当前位置：文档之家 › 第03章--化学反应系统热力学--习题及答案

第03章--化学反应系统热力学--习题及答案

  • 格式：doc
  • 大小：728.50 KB
  • 文档页数：17

第三章 化学反应系统热力学习题及答案§3.1 标准热化学数据（P126）1. 所有单质的 O m f G ∆ (T )皆为零？为什么？试举例说明？答：所有处于标准态的稳定单质的O m f G ∆ (T ) 皆为零，因为由稳定单质生成稳定单质的状态未发生改变。

如：单质碳有石墨和金刚石两种，O m f G ∆ (298.15K,石墨)=0，而O m f G ∆(298.15K,金刚石)=2.9 kJ·mol -1 (课本522页)，从石墨到金刚石状态要发生改变，即要发生相变，所以O m f G ∆ (298.15K,金刚石)不等于零。

2. 化合物的标准生成热(焓)定义成：“由稳定单质在298.15K 和100KPa 下反应生成1mol 化合物的反应热”是否准确？为什么？答：标准生成热(焓)的定义应为：单独处于各自标准态下，温度为T 的稳定单质生成单独处于标准态下、温度为T 的1mol 化合物B 过程的焓变。

此定义中（1）强调压力为一个标准大气压，而不强调温度；（2）变化前后都单独处于标准态。

3. 一定温度、压力下，发生单位化学反应过程中系统与环境交换的热Q p 与化学反应摩尔焓变r m H ∆是否相同？为什么？答： 等压不作其他功时（W’=0），数值上Q p =n r H ∆。

但Q p 是过程量，与具体的过程有关；而r m H ∆是状态函数，与过程无关，对一定的化学反应有固定的数值。

如将一个化学反应至于一个绝热系统中，Q p 为零，但r m H ∆有确定的数值。

§3.2 化学反应热力学函数改变值的计算（P131） 1.O mr G ∆(T )、m r G ∆(T )、Om f G ∆(B,相态,T )各自的含义是什么？ 答：Om r G ∆(T )： 温度为T ，压力为P θ，发生单位反应的ΔG ；m r G ∆(T )：温度为T ，压力为P ，发生单位反应的ΔG ；O mf G ∆(B,相态,T )：温度为T ，压力为P θ，由各自处于标准状态下的稳定单质，生成处于标准态1mol 化合物反应的ΔG 。

2. 25℃时，H 2O(l)及H 2O(g)的标准摩尔生成焓分别为-285.838 kJ mol -1及-241.825 kJ mol -1。

计算水在25℃时的气化焓。

解：g l ∆H m =Δf H m θ(H 2O,g)- Δf H m θ(H 2O,l)=-241.825-(-285.838)=44.01 kJ·mol -13．用热化学数据计算下列单位反应的热效应Om r H ∆(298.15K)。

(1) 2CaO(s)+5C(s,石墨)→2CaC 2(s)+CO 2(g) (2) C 2H 2(g)+H 2O(l)→CH 3CHO(g) (3) CH 3OH(l)+21O 2(g)→HCHO(g)+H 2O(l) 解： (1) 2CaO(s)+5C(s,石墨)→2CaC 2(s)+CO 2(g) Δf H m θ(kJ·mol -1)： -635.09 0 59.8 -393.509Δr H m θ(298.15K)=2Δf H m θ(CaC 2(s)) + Δf H m θ(CO 2(g)) - 2Δf H m θ(CaO(s)) - 5Δf H m θ(C(s))=[2×(-59.8)+(-393.509)] - 2×(-635.09) - 0=757.07 kJ·mol -1(2) C 2H 2(g)+H 2O(l)→CH 3CHO(g)Δc H m θ(kJ·mol -1)： -1300 0 -1193Δr H m θ(298.15K)= Δc H m θ(C 2H 2(g))+ Δc H m θ(H 2O(l))- Δc H m θ(CH 3CHO(g))=-1300-(-1193)=-107 kJ·mol -1注：C 2H 2(g)和CH 3CHO(g)的Δc H m θ数值本书未给出，是从其它物理化学书中查到的。

(3) CH 3OH(l)+21O 2(g)→HCHO(g)+H 2O(l) Δf H m θ(298.15K)： -238.66 0 -115.9 -285.83Δr H m θ(298.15K)=Δf H m θ(HCHO(g))+Δf H m θ(H 2O(l))-Δf H m θ(CH 3OH(l))-(1/2)Δf H m θ(O 2(g)) =-115.9+(-285.83)-(-238.66)= -163.16 kJmol -14．利用附录表中O m f H ∆ (B,相态,298.15 K)数据，计算下列反应的 O m r H ∆ (298.15K)及Or mU ∆ (298.15K)。

