无机答案第3章 化学热力学基础

第三章 化学热力学基础思考题与习题2-1 何谓物质的标准状态？答：物质的标准状态是在温度为T 及标准压力Pө（Pө=100 kpa ）下的状态。

2-2 计算下列各体系由状态A 变化到状态B 时热力学能的变化(1) 吸收了2000KJ 热量，并对环境做功300KJ 。

(2) 向环境放出了12.54KJ 热量，并对环境做功31.34KJ 。

(3) 从环境吸收了7.94KJ 热量，环境对体系做功31.34KJ 。

(4) 向环境放出了24.5KJ 热量，环境对体系做功26.15KJ 。

解：（1）1700KJ 300KJ -KJ 2000==+=∆W Q U(2) -43.88KJ 31.34KJ -KJ 4.512=-=+=∆W Q U(3) KJ 8.293KJ 4.331KJ 4.97=+=+=∆W Q U(4) 1.64KJ 26.15KJ .5KJ 24=+-=+=∆W Q U2-3 某体系由状态Ⅰ沿途径A 变到状态Ⅱ时从环境吸热314.0 J ，同时对环境做功117.0 J 。

当体系由状态Ⅱ沿另一途径B 变到状态Ⅰ时体系对环境做功44.0 J ，问此时体系吸收热量为多少？ 解：（1）由状态Ⅰ变到状态Ⅱ：J 0.197J 0.117J 0.3141=-=+=∆W Q U（2）由状态Ⅱ变到状态Ⅰ：122U J,0.44U W ∆-=∆-=J 0.1971222-=∆-=-=∆U W Q U J 0.1532-=Q2-4、在1标准压力下，100℃时1mol 液态水体积为18.8mL ，而1mol 水蒸气的体积为30.2ml ，水的汽化热为40.67KJ ·mol -1，计算100℃时在标准压力下由30.2g 液态水蒸发为水蒸气时的△H 和△U 。

解：68.23KJ l 40.67KJ.mo mol 18.030.2H1-P =⨯==∆Q()63.02KJ 103738.314mol 18.030.2-68.23KJ RT n -H U 3-=⨯⨯⨯=∆∆=∆ 2-5、甲苯，CO 2和水在298K 时的标准生成焓分别为48.0KJ·mol -1、-393.5KJ·mol -1和-286.0KJ·mol -1，计算298K 和恒压下10gCH 4 (g)完全燃烧时放出的热量。

第3章 化学热力学3.1 10 g 水在373K 和100 kPa 下汽化，所做的功多大？（设水蒸气为理想气体）解： 液态水的体积可忽略不计，并设水蒸气为理想气体111108.314373172318g W p V pV nRT J mol K K J g mol---====⨯⋅⋅⨯=⋅气 答： 10 g 水在373K 和100 kPa 下汽化，所做的功为1723 J 。

3.2 反应CaC 2( s ) + 2H 2O(l) ＝ Ca(OH)2(s) + C 2H 2(g) 298 K 下的标准摩尔热力学能变量为－128.0 kJ/mol ，求该反应的标准摩尔焓变。

解： ∵ H ＝U + pV 且压强不变∴ ΔH ＝ΔU + Δ(p V) ＝ ΔU + p ΔV忽略固体和液体的体积变化则，ΔH ＝ ΔU + pΔV 气＝ΔU + pΔV 乙烯＝－128.0 kJ ·mol －1 + 1.01×103 Pa ×22.4×10－3 m －3·mol －3＝－125.7 kJ ·mol －1答： 该反应的标准摩尔焓变为－125.7 kJ ·mol －1评注：此题告诉我们，对于包含气体总量变化的化学反应，其焓变和热力学能变(内能变化)是不同的。

3.3人类登月使用的阿波罗火箭的第一级火箭使用了550 吨煤油在2.5 分钟内与氧气发生燃烧反应产生巨大推力。

以C 12H 26(l) 为煤油的平均分子式的燃烧热为－7513 kJ/mol ，试计算这个燃烧反应的功率 [1马力＝754.7瓦(即J/s )]解： 功率 Q W P t t-==燃烧 61550101(7513)170 2.560g P kJ mol g mol s-⨯∴=⋅-⋅⋅⋅⨯ ＝ 1.62×108千瓦＝2.15×108马力答：这个燃烧反应的功率是2.15×108马力评注：1 (米制)马力(hp)＝735.499瓦(W)。

