工科大学化学教材习题解答

1一、化学反应热1．说明下列符号的含义。VQmrH(T)ΘmrH(T)ΘmfH（T）答：VQ：等容反应热；mrH(T)：某温度下，反应的摩尔焓变（数值等于等压反应热）；ΘmfH(T)：某温度下某物质的标准摩尔生成焓；：反应进度。2．盖斯定律的使用条件，下列哪种说法正确？（1）等压（2）等容（3）等温、等容或等温、等压（4）等温、不做有用功，等容或等压答：正确答案为（4）。3．热力学标准态的含义？为什么要确定热力学标准态？答：热力学标准态是指在温度T（但没有限定温度）和标准压力[pΘ(100kPa)]下物质所处状态。而对纯理想气体热力学标准态是指该气体处于标准压力[pΘ(100kPa)]下的状态。混合理想气体中任一组分的标准态是指该组分气体的分压为pΘ时的状态。因为化学反应中的能量以及状态函数改变是受许多条件（如温度、压力、浓度、聚集状态等）的影响，为了比较方便，国际上规定了物质的热力学标准态。4．简述照明弹中的铝、镁、硝酸钠和硝酸钡等物质各起什么作用？答：金属铝、镁在燃烧时,可以放出大量热（MgO,mfH=-601.7kJ/mol,32OAl,mH=-1675.69kJ/•mol-1）产生千度以上的高温，而反应放出的热量又能使硝酸盐分解产生O2，又加速镁、铝的燃烧反应，使照明弹更加绚丽夺目。在其中铝和镁作为还原剂；氧气、硝酸钠和硝酸钡等作氧化剂。5．通过计算说明，氧－乙炔焰为什么可以用于金属焊接和切割？答：（5/2）O2+C2H2=2CO2+H2O(g)mfH/（kJ•mol-1）0226.7-393.5-241.8rHm=fHm(生成物)－mfH（反应物）△rHm=2×(-393.5)+(-241.82)–226.7–0=-1255.5kJ·mol-1因反应放出大量热，可以熔化金属，所以可用于焊接或切割金属。6．通过计算说明，为什么称硼的氢化物（硼烷），硅的氢化物（硅烷）是高能燃料[已知B2H6（g）的ΘmfH＝36.56kJ·mol-1，B2O3（s）的ΘmfH＝-1132.55kJ·mol-1；SiH4（g）的ΘmfH＝34.31kJ·mol-1，SiO2（s）的ΘmfH＝-910.7kJ·mol-1]。解：B2H6（g）+3O2(g)=B2O3（s）+3H2O（g）mfH／（kJ·mol-1）36.560-1132.55-241.82△rHm=-1132.55+3×(-241.82)–36.56–0=-1894.57kJ·mol-1SiH4（g）+2O2(g)=SiO2（s）+2H2O（g）mfH／（kJ·mol-1）34.310-910.7-241.822△rHm=-910.7+2×(-241.82)–34.31–0=-1428.65kJ·mol-1上述两个反应都放出大量热，因此B2H6（g）和SiH4（g）可以作为高能燃料。7．已知下列反应的化学反应热C（石墨）+O2（g）=CO2（g）ΔrHm(1)=-393.5kJ·mol-1H2（g）+(1/2)O2（g）=H2O（l）ΔrHm(2)=-285.8kJ·mol-1C2H6（g）+(7/2)O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）ΔrHm(3)=-1559.8kJ·mol-1不用查表，计算由石墨和氢气化合生成1molC2H6（g）反应的ΔrHm。解:根据Hess定律ΔrHm(C2H6)=2ΔrHm(1)+3ΔrHm(2)-ΔrHm(3)所以ΔrHm(C2H6)=2×(－393.5)+3×(－285.8)－(－1559.8)=－84.6kJ·mol-18．在用硝石制硝酸时，下列反应同时发生（1）KNO3（s）+H2SO4（l）=KHSO4（s）+HNO3（g）（2）2KNO3（s）+H2SO4（l）=K2SO4（s）+2HNO3（g）制得的硝酸中80%是由反应（1）产生的，20%是由反应（2）产生的。