题解(二)化学反应的方向和限度

1第2章化学反应进行的方向和程度1.是非题（对的在括号内填“+”号，错的填“-”号）（1）已知下列过程的热化学方程式为UF6（l）=UF6（g）;ΔrHmɵ=30.1kJ·mol－1则此温度时蒸发1molUF6,会放出热30.1kJ。（－）答：因ΔrHmɵ0，根据对吸热及放热的符号规定可判断此反应是吸热反应。2（2）在定温定压条件下，下列两个生成液态水的化学方程式所表达的反应放出的热量是一相同的值。H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）（－）答：以上两化学反应式是同一反应的不同形式。定温定压条件下，化学焓变（反应热）、熵变等与热化学反应方程式书写形式有关，因此反应放出的热量不同，后者是前者的两倍。第1章热化学与能源3（3）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。（＋）答：在热力学中将所研究对象的总体称为系统，与系统密切相关的周围物质称为环境。功和热是在系统与环境之间，通过界面传递的那部分能量，与过程相关。在界面内，系统内各部分之间的能量传递不计入热、功之中。第1章热化学与能源4（4）反应的△H就是反应的热效应。（－）答：反应的热效应包括恒压反应热效应、恒容反应热效应。只有在恒压、只做体积功的条件下的化学反应或过程才有qp=△H，两者数值相等，概念不同。第1章热化学与能源52.选择题（将所有正确答案的标号填入空格内）（1）在下列反应中，进行1mol反应时放出热量最大的是（c）（a）CH4（l）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（g）（b）CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（g）（c）CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（l）（d）CH4（g）＋3/2O2（g）＝CO（g）＋2H2O（l）第1章热化学与能源6解：（c）（a）式与（b）式比较：因生成CH4（g）放热少，而生成CH4（l）放热多，故（b）反应的放热大于（a）；（b）式与（c）式相比：因生成H2O（g）放热少，而生成H2O（l）放热多，故（c）反应的放热大于（b）；（c）式与（d）式相比：（d）式CH4（g）不完全燃烧，放出的热量显然没有（c）大，且最少。故此题的答案是（c）＞（b）＞（a）＞（d）第1章热化学与能源7（2）通常，反应热的精确的实验数据是通过测定反应或过程的哪个物理量而获得的。（d）（a）ΔH（b）pΔV（c）qp（d）qv答：通常，反应热的精确的实验数据是通过量热法测得，而量热反应所用仪器通常是弹式量热器，所以测得的是定容反应热，即qv。第1章热化学与能源8（3）下列对于功和热的描述中，正确的是（a）（a）都是途径函数，无确定的变化途径就无确定的数值；（b）都是途径函数，对应于某一状态有一确定值；（c）都是状态函数，变化量与途径无关；（d）都是状态函数，始终态确定，其值也确定。答：功和热与变化过程的具体途径有关，故都是途径函数故（a）正确。（b）中对应于某一状态有一确定值是状态函数的性质。状态相同，变化途径不同，系统与环境传递的功和热就不同，故不正确。（c）和（d）前提和结论不对。第1章热化学与能源9（4）在温度T的标准状态下，若已知反应A→2B的标准摩尔反应焓ΔrHmθ，1，与反应2A→C的标准摩尔反应焓ΔrHmθ，2，则反应C→4B的标准摩尔反应焓ΔrHmθ，3与ΔrHmθ，1及ΔrHmθ，2的关系为ΔrHmθ，3＝（a）2ΔrHmθ，1＋ΔrHmθ，2（b）ΔrHmθ，1－2ΔrHmθ，2（c）ΔrHmθ，1＋ΔrHmθ，2（d）2ΔrHmθ，1－ΔrHmθ，2第1章热化学与能源10解：设反应A→2BΔrHmθ，1（1）反应2A→CΔrHmθ，2（2）反应C→4BΔrHmθ，3（3）根据盖斯定律，将反应组合可得反应（3）：（3）＝2×（1）－（2）即：ΔrHmθ，3＝2ΔrHmθ，1－ΔrHmθ，2亦可设计循环。