假定反应中各气体物质可视为理想气体。

(1) H 2S(g) + 3/2O 2(g) → H 2O(l) + SO 2(g) (2) CO(g) + 2H 2(g) → CH 3OH (l) (3) Fe 2O 3(s) + 2Al(s) →Al 2O 3(α) + 2Fe (s)解：O m r H ∆=Or m U ∆+ΣνB (g)RT 。

【因为H=U+PV ，ΔH=ΔU+Δ(PV)=ΔU+Δ(n g RT)= ΔU+RTΔn g ，对一定温度压力下的化学反应则有：O m r H ∆=O r m U ∆+ ΣνB (g)RT 】(1) H 2S(g) + 3/2 O 2(g) → H 2O (l) + SO 2(g)Omr H ∆=Δf H m θ(SO 2(g))+Δf H m θ(H 2O(l))- Δf H m θ(H 2S(g))-3/2Δf H m θ(O 2(g))=-296.83+(-285.83)-(-20.63)-0=-562.03 kJ·mol -1O mr H ∆=O r m U ∆+ ΣνB (g)RT Or mU ∆=O m r H ∆-ΣνB (g)RT= -562.03+(3/2)×8.314×298.15×10-3= -558.3 kJ·mol -l(2) CO(g)+2H 2(g)→CH 3OH(l)，Om r H ∆=(-238.66)-(-110.525)=-128.14 kJ·mol -1， Or mU ∆=O m r H ∆-ΣνB (g)RT=(-128.14)-(-3) ×8.314×298.15×10-3= -120.7 kJ·mol -l(3) Fe 2O 3(s)+2Al(s)→Al 2O 3(α)+2Fe(s)，Om r H ∆=(-1675.7)-(-824.2)= -851.5 kJ·mol -l ， Or mU ∆=O m r H ∆-ΣνB (g)RT=O m r H ∆= -851.5 kJ·mol -l5．计算在无限稀的溶液中发生下述单位反应的热效应。

已知标准摩尔生成焓数据(单位是kJ mol -1)：H 2O(l),-285.83；AgCl(s),-127.07；Na +,-329.66；K +,-251.21；Ag +,-105.90；NO 3-,-206.56；Cl -,-167.46；OH -,-229.94；SO 42-,-907.51。

(1) NaCl(∞,aq)+KNO 3(∞,aq)→ (2) NaOH(∞,aq)+HCl(∞,aq)→(3) 1/2Ag 2SO 4(∞,aq)+NaCl(∞,aq)→解：(1) 实质上是：Na ++Cl -+K ++NO 3-→Na ++Cl -+K ++NO 3-，没有化学反应，所以Om r H ∆=0(2) 实质上是：OH -(∞,aq)+H +(∞,aq)→H 2O(l)，Omr H ∆=Δf H m θ(H 2O(l))- Δf H m θ(H +(∞,aq))- Δf H m θ(OH -(∞,aq ))=-285.83-0-(-229.94)=-55.89 kJ·mol -1 (3) 实质上是：Ag +(∞,aq)+Cl -(∞,aq)→AgCl(s)，Om r H ∆=(-127.07)-(-105.9)-(-167.46)=146.29 kJ·mol -16．(1) CO(g) + H 2O(g) —→ CO 2(g) + H 2(g) Δϑm r H (298.15K)=-41.2 kJ ·mol –1(2)CH 4(g) + 2H 2O(g) —→CO 2(g) + 4H 2(g) Δϑm r H (298.15K)=165.0 kJ ·mol –1反应 CH 4(g) + H 2O(g) —→ CO(g) + 4H 2(g) 为 (2)-(1)：则：Δϑm r H (298.15K) = 165.0-(-41.2) = 206.2 kJ ·mol –17．解：CH 4(g) + Cl 2(g) —→ CH 3Cl(g) + HCl(g)Δϑm r H (298.15K) = 4ε(C-H)+ε(Cl-Cl)-3ε(C-H)-ε(C-Cl)-ε(H-Cl)=414.63+242.7-328.4-430.95= -102.02 kJ ·mol –1 C 2H 6(g) —→ C 2H 4(g) + H 2(g)Δϑm r H (298.15K) = 6ε(C-H)+ε(C-C)-ε(H-H)-4ε(C-H)-ε(C=C)=2×414.63+347.7-435.97-606.7 = 134.29 kJ ·mol –18. 由以下数据计算2,2,3,3四甲基丁烷的标准生成热。

