无机化学-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。

第二章化学热力学基础一、热力学第一定律1．热力学的基本概念和常用术语(1)体系：热力学中称研究的对象为体系。

(2)环境：体系以外的其他部分。

按照体系与环境之间的物质和能量的交换关系，可分为三类：敞开体系体系与环境之间既有能量交换又有物质交换。

封闭体系体系与环境之间有能量交换但没有物质交换。

孤立体系(又称隔离体系) 体系与环境之间即无物质交换，又无能量交换。

(3)状态：由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系存在的形式称为体系的状态。

(4)状态函数：借以确定体系状态的物理量称为体系的状态函数。

(5)过程：体系的状态发生变化，从始态变到终态，我们说体系经历了一个热力学过程，简称过程。

(6)途径：实现过程的每一种具体方式。

(7)体积功：体系由于体积的变化而做功称为体积功，即W=p·△V。

(8)热力学能：指体系内一切能量的总和，通常用U表示。

2．热力学第一定律(1)热力学第一定律的内容热力学第一定律的实质就是能量守恒。

更确切地说，热力学第一定律是能量守恒与转化定律在涉及热现象的宏观过程中的具体描述，其关系式为△U=Q - W式中，Q表示体系从环境中吸收热量；W表示体系对环境做的功。

(2)功和热热和功是能量传递的两种形式，它们不是状态函数。

Q>0，系统吸热；Q<0，系统放热。

W>0，环境对系统做功；W<0，系统对环境做功。

对定压过程中气体膨胀或被压缩所做的体积功来说W= -p ex(V2 - V1)；系统被压缩，W>0；系统膨胀，W<0。

二、热化学1．化学反应的热效应化学反应的热效应可以定义为：在无非体积功的体系和反应中，当生成物与反应物的温度相同时，化学反应过程中吸收或放出的热量，化学反应热效应一般称为反应热。

(1)恒容反应热恒容反应热指在恒容过程中完成的化学反应的热效应，通常用Q V表示。

△U=Q V当△U>0时，Q V>0，则该反应是吸热反应；当△U<0时，Q V<0，该反应是放热反应。

⼤学⽆机化学第⼆章试题及解答第⼆章化学热⼒学基础本章总⽬标：1：掌握四个重要的热⼒学函数及相关的计算。

2：会⽤盖斯定律进⾏计算。

3：理解化学反应等温式的含义，初步学会⽤吉布斯⾃由能变化去判断化学反应的⽅向。

各⼩节⽬标：第⼀节：热⼒学第⼀定律了解与化学热⼒学有关的⼗个基本概念（敞开体系、封闭体系、孤⽴体系、环境、状态、状态函数、过程、途径、体积功、热⼒学能），掌握热⼒学第⼀定律的内容（△U=Q-W ）和计算。

第⼆节：热化学1：掌握化学反应热的相关概念：○1反应热——指恒压或恒容⽽且体系只做体积功不做其它功的条件下，当⼀个化学反应发⽣后，若使产物的温度回到反应物的起始温度，这时体系放出或吸收的热量称为反应热。

（）。

○2标准⽣成热——某温度下，由处于标准状态的各元素的指定单质⽣成标准状态的1mol 某纯物质的热效应。

符号f m H θ?,单位：1J mol -?或1kJ mol -?）。

○3燃烧热——在100kPa 的压强下1mol 物质完全燃烧时的热效应。

符号：c mH θ；单位：1kJ mol -?。

2：掌握恒容反应热△U=Q v -W;恒压反应热Q p =△H 恒容反应热和恒压反应热的关系：p V Q Q nRT =+? 3：掌握盖斯定律内容及应⽤○1内容：⼀个化学反应若能分解成⼏步来完成，总反应的热效应等于各步反应的热效应之和。

○2学会书写热化学⽅程式并从键能估算反应热。

第三节：化学反应的⽅向1：了解化学热⼒学中的四个状态函数——热⼒学能、焓、熵、吉布斯⾃由能。

2：重点掌握吉——赫公式r m r m r mG H T S θθθ?=?-?的意义及计算。

3;建⽴混乱度、标准摩尔反应焓、标准摩尔反应⾃由能和标准熵以及标准摩尔反应熵的概念，并学会对化学反应的⽅向和限度做初步的讨论会运⽤吉布斯⾃由能判断反应的⾃发性。

Ⅱ习题⼀选择题1.如果反应的H 为正值，要它成为⾃发过程必须满⾜的条件是（）A.S 为正值，⾼温B.S 为正值，低温C.S 为负值，⾼温D.S 为负值，低温2.已知某反应为升温时rG 0值减⼩，则下列情况与其相符的是（）A.rS 0<0B.rS 0>0C.rH 0>0D.rH 0<03.该死定律认为化学反应的热效应与途径⽆关。