（d）第1章热化学与能源11（5）对于热力学可逆过程，下列叙述正确的是(a，b，d)（a）变化速率无限小的过程；（b）可做最大功的过程；（c）循环过程；（d）能使系统与环境都完全复原的过程。答：根据可逆过程定义，可以知道abd三项所述都是可逆过程的特征。第1章热化学与能源12（6）在一定条件下，由乙二醇水溶液、冰、水蒸气、氮气和氧气组成的系统中含有（a，d）（a）三个相（b）四个相（c）三种组分（d）四种组分（e）五种组分解：系统中有气体、液体、固体冰三相；乙二醇、氮气和氧气为独立组分，水、冰、水蒸气为一种组分，共四组分。第1章热化学与能源13（7）一只充满氢气的气球，飞到一定高度即会爆炸，这要取决于一定高度上的（d）（a）外压（b）温度（c）湿度（d）外压和温度答：大气压力和温度随高度的增加而下降，温度影响内压，气球飞到一定高度以后，气球外压低，内部的压力大于外压，故而爆裂。第1章热化学与能源14（8）下列说法中，不正确的是（d）（a）焓只有在某种特定条件下，才与系统反应热相等；（b）焓是人为定义的一种具有能量量纲的热力学量；（c）焓是状态函数；（d）焓是系统能与环境进行热交换的热量；答：（d）“焓”无确定的物理意义，如体积功非热能等。第1章热化学与能源153.填空题使可燃样品（质量为1.000g）在弹式热量计内完全燃烧，以测定其反应热，必须知道：（1）反应终态温度与始态温度之差ΔT；（2）吸热介质的比热容和质量；（3）钢弹组件的总热容Cb；第1章热化学与能源164.钢弹的总热容Cb可利用一已知反应热数值的样品而求得。设将0.500g苯甲酸（C6H5COOH）在盛有1209g水的弹式热量计的钢弹内（通入氧气）完全燃烧尽，系统的温度由296.35K上升到298.59K。已知在此条件下苯甲酸完全燃烧的反应热效应为-3226kJ·mol-1，水的比热容为4.18J·g-1·K-1。试计算该钢弹的总热容。第1章热化学与能源17解：苯甲酸的摩尔质量为122.12g·mol-1，0.500g苯甲酸完全燃烧的反应热为q∵qm=q/ξ=-3226kJ.mol-1其中ξ=dn/vB=[0-0.500g/122.12g·mol-1]/(-1)∴q=qm×ξ=-[C（H2O）·△T+Cb·△T]即Cb=-[qm×ξ+C（H2O）·△T]/△T=-[-3226×103×0.500/122.12+1209×4.18×(298.59-296.35)]/(298.59-296.35)=839（J·K－1）第1章热化学与能源185.葡萄糖完全燃烧的热化学反应方程式为C6H12O6（s）＋6O2（g）=6CO2（g）＋6H2O（l）qp，m=－2820kJ·mol－1当葡萄糖在人体内氧化时，上述反应热约30％可用做肌肉的活动能力。试估计一食匙葡萄糖（3.8g）在人体内氧化时，可获得的肌肉活动的能量。第1章热化学与能源19解：葡萄糖C6H12O6的摩尔质量为180.16g·mol-1，3.8g葡萄糖完全燃烧的热效应为：q=qp,m×ξ=qp,m×[（0－3.8)/180.16]/（－1）=－2820×3.8/180.16=－59.5（kJ）可获得的肌肉活动的能量为：59.5×30％＝18.0（kJ）第1章热化学与能源206、已知下列热化学方程式：Fe2O3（s）＋3CO（g）＝2Fe（s）＋3CO2（g）；qp＝－27.63kJ·mol－13Fe2O3（s）＋CO（g）＝2Fe3O4（s）＋CO2（g）；qp＝－58.6kJ·mol－1Fe3O4（s）＋CO（g）＝3FeO（s）＋CO2（g）；qp＝38.1kJ·mol－1不用查表，试计算下列反应的qp。FeO（s）＋CO（g）＝Fe（s）＋CO2（g）[提示：根据盖斯定律利用已知反应方程式，设计一循环，使消去Fe2O3和Fe3O4，而得到所需反应方程式。