已知：O m f H ∆[H(g)]=217.94 kJ mol -1，O m f H ∆[C(g)] =718.38 kJ mol -1，εC-C =344 kJ mol -1，εC-H = 414 kJ mol -1。

解：2,2,3,3四甲基丁烷的结构式如下：【含有7个C-C 键和18个C-H 键】9H 2(g)+8C(s,石墨)→C 8H 18， O m r H ∆=O m f H ∆(C 8H 18)【相当于9个H 2(g)变成18个H(g)原子，8个C(s,石墨)变成8个C(g)原子后（此时打开键需要吸收一定的能量），然后再组合成C 8H 18（放出一定的能量）。

】所以，O m f H ∆(C 8H 18)=O m r H ∆=18O m f H ∆[H(g)]+8O m f H ∆[C(g)] – (7εC-C +18εC-H )=18×217.94+8×718.38-7×344 -18×414= -190.04 kJ·mol -1C C CH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 39H2(g)+8C(S,石墨) C 8H1818H(g)+8C(g)9. 将0.005kg 的正庚烷放入弹式量热计内通氧燃烧，反应的结果使量热计量温度上升2.94 K ，已知量热计总的热容量为8175.54 J K -1，开始时的平均温度为298.15 K 。

合集下载

第3章热力学第二、三定律第8节相变和化学反应的吉布斯自由能变第9节热力学基本关系式解析

第3章热力学第二、三定律第8节相变和化学反应的吉布斯自由能变第9节热力学基本关系式解析


第九节 热力学基本关系式
几个函数的定义式 函数间关系的图示式 热力学基本方程 U, H, A, G的一阶偏导数 Maxwell 关系式 Maxwell 关系式的应用
几个函数的定义式
定义式适用于任何热力学平衡态体系，只是在特 定的条件下才有明确的物理意义。
H U pV
H Qp 恒压，不做非体积功
ΔG2=0, ΔG3=Vm(l)(P2-P1) =0.018×(101325-3168)
= 1.77J/mol
ΔG=ΔG1+ΔG2+ΔG3 = - 8583 J/mol < 0 所以该过程是不可逆过程。
此例还说明对于凝聚相，当温度不变，压力变化引起 的吉布斯自由能的改变量很小，可以忽略不计。
非平衡相变（可逆相变）: 需设计一可逆过程计算
(
N x
)
y
2 z xy
所以
M N ( y )x ( x )y
Maxwell 关系式
热力学函数是状态函数，数学上具有全微分性质，
将上述关系式用到四个基本方程中， 就得到Maxwell关系式：
( M y
)x
N ( x )y
(1) dU TdS pdV
(
T V
)S
(
p S
)V
(2) dH TdS Vdp
(dG)T , p > Wf
不可逆
" "表示可逆，平衡
(dG)T , p,Wf 0 0 " "表示不可逆，自发
理想气体等温可逆过程 G =WR
(dA)T ,R Wmax 可逆
(dA)T W
(dA)T ,V ,Wf 0 0
不可逆
" "表示可逆，平衡 " "表示不可逆，自发
第3章 热化学

第3章 热化学

解：M (C6H6）= 78.11×10-3kg.mol-1 , 对反应 1）ν苯= -1,ΣB（g）= -1.5有
ξ = nB/νB = -0.5320 ×10-3kg /(-1×78.11×10-3kg.mol-1)
= 6.811 ×10-3 mol 由题给条件，燃烧过程定容，W = 0。因此有
解：由附录可查得298.15K时各物质的标准摩尔燃烧焓数据，
c H my( (COOCH3)2，s ) = –1678.0 kJ· －1 mol c H my( CH3OH，l ) = –726.5 kJ· －1 mol c H my( (COOH)2，s ) = –120.2 kJ· －1 mol 代入 式（6-5-2）得： r Hmy (298.15K) = –120.2 – 2 ×726.5 – (–1678.0 ) =104.8 kJ· －1 mol kJ· －1 mol
T,V, W`=0 rUm=QV 根据状态函数的性质有：
rHm– rUm = PU + P（pV）– rUm = P（pV）+ TU
对理想气体 TU = 0，对实际气体，固体、液体TU ≈0。 所以有 rHm– rUm = P（pV） = p V
对固体、液体物质可略去体积变化，对理想气体 （实际气
注意：热力学标准态的温度T 是任意的。不过，许多物质的
热力学标准态时的热数据是在T＝298.15K下的值。 对于混合组分的标准态的定义，见前。
3 . 1 . 5 标准摩尔生成焓{变}
定义：在温度T 的标准状态下，由参考状态的单质生成1mol 指定相态的B物质时的标准摩尔反应焓变称为该物质B的标准摩 尔生成焓，用 fHmy（T）表示。 例如 甲醇的生成反应
yY(γ) + zZ(δ) H 2
03章 热力学第二定律

