=—92.22（kJ/mol）（1）Δθ298G=—92220+298×198.21=—33.15（kJ/mol）0,自发（2）须ΔθTG=—92220+T×198.210,T464(K)（3）须ΔTG=—92220+T×198.21+3230101ln314.8T0,T979(K)10．已知CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的Δθ298H=178.4kJ/mol,ΔSθ298=160.5J·K-1·mol-1。试计算CaCO3(s)在空气中（CO2体积分数为0.033%）开始分解的近似温度。解：须ΔTG=178400—160.5T+ppT00033.0ln314.80,T785(K)11．写出下列各反应平衡常数Kθ的表达式（不计算）：（1）2NO(g)+O2(g)2NO2(g)4（2）C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)（3）HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)（3）Pb(s)+2H+(aq)Pb2+(aq)+H2(g)解：（1）ppppppK/)O()/)NO(()/)NO((2222（2）ppppppK/)OH()/)H(()/)CO((22（3）)HAc()Ac()H(cccK（4）)H()Pb()/)H((222ccppK12.973K时，反应：CO(g)+H2O(g)CO2g)+H2(g)的Kθ=1.56,问：（1）973K,标准状态下，反应是否自发？（2）若p(CO2)=p(H2)=1.27×105Pa,p(CO)=p(H2O)=0.76×105Pa,反应是否自发？解：（1）KRTGln=—8.314×973ln1.56=—35970,自发（2）2276.027.1ln973314.83597lnQRTGG=47090,不自发13．已知N2O4(g)2NO2(g)的Δθ298G=4836J/mol。现将盛有3.176gN2O4的1L密闭容器置于25℃的恒温槽中，问：平衡时容器内的总压力为多少？解：n=3.176/92=0.0345molKθ=e—4836/(8.314×298)=0.142开始时N2O4的压力为：0.0345×8.314×298/10—3=85476(Pa)=0.8436pθ设平衡时NO2的分压为xpθ,则N2O42NO20.8436-x2x142.08436.0)2(2xx,解得x=0.158pθp总=0.8436+0.158=1.002pθ14．523K时，将0.70molPCl5(g)注入2.0dm3的密闭容器中，反应：PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)达平衡时，有0.5mol的PCl5被分解了。求523K时反应的Kθ。解：PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)开始时物质的量/mol0.700平衡时物质的量/mol0.20.50.5平衡时分压/Pa31022.0RT31025.0RT31025.0RT82.26101325/)102/(523314.82.0]101325/)102/(523314.85.0[323K15．740K时，Ag2S(s)+H2(g)2Ag(s)+H2S(g)的Kθ=0.36。该温度下，将一密闭容器中的1.0molAg2S完全还原，至少需要多少mol的H2？解：设平衡时H2物质的量为xAg2S(s)+H2(g)2Ag(s)+H2S(g)平衡时物质的量/molx1.05平衡时分压/pθpVxRT/pVRT/0.1pVRT/0.1/pVxRT/=0.36,解得x=2.78(mol),加上反应掉的1mol,共需3.78mol.16．反应2Cl2(g)+2H2O(g)4HCl(g)+O2(g)的ΔHθ0。请根据吕·查德里原理判断下列左方操作对右方平衡数值的影响。（1）升高温度Kθ↑，O2物质的量↑（2）加H2OH2O物质的量↑，Cl2物质的量↓（3）加Cl2Kθ不变，HCl物质的量↑（4）增大容器体积Kθ不变，O2物质的量↑（5）加压Kθ不变，O2物质的量↓17．判断正错（-）（1）反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)两边的摩尔数相等，所以Qp=QV。（+）（2）可逆反应达平衡后，若平衡条件不变，则各反应物和生成物的浓度（或分压）为定值。（-）（3）由反应式2NH3=N2+3H2可以知道，这是一个二级反应。（+）（4）对于给定的T2、T1来说，活化能越大的反应受温度的影响越大。18．选择填空（1）等温等压条件下，某反应的Δθ298G=10kJ/mol，则该反应D