无机化学试题第一章气体填空题：1、某广场上空有一气球，假定气压在一日内基本不变，早晨气温15℃时，气球体积为25.0L；中午气温为30℃，则其体积为 26.3 L；若下午的气温为25℃，气球体积为 25.9 L。

2、某真空集气瓶的质量为134.567g。

将一温度为31℃，压力为98.0 kPa的气体充入其中，然后再称其质量为137.456g，则该气体的质量m＝ 2.889g。

如果集气瓶中装满31℃的水，其总质量为1067.9g(该温度下水的密度为0.997g·mL-1)，集气瓶的容积为0.936 L;该气体的密度ρ＝ 3.09 g.·L-1，摩尔质量M＝79.6g·moI-1。

3、恒定温度下，将1.0L 204kPa的氮气与2.0L 303kPa的氧气充入容积为3.0L的真空容器中，则p(N2)＝ 68 kPa; p(O2)＝ 202 kPa; 容器内的总压力p＝270 kPa。

4、在温度T时，在容积为c L的真空容器中充入氮气和氩气。

容器内压力为a kPa，若p(N2)＝b kPa, 则p(Ar)＝ a-b kPa; N2和Ar的分体积分别为 bc/aL和 (a-b)c/a L; n(N2)＝ bc/RT mol，n(Ar)＝ (a-b)c/RT mol。

5、在相同温度、压力、体积下，两种气体的摩尔质量分别为M1和M2(M1＞M2)。

试比较：n1 = n2, m1> m2; Ēk,1= Ēk,2; v1< v2; ρ1>ρ2。

若体积增大，温度、压力保持不变，则ρ1, ρ2都不变。

选择题：1、一定温度下，某容器中含有相同质量的H2，O2，N2与He的混合气体,其中分压最小的组分是………………………………………………………………( B )(A)N2 (B)O2(C)H2(D)He2、某温度下，一容器中含有2.0mol O2，3.0mol N2及1.0mol Ar。

第二章 习题解答2－10解：（1）×；（2）×；（3）√；（4）×；（5）×；（6）×；（7）×；（8）×；（9）；（10）×；（11）×2－11解：（1）敞开体系；（2）孤立体系；（3）敞开体系；2－12解：（1） Q =100kJ W=-500 kJ △U = Q + W=-400 kJ（2）Q =-100kJ W=500 kJ △U = Q + W=400 k2－13解：因为此过程为可逆相变过程，所以Q p =△H= 40.6kJ ·mol -1W=-p 外△V ≈-n R T =-8.314×373.15=-3.10 kJ ·mol -1 △U = Q + W= 40.6+（-3.10）=37.5 kJ ·mol -12－14解：（1）r m B f m Bf m 2f m f m f m 231B)3CO g Fe,s 3CO,g Fe O ,s 3393.51203(110.52)(822.2)26.77kJ mol H H H H H H -∆=ν∆=∆∆-∆+∆=⨯-⨯-⨯---=-⋅∑（（，）+2（）（）（）（）+ΘΘΘΘΘΘ（2）r m B f m Bf m 2f m 2f m f m 21B)CO g H ,g CO,g H O,g 393.510(110.52)(241.82)41.17kJ mol H H H H H H -∆=ν∆=∆∆-∆+∆=-----=-⋅∑（（，）+（）（）（）（）+ΘΘΘΘΘΘ（3）r m B f m Bf m 2f m f m 2f m 31B)6H O l NO,g 5O ,g 4NH ,g 6285.834(90.25)504(46.11)1169.54kJ mol H H H H H H -∆=ν∆=∆∆-∆+∆=⨯-⨯-⨯-⨯-=-⋅∑（（，）+4（）（）（）（）+ΘΘΘΘΘΘ2－15解：乙醇的Θm f H ∆反应r m H ∆Θ为：（4） 2C （s ，石墨）+3H 2（g ）+1/2O 2（g ）= C 2H 5OH （l ），所以：反应（4）=反应（2）×2+反应（3）×3-反应（1）r m r m r m r m -1(4)2(2)3(3)(1)2(393.5)3(571.6)(1366.7)1135.1kJ mol H H H H ∆=∆+∆-∆=⨯-+⨯---=-⋅ΘΘΘΘ对反应2C （s ，石墨）+ 2H 2（g ）+ H 2O （l ）= C 2H 5OH （l ）r m f m f m 2f m 2f m 1()(H O,l)2(H ,g)2(C,s)1135.1(285.83)2020849.27kJ mol H H H H H -∆=∆-∆-∆-∆=----⨯-⨯=-⋅乙醇ΘΘΘΘΘ虽然，该反应的r m H ∆Θ＜0（能量下降有利），但不能由r m H ∆Θ单一确定反应的方向，实际反应中还须考虑其他因素，如：混乱度、反应速率等。

