同济大学化学考研2014年真题及答案试卷

四、简答题 （1）用弹式热量计测量反应热效应的原理是什么？对于一般的反应，用弹式热量计测得的 热量是否就等于反应的热效应？为什么？ 答：1.原理：在定容、绝热的情况下，某个化学反应所放出的热量等于水吸收的热量和钢弹 组件吸收的热量的总和，即：
q
q(H2
O ) qb


C(H
2
O ) T C b
子或晶体结构较简单（内部微观粒子较少）的物质的熵，Ｋ（ｓ）和Ｎａ（ｓ）的原子结构 属于同一族，Ｋ的结构较Ｎａ的复杂。 （７）定性判断下列反应或过程中熵变的数值的正负： １.溶解少量食盐于水中 ２.活性炭表面吸附氧气 ３.碳与氧气反应生成一氧化碳 答：１.正；因为纯物质一般比溶液更有序。２.负；无序的气体被固体吸附后变得较为 有序，混乱度减小。３.正；气体分子数增加，熵值增大。 （８）判断反应能否自发进行的标准是什么？能否用反应的焓变或熵变作为衡量的标 准？为什么？ 答： 判断反应能否自发进行的标准在定温定压下是吉布斯函数变， 不能用反应的焓变或熵变 作为衡量的标准，除孤立体系可用熵变外。 （９）为什么氯化钙和五氧化二磷可作为干燥剂？而食盐和冰的混合物可以作为冷冻 剂？ 1 答：这是因为氯化钙和五氧化二磷能使其表面所形成的溶液的蒸气压力显著下降， 当它低于空气中水蒸气的分压时， 空气中的小蒸气可不断凝聚而浸入溶液， 即这些物质能不 断地吸收水蒸气； 2 答：因为冰的表面有少量的水，但盐和冰混合时，盐就溶解在这些水里形成溶液， 此时由于生成的溶液中的水的蒸气压力低于冰的蒸气压力，溶液的凝固点下降，冰就融化。 冰融化时要吸收融化热，使周围物质降温，因此食盐和冰的混合物可以作为冷冻剂。 （１０）为什么冰总是结在水面上？水的这种特性对水生植物和人类有何重要意义： 答：冰的密度比水小，故冰总是结在水面上；水的这种特性能使冬天水生植物存活，因为冰 由于放热并与外界冷空气隔开，使冰下的水温较高。 五、计算题 1、 在 298.15K 时碳、 氢和甲烷标准摩尔燃烧焓分别为—393.5、 —285.8 和—890.4kJ/mol， 试推算出该温度下甲烷的标准摩尔生成焓的值。 解：由题可知： ① C（石墨）+O2（g)=CO2(g);ΔrHm (298.15K)1=—393.5kJ/mol
Θ
②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l); ΔrHm (298.15K)2=—285.8kJ/mol ③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)；ΔrHm (298.15K)3=—890.4kJ/mol ④C（石墨）+2H2(g)=CH4(g)；ΔrHm (298.15K)4=X 由 ①+2②—③=④，根据盖斯定律，得 ΔrHm (298.15K)4 = =
三、填空题
1、对于反应： N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g) ;
ΔrHm (298.15K)=-92.2kJ/mol
Θ
若升高温度，则下列各项将如何变化（填写：不变、基本不变、增大或减小） ΔrHm （基本不变） ； ΔrSm （基本不变） ； ΔrGm （增大） ； K 小） ； v(正） （增大） ； v（逆） （增大） 。