第二章化学热力学基础一、填空题1，热力学第一定律的数学表达式为；若不做非体积功，热力学第一定律可表示为。

2，在物理量H ，S ，G ，Q ，W ，T ，p 中，属于状态函数的是，与过程有关的量是______；在上述状态函数中，属于强度性质的是。

3，在温度T 时，参考单质的标准摩尔生成焓，标准摩尔生成吉布斯函数，标准摩尔熵。

4，反应2AB(s)B (g)＋AB 3(s)在298.15 K 、标准状态下正向自发进行，由此可判断该反应的(298.15 K)，(298.15 K)，(298.15 K)，若升高温度，反应正向进行的程度。

5，(NaCl, s, 298.15 K)称为，其SI 单位为。

6，2(H O, g, 298.15 K)称为，其SI 单位为。

7，2(O , g, 298.15 K)称为，其SI 单位为。

二、是非题1，虽然温度对r m H ∆和r m S ∆的影响较小，但温度对r m G ∆的影响却较大。

2，由于r m ,0p w H Q '=∆=，而H 是状态函数，因此,0p w Q '=也是状态函数。

3，r m S ∆＞0的反应在等温、等压下均能自发进行。

4，对于任何物质，焓和热力学能的相对大小为H U ＞。

5，298.15 K 时，2H (g)的标准摩尔燃烧焓等于2H O(g)的标准摩尔生成焓。

6，由于Q 和W 与过程有关，因此Q ＋W 也与过程有关。

7，对于同一化学反应，r m ()H T ∆必定大于r m ()U T ∆。

8，等温等压不做非体积功的条件下，一切吸热且熵减小的反应，均不能自动进行。

9，反应21CO(g)+O (g)22CO (g)的标准摩尔焓变即为2CO (g)的标准摩尔生成焓。

10，化学反应的摩尔焓变就是反应热。

三、问答题1，化学反应的r m G ∆与有何不同？2，如果系统放热，其热力学能是否一定减少？ 3，Hess 定律的内容如何？它能解决什么问题？ 4，什么叫标准摩尔生成焓？如何利用标准摩尔生成焓计算反应的标准摩尔焓变？写出有关的计算公式。

第5章化学热力学基础1．(0411)下列单质的∆f H mθ不等于零的是……（）(A) Fe(s) (B) C(石墨)(C) Ne(g) (D) Cl2(l)不是指定单质。

2．(0415) 在下列反应中，焓变等于AgBr(s) 的∆f H mθ的反应是……………………（）(A) Ag+(aq) + Br-(aq) = AgBr(s)(B) 2Ag(s) + Br2(g) = 2AgBr(s)(C) Ag(s) +½Br2(l) = AgBr(s)(D) Ag(s) +½Br2(g) = AgBr(s)∆f H mθ的定义。