问在25℃制取1kgHNO3(g)时将放出多少热量？已知KNO3、H2SO4、KHSO4、HNO3（g）、K2SO4的标准生成焓依次为-494.63、813.99、-1160.6、135.6、-1437.79（kJ·mol-1）。解：KNO3（s）+H2SO4（l）=KHSO4（s）+HNO3（g）方程（1）mfH/(kJ•mol-1)-494.63813.99-1160.6135.6rHm=fHm(生成物)－mfH（反应物）△rHm(1)=(－1160.6+135.6)－(－494.63+813.99)=－1344.36kJ·mol-12KNO3（s）+H2SO4（l）=K2SO4（s）+2HNO3（g）方程（2）mfH/（kJ•mol-1）-494.63813.99-1437.79135.6△rHm(2)=[-1437.79]+2×(135.6)]-[2×(-469.63)+(813.99)]=－991.32kJ·mol-1HNO3的相对分子量为63,1kgHNO3的物质的量n=631000=15.9(mol)制取1kgHNO3(g)时的反应热为kg/kJ1004.232.10419.15%2036.13449.15%8049．甘油三油酸脂是一种典型的脂肪，当它在人体内代谢时发生下列反应C57H104O6（s）+80O2（g）=57CO2（g）+52H2O（l）该反应的mrH=-3.35×104kJ·mol-1，问如以当代男大学生平均每人每日耗能10125.3kJ，且以完全消耗这种脂肪来计算，每天需消耗多少脂肪？解：每天消耗脂肪物质的量(mol)302.0335003.101253.10125mrHn该脂肪相对分子量为884；每天消耗脂肪的质量为：0.302×884=267.0(g)10．葡萄糖（C6H12O6）完全燃烧反应的方程式为C6H12O6（s）+6O2（g）=6CO2（g）+6H2O（l）该反应的ΘmrH=-2820kJ·mol-1，反应热的约40%可用于肌肉活动的能量。试计算一匙葡萄糖（以3.8g计）在人体内氧化时，可获得的肌肉活动能量。解：葡萄糖相对分子量为180；一匙葡萄糖(3.8g)的物质的量为3.8/180=0.021(mol)一匙葡3萄糖被氧化放出的热量为0.021mrH=0.021×2820=59.2kJ可获得的肌肉活动能量59.2×40%=23.7kJ11．辛烷是汽油的主要成分，据附录的有关数据计算下列两个反应的热效应，并从计算结果比较得出结论（已知：ΘmfH（C8H18，l）=-218.97kJ·mol-1）？（1）完全燃烧C8H18（l）+O2（g）→CO2（g）+H2O（l）（2）不完全燃烧C8H18（l）+O2（g）→C（s）+H2O（l）解：据附录查得下列物质C8H18(l),O2(g),CO2(g),C(s),H2O(l)的标准生成焓变分别为218.97kJ.mol-1,0,－393.5kJ.mol-1,0,－285.83kJ.mol-1rHm=fHm(生成物)－fHm(（反应物）C8H18（l）+（25/2）O2（g）=8CO2（g）+9H2O（l）mfH/（kJ•mol-1）-218.970-393.5-285.83△rHm(1)=8(-393.5)+9(-285.83)－0－(-218.97)=-5501.58kJ·mol-1C8H18（l）+（9/2）O2（g）=16C（s）+9H2O(l)mfH/（kJ•mol-1）-218.9700-285.83△rHm(2)=0+9(-285.83)－0－(-218.97)=2353.5kJ.·mol-1△rHm(1)△rHm(2)，结论：完全燃烧放热量大。4二、化学反应进行的方向和限度1．下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。（1）因为QP=ΔH，而ΔH与变化途径无关，是状态函数，所以Vq也是状态函数。