试问（CH３ＯＨ熔点为１７５Ｋ，沸点是３３８Ｋ） ： （１）２９８.１５Ｋ的标准条件下此反应能否自发进行？ （２）此反应能自发进行的温度条件是什么？试分析讨论之。 答： （１） ＣＨ３ＯＨ（ｌ） ＝ ＣＨ４（ｇ）＋１／２Ｏ２（ｇ） Θ ΔfGm (298.15K)（kJ/mol） －１６６．２７ －５０．７２ ０ Θ Θ ∴ΔｒGm (298.15K)（kJ/mol） ＝∑νＢ ΔfGm (298.15K) ＝－５０．７２＋１／２×０－（－１６６．２７） ＝１１５.５５kJ/mol ＞０ ∴反应不能自发进行． （２） Θ ΔfＨm (298.15K)（kJ/mol） Θ Ｓm (298.15K)（kJ/mol）
Δ rSm
Θ
(298.15K), G, Δ rG, Δ rGm
Θ
(298.15K),
ΔfGm (298.15K), Q, K ,Ea
答：qp:表示恒压下的反应热； U：热力学中所指系统内分子的平动能、转动能、振动能等能量的总和； H：H=U+PV； ：在标准状态下的反映的摩尔焓变；
Θ Θ
：在 298.15K 下的物质的标准摩尔生成焓 S:熵
（3）下列有关功和热的描述中，正确的是（A） A 都是途径函数，无确定的变化途径就无确定数值 B 都是途径函数，对应于某一状态有确定数值 C 都是状态函数，变化量与途径无关 D 都是状态函数，始终状态确定数值也确定 （4）在下列反应中，进行 1mol 反应时放出的热量最多的是（C） A CH4 (l) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (l) B CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (g) C CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (l) （5）真实气体行为接近理想气体性质的外部条件是 （B） Ａ低温高压 Ｂ高温低压 Ｃ低温低压 Ｄ高温高压
一、是非题 （1）功和热是在系统和环境之间的两种能量传递方式，在系统内部不讨论功和热。 （Ｔ） （2）反应的 H 就是反应的热效应。 （Ｆ）
（3）Δ r S 为 正 值 的 反 应 均 是 自 发 反 应 。 （Ｆ） （4）反应的级数取决于反应方程式中反应物的化学计量数（绝对值） 。 （Ｆ） （5）在常温常压下， 空气中的 N 2 和 O 2 能长期共存而不会合成ＮＯ。 且热力学计算表明 Θ Ｎ ２（ ｇ ）＋ O 2（ ｇ ）＝ ２ Ｎ Ｏ（ ｇ ）的 Δ r G m ( 2 9 8 . 1 5 K ) 》０ ，则 二 者 混 合 气 必定是动力学稳定系统。 （Ｔ） （6）已 知 Ｃ Ｃ ｌ ４ 不 会 和 Ｈ ２ Ｏ 反 应 ， 但 Θ ＣＣｌ ４（ｌ）＋Ｈ ２ Ｏ（ｌ）＝ＣＯ ２（ｇ）＋４ＨＣｌ（ａｑ）的Δ r G m (298.15K) 为－３７９.９３kJ/mol，则必定是热力学不稳定而动力学稳定的系统。 （Ｔ） （7） 二、选择题 （1）在一定条件下，由乙醇水溶液、冰、水蒸气、氮气和氧气组成的系统中含有（）个相 和（）种组分；(A) A 3,4 B 3,5 C 4,4 D 4,5 （2）通常，反应热的精确的实验数据是通过测定反应或过程中的哪个物理量而获得的（D） A H B p V Ｃ Qp D Qv
Sm (O2 ,g,298.15K)：氧气的标准摩尔熵
ΔrSm (298.15K)：标准摩尔熵变
Θ
Θ
G：吉布斯函数