第三章化学热力学基础——反应方向与反应限度3.1 什么是化学热力学Fe 2O 3(s) + 3 CO(g) →2 Fe(l) + 3 CO 2(g)为什么不能用同样的方法进行高炉炼铝？NO ，CONO 和CO 是汽车尾气中的有毒成分，它们能否相互反应生成无毒的N 2和CO 2？2NO (g) + 2CO(g) →N 2(g) + 2CO 2 (g)石墨金刚石C (石墨) →C (金刚石)库里南1号？化学热力学的作用：●体系(System)●环境(Surrounding)(一)The system is the sample or reaction mixture in which we are interested. Outside the system are the surroundings. The system plus its surroundings is sometimes called the universe.体系环境能量敞开体系封闭体系孤立体系●封闭体系(closed system)：●敞开体系(open system)：●孤立体系(isolated system)：(二)●热(heat, Q)：Q的符号——体系吸热取正值，放热取负值。

●功(work, W)：Work = (Force) ×(Distance)体积膨胀功W的符号——环境对体系做功取正值，体系对环境做功取负值。

●体积膨胀功：The gas does work as it expands isothermally, but heat flows in torestore the energy lost as work.The gas does no work as it expands isothermally into a vacuum.W = －F ⋅d =－(P ⋅A ) ⋅h = －P ⋅ΔV W =－P ext ⋅ΔV(三)——恒压反应热(Q p)和恒容反应热(Q v)铝热剂(thermite)可引发强烈的放热反应(Al + Fe2O3)，其可熔化所产生的金属铁，并产生“铁花”。

第三章 化学热力学基础1、以下物质在什么情况下⊿f H θm 、⊿f G θm 、S θm 数值为零。

H 2、O 2、Cl 2、Br 2、I 2、P 、Ag 、C 、Sn2、什么时候⊿r H θm =⊿f H θm （B ）3、估算反应的温度条件：低温、高温、任何温度自发或不自发4、哪些属于状态函数：H 、G 、S 、U 、p 、V 、T 、n 、W 、Q 、Q p 、Q v5、方程式相加、减、倍数（分数）、正逆，⊿H 、⊿G 、⊿S 变化？6、转变温度计算7、标态下反应自发性计算判定：⊿r G θm练习：一、单选题1、如果一个反应的吉布斯自由能变为零，则反应：A 、能自发进行B 、 是吸热反应C 、是放热反应D 、 处于平衡状态2、已知： Mg(s) + Cl 2(g) = MgCl 2(s) mr H ∆= -642 kJ·mol -1，则： A 、在任何温度下，正向反应是自发的B 、在任何温度下，正向反应是不自发的C 、高温下，正向反应是自发的；低温下，正向反应不自发D 、高温下，正向反应是不自发的；低温下，正向反应自发3、某化学反应可表示为A(g) + 2B(s)−→−2C(g)。