答：错,H是状态函数，但是焓变（ΔH）不是状态函数。热量、功以及状态函数的变量“Δ”都不是状态函数。（2）单质的标准生成焓(ΘmfH)和标准生成吉布斯函数变(ΘmfG)都为零，因此其标准熵也为零。答：错，因H和G的绝对值还无法得到，因此采用相对值，根据定义，最稳定单质的ΘmfH和ΘmfG都为零，而S有绝对值，除完美晶体在OK时的熵等于0外，其它条件下的熵（包括标准熵）皆不为零。但离子的熵也是相对值，是以氢离子为相对标准（H+的mS=0）（3）对于纯固、液、气态物质而言，100kPa、298K是其标准态。答：对。虽然热力学标准态不指定温度，但是任何温度都有其对应的标准态。（4）H、S、G都与温度有关，但ΔH，ΔS，ΔG都与温度关系不大。答：错，一般认为反应的ΔH，ΔS与温度关系不大，但ΔG=ΔH-TΔS所以ΔG与温度有关。（5）等温等压条件下，用ΘmrG就可以判断任何一个化学反应的方向。答：错，等温等压条件下用mrG（0或0）判断反应方向，而不是用ΘmrG。（6）化学反应进度可以度量化学反应进行的程度，所谓1mol反应是指各物质按化学计反应方程式进行的完全反应。答：对（7）ΘK与KC、KP在数值上是相等的，但量纲不一定相同，答：(有关数值)KC与ΘK的数值相等；当BB0ν时，PK与ΘK的数值也相等。（有关量纲）ΘK没有量纲；当BB0时，KC与KP也都没有量纲；但是BB0时，KC与KP有量纲；例如合成氨反应(g)NH2(g)H3(g)N322设平衡时p(NH3)=247kPa；p(N2)=1kPa；p(H2)=10kPa。Kp＝323HN2NH)()(223PaPaPaPPP=4322Pa100001000Pa247000）（）（=6.1×10－5(Pa)－2假如单位用atm，Kp=6.1×105atm2；或用mmHg，Kp=1.06mmHg2。Kθ=3HN2NH))(()(223pppppp=532101.6100000/10000100000/1000100000/247000）（）（）（5可以看出BB0时，Kp有量纲，且数值与Kθ不等。（8）ΘmrG0，反应不能自发进行，但其平衡常数并不等于零。答：ΘmrG0，只能说明在标准态下，过程不能自发进行。在非标准态下，而且|ΘmrG|又不是很大时，不能用于判断反应方向。可逆反应平衡常数都不应为零。2．选择题（将正确答案的标号填入空格内）(1)下列物理量属于状态函数的是①②③⑤⑦⑧。①T②p③V④W⑤H⑥ΔH⑦S⑧G答：正确答案为①②③⑤⑦⑧。(2)生产水煤气的反应为C（s）+H2O（g）===CO（g）+H2（g）该反应的ΘmrH=131.3kJ·mol-1，则该反应是①（∵系统ΔH0，ΔS0）。①低温下正向不自发，高温下正向自发；②低温下正向自发，高温下正向不自发；③任何温度下正向都自发；④任何温度下正向都不自发答：正确答案为①。3．不用查表，将下列物质按标准熵ΘmS值由大到小的顺序排列。（1）Si（s）（2）Br（l）（3）Br（g）答：ΘmS（3）ΘmS（2）ΘmS（1）4．给出下列过程的ΘmrG，ΘmrH，ΘmrS的正负号（或零）（1）电解水生成H2和O2；（2）H2O（g）273KH2O（l）；（3）H2O（l）268KH2O（s）答：各变化量的符号如下表所示ΘmrGΘmrHΘmrS（1）+++（2）---（3）---5．SiC是耐高温材料，问以硅石（SiO2）为原料，在标准状态和298K时能否制得SiC。解：SiO2+C=SiC+CmfG/(kJ·mol-1)-856.670-62.760-1molJk91.793)67.856(76.62mrG＞0。结论：不能在此条件下制备SiC。6．由二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法（1）MnO2（s）+2H2（g）=Mn（s）+2H2O（g）ΘmrH=37.22k