ΔrG：吉布斯函数变 Θ ΔrGm (298.15K)：标准摩尔吉布斯函数变 Θ ΔfGm (298.15K)：标准摩尔生成吉布斯函数变 Q：反应商 Θ K ：标准平衡常数 Ea：活化能
（6）不查表，将下列物质按其标准熵 Sm (298.15K)值由大到小的顺序排列，并简单
说明理由： ａ：Ｋ（ｓ） ｂ：Ｎａ（ｓ）ｃ：Ｂｒ２（ｌ）ｄ：Ｂｒ２（ｇ） ｅ：ＫＣｌ（ｓ）
Θ
答：ｄｃｅａｂ 理由： 同一物质气态时的熵大于液态时的； 一般液体的熵大于固体物质的熵； 一般说来， 当温度和聚集状态相同时，分子或晶体结构较复杂（内部微观粒子较多）的物质的熵大于分
Θ
=1mol/l;
标准压力下固态和液态均为纯物质。 ②规定指定单质的标准摩尔生成焓变为 0；规定在标准状态下由指定单质生成单 位物质的量的纯物质时反应的焓变叫做该物质的标准摩尔生焓。 ③水合离子中规定以水合氢离子的标准摩尔生成焓为 0，然后获得其他水合离子 的标准摩尔生成焓。
（5）为什么水中加入乙二醇能防冻？比较内燃机水箱里使用乙醇或乙二醇的优缺点。 答：因为水中加入乙二醇会使水的凝固点降低，所以能防冻；在内燃机水箱里使用乙醇或乙 二醇都可以使水的凝固点降低，但乙二醇的沸点为４７０Ｋ，乙醇的沸点是３５１Ｋ，乙醇 沸点较低易挥发，所以应该用乙二醇会更好一点。
Θ
ＣＨ３ＯＨ（ｌ） －２３８．６６ １２６．８
Θ
＝
ＣＨ４ ２０５．１３８
Θ
ΔｒＨm (Ｔ)≈ΔｒＨm (298.15K）＝∑νＢ ΔfＨm (298.15K) ＝－７４．８１＋１／２×０－（－２３８．６６）
＝１６３．８５kJ/mol
ΔｒＳm (Ｔ)≈ΔｒＳm (298.15K）＝∑νＢＳm (298.15K)
＝１８６．２６４＋１／２×２０５．１３８－１２６．８ ＝１６２．０３３ J/（mol，Ｋ） 若反应能自发进行，则ΔｒＧm (Ｔ)＜０
Θ
Θ
Θ
Θ
即
ΔｒＨm (Ｔ)－Ｔ×ΔｒＳm (Ｔ) ＜０ Θ Θ ∴ Ｔ＞ΔｒＨm (Ｔ)／ΔｒＳm (Ｔ)＝１０１１Ｋ 即当温度高于１０１１Ｋ时，此反应能自发进行。但甲醇已经汽化，而非上述反 应，所以实验室常压下无法完成这个反应。
（3）如何利用精确测定的 qV 来求 qp 和ΔH？ 试用公式表示
q p qv n B, g RT , q p H p , qV UV H p UV n B, g RT
答： （4）化学热力学中所说的“标准状态”意指什么？对于单质、化合物和水合离子所规 定的标准摩尔生成焓变有何区别？ 答： ①.标准状态： 压力为标准压力， 最新国标规定， PΘ=100Kpa;标准浓度为 c=c
Θ Θ Θ
Θ
ΔrHm (298.15K)1 + 2×ΔrHm (298.15K)2 — ΔrHm (298.15K)3
—393.5 — 2×285.8
Θ
Θ
Θ
—（—890.4）=—74.7kJ/mol
2.有人建议在实验室中用甲醇的分解来制备甲烷： ＣＨ３ＯＨ（ｌ） ＝ＣＨ４（ｇ） ＋ １／２Ｏ２（ｇ）
Θ Θ Θ Θ
（减
2 对于可逆反应： Θ C（ｓ）+ CO2（ｇ） ＝２CO（ｇ） ； ΔrHm (298.15K)=１７２．５kJ/mol 当反应条件发生下列变化时， 反应速率常数ｋ （正） 、 ｋ （逆） 和反应速率ｖ （正） 、 Θ ｖ（逆）以及标准平衡常数 K ，平衡移动反向的变化： ｋ（正） 增 加 总 压 不变 力 升温 增大 加催化剂 增大 ｋ（逆） 不变 增大 增大 ｖ（正） 增大 增大 增大 ｖ（逆） 增大 增大 增大 KΘ 不变 增大 不变 平衡移动反向 向左 向右 不变