若以（1），（2）（3），（4）依次表示所给出的反应方程式，则可得:6qp，4＝3qp，1－qp，2－2qp，3]第1章热化学与能源21第1章热化学与能源解：由化学方程式可得：6×(4)=3×(1)-（2）-2×（3）即得以下反应方程式：6FeO（s）＋6CO（g）＝6Fe（s）＋6CO2（g）则qp（4）＝[3qp（1）-qp（2）-2qp（3）]＝-16.7（kJ·mol-1）16227.已知乙醇在101.325kPa大气压下正常沸点温度（351K）时的蒸发热为39.2kJ·mol－1试估算1mol液态C2H5OH在该蒸发过程中的体积功w′和ΔU。第1章热化学与能源23解：w′=-pΔV=-ΔnRT=-1×8.314×10-3kJ·mol-1·K-1×351K=-2.92（kJ·mol-1）ΔHm=qp,m=39.2kJ·mol-1ΔUm=ΔHm-ΣνB（Bg）RT=39.2kJ·mol-1-2.92kJ·mol-1=36.3（kJ）第1章热化学与能源248.在下列反应或过程中，qv与qp有区别吗？简单说明（1）NH4HS（s）NH3（g）＋H2S（g）（2）H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g）（3）CO2（s）CO2（g）（4）AgNO3（aq）＋NaCl（aq）AgCl（s）＋NaNO3（aq）第1章热化学与能源25℃25℃-78℃25℃25解：据qp＝qv+ξΣνB（Bg）RT（1）ξΣνB（Bg）0，qp≠qv（2）ξΣνB（Bg）＝0，qp＝qv（3）ξΣνB（Bg）0，qp≠qv（4）ξΣνB（Bg）＝0，qp＝qv第1章热化学与能源269.根据第8题中所列的各化学方程式和条件，试计算发生下列变化时，各自ΔU和ΔH之间的能量差值。（1）2.00molNH4HS（s）的分解（2）生成1.00molHCl（g）（3）5.00molCO2（s）（干冰）的升华（4）沉淀出2.00molAgCl（s）第1章热化学与能源27解：（1）NH4HS（s）NH3（g）＋H2S（g）ΔUmɵ-ΔHmɵ=-ΣνB（Bg）RT=-2×8.314×10-3kJ·mol-1·K-1×298×K=-4.958kJ·mol-12.00molNH4HS（s）的分解过程两者能量差为：2.00mol×（-4.958kJ·mol-1）=-9.29kJ（2）H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g）因为ΣνB（Bg）＝0所以ΔUmɵ-ΔHmɵ=0生成1.00molHCl（g）过程两者能量差为0。第1章热化学与能源25℃25℃28（3）CO2（s）CO2（g）ΔUmɵ-ΔHmɵ=-1×8.314×10-3kJ·mol-1·K-1×（273.15-78)K=-1.62kJ·mol-15.00molCO2（s）的升华过程两者能量差为：5.00mol×（-1.62kJ·mol-1）=-8.10kJ（4）AgNO3（aq）＋NaCl（aq）AgCl（s）＋NaNO3（aq）ΣνB（Bg）＝0ΔUmɵ-ΔHmɵ=0沉淀出2.00molAgCl（s）过程两者能量差为0。第1章热化学与能源25℃-78℃2910.试查阅附表3的数据计算下列反应的ΔrHmɵ（298.15K）。（1）4NH3（g）＋3O2（g）＝2N2（g）＋6H2O（l）（2）C2H2（g）＋H2（g）＝C2H4（g）（3）NH3（g）＋稀盐酸（4）Fe（s）＋CuSO4（aq）第1章热化学与能源30解：（1）4NH3（g）＋3O2（g）＝2N2（g）＋6H2O（l）ΔfHmɵ(298.15K)-46.1100-285.83ΔrHmɵ=ΣνBΔfHmɵ(298.15K)=6×（-285.83）-4×（-46.11）kJ·mol-1=-1530.54kJ·mol-1（2）C2H2（g）＋H2（g）＝C2H4（g）ΔfHmɵ(298.15K)226.73052.26ΔrHmɵ=ΣνBΔfHmɵ(298.15K)=（52.26-226.73）kJ·mol-1=-174.47kJ·mol-1第1章热化学与能源31（3）NH3（g）＋H+(aq)=NH4+（g）ΔfHmɵ(298.15K)–46.110-132.43ΔrHmɵ=