3．(3421) 2NH3(g) + 3Cl2(g) = N2(g) + 6HCl(g) ∆r H mθ = -461.5 kJ·mol-1，温度升高50 K，则∆r H mθ应为…………………………………………（）(A) >> -461.5 kJ·mol-1(B) << -461.5 kJ·mol-1(C) ≈ -461.5 kJ·mol-1(D) ＝-461.5 kJ·mol-1∆r H mθ (T) ≈∆r H mθ (T+50)4．(3456) 下列两个反应在某温度、101 kPa时都能生成C6H6(g)①2 C(石墨) + 3H2(g)−→−C6H6(g)②C2H4(g) + H2(g)−→−C6H6(g)则代表C6H6(g) 标准摩尔生成焓的反应是……（）(A) 反应①(B) 反应①的逆反应(C) 反应②(D) 反应②的逆反应标准摩尔生成焓的概念5．(0433) 下列物质中可以认为具有最大摩尔熵的是……………………………（）(A) Li(g)(B) Li(s)(C) LiCl·H2O(s) (D) Li2CO3(s)S(g)>>S(l)>S(s)6．(0437) 室温下，稳定状态的单质的标准摩尔熵为………………………………（）(A) 零(B) 1 J·mol-1·K-1(C) 大于零(D) 小于零0 K, 完美晶体的S =0, T , S 7．(3450) 在25℃、101 kPa下发生下列反应：(1) 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)(2) CaO(s) + CO2(g) = CaCO3(s)其熵变分别为ΔS1和ΔS2，则下列情况正确的是……………………………………（）(A) ΔS1 > 0，ΔS2 > 0 (B) ΔS1 < 0，ΔS2 < 0(C) ΔS1 < 0，ΔS2 > 0 (D) ΔS1 > 0，ΔS2 < 0 8．(3454) 恒温下，下列相变中，∆r S mθ最大的是………………………………（）(A) H2O(l)−→−H2O(g)−H2O(g) (B) H2O(s)−→(C) H2O(s)−→−H2O(s)−H2O(l) (D) H2O(l)−→S(g) >> S(l) > S(s)9．(3465) 下列反应中∆r S mθ > 0的是……（）(A) 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g)(B) N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)(C) NH4Cl(s) = NH3(g) + HCl(g)(D) C(s) + O2(g) = CO2(g)∑νi(g) > 010．(3476) 下列过程中，ΔS为负值的是…（）(A) 液态溴蒸发变成气态溴(B) SnO2(s) + 2H2(g) = Sn(s) + 2H2O(l)(C) 电解水生成H2和O2(D) 公路上撒盐使冰熔化11．(3466) 下列单质中，∆f G mθ不为零的是（）(A) 石墨(B) 金刚石(C) 液态溴(D) 氧气12．(0403)已知2PbS(s) + 3O2(g) = 2PbO(s) + 2SO2(g) ∆r H mθ = -843.4 kJ·mol-1, 则该反应的Q V值是…（）(A) 840.9 (B) 845.9(C) -845.9 (D) -840.9△U = Q+W Q v = Q p - p△VQ v = Q p- ∑νi(g)RT = -843.4–(- 8.314 ⨯ 298/1000 ) = 13．(0408) 在一定温度下：(1) C(石墨) + O2(g) = CO2(g) ΔH1(2) C(金刚石) + O2(g) = CO2(g) ΔH2(3) C(石墨) = C(金刚石) ΔH 3 = 1.9 kJ ·mol -1 其中ΔH 1和ΔH 2的关系是………………………（ ）(A) ΔH 1>ΔH 2 (B) ΔH 1<ΔH 2(C) ΔH 1＝ΔH 2 (D) 不能偶联反应：(1) – (2) = (3) ΔH 3 =ΔH 1-ΔH 214． (0416) 已知 Zn(s) +21O 2(g) = ZnO(s) ∆r H m θ 1 = -351.5 kJ ·mol -1 Hg(l) +21O 2(g) = HgO(s ，红) ∆r H m θ 2 = -90.8 kJ ·mol -1则 Zn(s) + HgO(s ，红) = ZnO(s) + Hg(l) 的∆r H m θ为(kJ ·mol -1)……………（ ）(A) 442.3 (B) 260.7 (C) -260.7 (D) -442.3(3) = (1) –(2) ΔH 3 =ΔH 1-ΔH 215． (3409) 萘燃烧的化学反应方程式为：C 10H 8(s) + 12O 2(g) = 10CO 2(g) + 4H 2O(l)则298 K 时，Q p 和Q v 的差值(kJ ·mol -1)为…（ ）(A) - 4.95 (B) 4.95(C) -2.48 (D) 2.48Q v = Q p – ∑ νi RT∑ νi (g) RT = Q p – Q v = -2 RT∑νi (g) := 0(反应前后气体分子个数不变) , Q p = Q v> 0(反应后气体分子个数增加), Q p > Q v< 0(反应后气体分子个数减小), Q p < Q v16．(3479)电解水生成氧气和氢气，该过程的ΔG、ΔH、ΔS正确是……………（）(A)ΔG > 0，ΔH > 0，ΔS > 0(B)ΔG < 0，ΔH < 0，ΔS < 0(A)ΔG > 0，ΔH < 0，ΔS > 0(D) ΔG < 0，ΔH > 0，ΔS > 02 H2O(l) = O2(g)+ 2H2(g)17．(3480) 反应X2(g) + 2Y2(g) = 3Z2(g) 在恒压和温度1000 K时的Δr H m = 40 kJ·mol-1，Δr S m= 40 J·mol-1·K-1，则下列关系正确的是…（）(A)ΔU =ΔH (B) ΔG = 0(C) ΔU = TΔS (D) 所有关系都正确△G =△H - T△S = 0,△H =△U + p△V △V=018．(3484) 298 K反应2C6H6(l) + 15O2(g) = 12CO2(g) + 6H2O(l) 的∆r U mθ - ∆r H mθ 接近的值是………（）(A) -7.4 kJ·mol-1(B) 2.4 kJ·mol-1(C) -2.4 kJ·mol-1(D) 7.4 kJ·mol-1△U = △H–p△V = △H–∑ νi(g) RT△U-△H = –∑ νi(g) RT = 3 RT19．(0412) 在标准状态下石墨燃烧反应的焓变为-393.7 kJ·mol-1，金刚石燃烧反应的焓变为-395.6kJ·mol-1，则石墨转变成金刚石反应的焓变为…………………………（）(A) -789.3 kJ·mol-1 (B) 0(C) +1.9kJ·mol-1(D) -1.9kJ·mol-1(1) C(石墨) + O2(g) = CO2(g) ΔH1 = -393.7(2) C(金刚石) + O2(g) = CO2(g) ΔH2 = -395.6(3) C(石墨) = C(金刚石) ΔH3 = 1.9 kJ·mol-1(3) = (1) –(2) ΔH3 =ΔH1-ΔH220．(0414) 已知NH3(g)的∆f H mθ = -46 kJ·mol-1，H—H 键能为435 kJ·mol-1，N≡N键能为941 kJ·mol-1，则N—H 键的平均键能(kJ·mol-1)为…………（）(A) -382 (B) 1169(C) 382 (D) -1169键能：在常温下，基态化学键分解成气态基态原子所需要的能量。