03章 热力学第二定律

第三章 第三章 热力学第二定律 热力学第二定律
Chapter Chapter3 3 The TheSecond SecondLaw Lawof ofThermodynamics Thermodynamics ¾ 不违背第一定律的事情是否一定能成功呢？ 例1. H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) ∆rHθm(298K) = -286 kJ.mol-1 加热，不能使之反向进行。 例2. 25 °C及pθ下，H+ + OHH2O(l)极易进行， 但最终[H+][OH-] = 10-14 mol2.dm-6，即 反应不进行到底。 ¾ 第二定律的任务：方向，限度
方法2
1mol H2O(l) 298.2K，pθ Ⅰ
等T, r 等T, p, ir ∆S, ∆H
H2O(g) 298.2K，pθ Ⅲ 等 T, r
H2O(l) 298.2K，3160Pa
Ⅱ
等T, p, r
H2O(g) 298.2K，3160Pa
¾ 具有普遍意义的过程：热功转换的不等价性
功不可能无代价，全部 热
① W Q 不等价，是长期实践的结果。
无代价，全部
② 不是 Q W 不可能，而是热全部变 功必须 付出代价(系统和环境)，若不付 代价只能部分变功
二、自发过程的共同特征 (General character of spontaneous process) (1) 自发过程单向地朝着平衡。 (2) 自发过程都有作功本领。 (3) 自发过程都是不可逆的。
= r Clausius Inequality (1) 意义：在不可逆过程中系统的熵变大于过程 的热温商，在可逆过程中系统的熵变等于过 程的热温商。即系统中不可能发生熵变小于 热温商的过程。 是一切非敞开系统的普遍规律。 (2) T是环境温度：当使用其中的“＝”时，可认为T 是系统温度。 (3) 与“第二类永动机不可能”等价。
基础化学电子教案习题解答(第三章)

基础化学电子教案习题解答(第三章)

习题解答（第三章）一、选择题1．与环境只有能量交换，而没有物质交换的系统称为（ C ）。

（A ）敞开系统 （B ）隔离系统 （C ）封闭系统 （D ）孤立系统2．某系统由状态A 变化到状态B ，经历了两条不同的途径，与环境交换的热和功分别为Q 1、W 1和Q 2、W 2。

则下列表示正确的是（ B ）。

（A ）Q 1＝Q 2，W 1＝W 2 （B ）Q 1＋W 1＝Q 2＋W 2（C ）Q 1＞Q 2，W 1＞W 2 （D ）Q 1＜Q 2，W 1＜W 23．当系统状态发生变化后，其热力学能差值一定为零是（ A ）。

（A ）循环过程 （B ）绝热过程 （C ）恒容过程 （D ）恒压过程4．某理想气体恒温压缩时，正确的说法是（ B ）。

（A ）ΔU ＞0，ΔH ＜0 （B ）ΔU ＝0， ΔH ＝0（C ）ΔU ＜0，ΔH ＜0 （D ）ΔU ＜0， ΔH ＞05．1mol 单原子理想气体，从300K 压缩到500K ，则其ΔH 为（ B ）。

（A ）300R （B ）500R （C ）－300R （D ）－500R6．298K 时，下列物质中θm f H ∆＝0的是（ B ）。

（A ）CO 2（g ） （B ）I 2(g) （C ）Br 2（l ） （D ）C （s ，金刚石）7．下列热力学第二定律的数学表达式正确的是（ A ）。

（A ）环T Q ds δ≥ （B ）环T dQ ds ≥ （C ）T Q ds R δ≥ （D ）TdQ ds = 8．理想气体经不可逆循环，其熵变为（ C ）。

（A ）0>∆S （B ）0<∆S （C ）0=∆S （D ）0=∆总S二、判断题（正确的划“√”，错误的划“×”）1．在热力学中，将研究的对象称为系统，而与系统密切相关的部分称为环境。

（ √ ）2．1mol H 2O （l ）由373.15K ，101.325kPa 下，变成同温同压下的水蒸气，则该过程的△U ＝0。