已知 m r H ∆< 0，下列判断正确的是 ：A 、 仅常温下反应可以自发进行B 、 仅高温下反应可以自发进行C 、 任何温度下反应均可以自发进行D 、 任何温度下反应均难以自发进行4、已知 CO(g) = C(s) +21O 2(g) 的 m r H ∆> 0， m r S ∆< 0， 则此反应A 、 低温下是自发变化B 、 高温下是自发变化C 、 低温下是非自发变化，高温下是自发变化D 、 任何温度下都是非自发的5、稳定单质在298 K ，100 kPa 下，下述正确的是：A 、 m S ， m f G ∆为零B 、 m f H ∆不为零C 、 m S 不为零， m f H ∆为零D 、 m S ， m f G ∆， m f H ∆均为零6、在下列反应中，焓变等于AgBr(s) 的 m f H ∆的反应是：A 、 Ag +(aq) + Br -(aq) = AgBr(s)B 、 2Ag(s) + Br 2(g) = 2AgBr(s)C 、 Ag(s) +21Br 2(l) = AgBr(s) D 、 Ag(s) +21Br 2(g) = AgBr(s)7、已知下列数据，哪个反应表示Δr H m Θ=Δf H m Θ (C 2H 5OH, l )A ．2C(金)+3H 2(l)+1/2O 2（g ） = C 2H 5OH (l)B ．2C(石)+3H 2(g l)+1/2O 2(l) =C 2H 5OH (l)C ．2C(石)+3H 2(g)+1/2O 2（g ）= C 2H 5OH (l)D ．2C(石)+3H 2(g)+1/2O 2（g ） = C 2H 5OH (g)8、下列各热力学函数中，哪些函数值不是零?A 、⊿f H θm (O 2,g,298K);B 、⊿f G θm (I 2,s,298K);C 、 ⊿f H θm (Br 2,l,298K);D 、S θ(H 2,g,298K)9、一种反应在高温下能自发进行，而在低温下不能自发进行的条件是：A . Δr H θ m < 0 ，Δr S θ m < 0 ； B. Δr H θ m < 0，Δr S θ m > 0 ；C. Δr H θ m > 0，Δr S θ m > 0 ；D. Δr H θ m > 0，Δr S θ m < 010、 “反应3H 2(g)+N 2(g)=2NH 3(g)在标准状态下进行”的含义是：A 、在p(H 2)=p(N 2)=p(NH 3)=100KPa 条件下进行；B 、298K ，保持p(H 2)=p(N 2)=p(NH 3)=100KPa 条件下进行；C 、反应系统保持压力100KPa 条件下进行；D 、p=100KPa 的H 2和N 2混合，反应发生。

第3章化学热力学初步和化学平衡1.判断以下说法是否正确：1)系统状态一定，状态函数就有确定的值。

答: 正确。

这是状态函数的基本性质2)气体膨胀或被压缩所做的体积功是状态函数。

答: 错误。

体积功不是状态函数3)由于CaCO3的分解是吸热的，故它的生成焓为正值。

答: 错误。

是焓变为正。

生成焓是由稳定的纯态单质生成该化合物的焓变，不一定为正。

4)298.15K时反应Na+(g)+Cl-(g)=NaCl(s)的Δr Hөm= −787kJ·mol-1，则该温度下NaCl(s)的标准摩尔生成焓为−787kJ·mol-1。

答: 错误。

生成焓必须基于稳定的纯态单质计算5)在298.15K，标准状态下，稳定的纯态单质的标准熵不为零。

答: 正确。

在0K下，完整的纯粹晶体（不限于单质）熵为0，其他温度下均大于06)物质的量增加的反应是熵增加的反应。

答：错误。

气体物质的量增加的反应是熵增加的反应7)如果一个反应的Δr Gөm>0，则反应在任何条件下均不能自发进行。

答: 错误。

Δr Gөm>0只表明此反应在标准态下不能自发进行，不能说明其在非标准态下的进行方向8)反应的Δr G m值越负，其自发的倾向就越大，反应速率亦越快。

答：错误。

Δr G m与反应速率无关9)当化学反应达到平衡时，各反应物和生成物的浓度一定相等。

答: 错误。

无此要求10)在一定温度下，随着反应2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)的进行，p(O2)、p(SO2)不断减少，p(SO3)不断增大，则反应的Kө不断增大。

答: 错误。

只要温度不变，则Kө不变11)Kө大的反应，平衡转化率必定大。

答: 错误。

平衡转化率不仅与Kө有关，而且与方程式的形式有关12)某反应反应前后分子数相等，则增加体系压强对平衡移动无影响。

答: 错误。

应该是“某反应反应前后气体分子数相等，则增加体系压强对平衡移动无影响”13)化学平衡发生移动时，Kө一定不改变。

第 3 章化学热力学基础1．状态函数的含义及其基本特征是什么？T、p、V、△ U、△ H、△ G、S、G、Q p、Q u、Q、W、W e最大中哪些是状态函数？哪些属于广度性质？哪些属于强度性质？答：状态函数的含义就是描述状态的宏观性质，如T、p、V、n、m、ρ等宏观物理量，因为体系的宏观性质与体系的状态之间存在对应的函数关系。

状态函数的基本特点如下：（1）在条件一定时，状态一定，状态函数就有一定值，而且是唯一值。

（2）条件变化时，状态也将变化，但状态函数的变化值只取决于始态和终态，与状态变化的途径无关。

（3）状态函数的集合（和、差、积、商）也是状态函数。

其中T、p、V、S、G是状态函数，V、S、G、H、U属于广度性质（具有加和性），T、p 属于强度性质。

2．下列叙述是否正确？试解释之。

（1）Q p=△H，H是状态函数，所以 Q p也是状态函数；（2）化学计量数与化学反应计量方程式中各反应物和产物前面的配平系数相等；（3）标准状况与标准态是同一个概念；（4）所有生成反应和燃烧反应都是氧化还原反应；（5）标准摩尔生成热是生成反应的标准摩尔反应热；（6）H2O（l ）的标准摩尔生成热等于H2（g）的标准摩尔燃烧热；（7）石墨和金刚石的燃烧热相等；（8）单质的标准生成热都为零；（9）稳定单质的△ f H m、S m、△f G m均为零；（10）当温度接近绝对零度时，所有放热反应均能自发进行。

（11 ）若△ r H m和△ r S m都为正值，则当温度升高时反应自发进行的可能性增加；（12 ）冬天公路上撒盐以使冰融化，此时△r G m值的符号为负，△ r S m值的符号为正。

答：（1）错。

虽然H是状态函数，△ H并不是状态函数，所以Qp 当然不是状态函数；。

（2）错。

因为反应物的化学计量数为负，与反应计量方程式中反应物前面为正的系数不相等；（3）错。

如气体的标准状况是指0℃和101.325KPa 条件，而标准态对温度没有限定；（4）错。

山东大学《无机化学》课后习题答案第二章物质的状态习题2.1 什么是理想气体？实际气体在什么条件下可用理想气体模型处理？2.2 为什么家用加湿器都是在冬天使用，而不在夏天使用？2.3 常温常压下，以气体形式存在的单质、以液体形式存在的金属和以液体形式存在的非金属单质各有哪些？2.4 平均动能相同而密度不同的两种气体，温度是否相同？压力是否相同？为什么？2.5 同温同压下，N2和O2分子的平均速度是否相同？平均动能是否相同？2.6试验测得683K、100kPa时气态单质磷的密度是2.64g·dm－3。

求单质磷的分子量。

2.71868年Soret用气体扩散法测定了臭氧的分子式。

测定结果显示，臭氧对氯气的扩散速度之比为1.193。

试推算臭氧的分子量和分子式。

2.8常压298K时，一敞口烧瓶盛满某种气体，若通过加热使其中的气体逸出二分之一，则所需温度为多少？2.9氟化氙的通式为XeF x（x＝2、4、6…），在353K、1.56×104Pa时，实验测得某气态氟化氙的密度为0.899g·dm－3。

试确定该氟化氙的分子式。

仅供学习交流温度为300K、压强为3.0×1.01×105Pa时，某容器含，每升空气中水汽的质量。

（2）323K、空气的相对湿度为80％时，每升空气中水汽的质量。

已知303K时，水的饱和蒸气压为4.23×103Pa；323K时，水的饱和蒸气压为1.23×104Pa。

2.10在303K，1.01×105Pa时由排水集气法收集到氧气1.00dm3。

问有多少克氯酸钾按下式分解？2KClO3 === 2KCl ＋ 3O2已知303K时水的饱和蒸气压为4.23×103Pa。

2.11 298K，1.23×105Pa气压下，在体积为0.50dm3的烧瓶中充满NO和O2气。

下列反应进行一段时间后，瓶内总压变为8.3×104Pa，求生成NO2的质量。