工程化学基础(童志平主编)复习要点及习题解答

工程化学基础复习要点及习题解答2几个基本概念系统：敞开系统、封闭系统、孤立系统状态函数：只与始态和终态有关广度性质与强度性质状态函数相：单相系统与多相系统的判断3第一章物质的聚集状态分压定律iiipxnnpp理想气体状态方程分体积定律iiiVxnnVVnRTpV4kPaPkPaPkPaPmolnmolnOHOH970.61941.123:911.185:5.1,3:.12222由分压定律可求可求由理想气体状态方程式由化学方程式可求总习题解答5％％％可得成反比一定时由理想气体状态方程总41.70741.052.181852.007.747407.0)3(81)2(6,15,60:,,,)1.(2222222HOHNOHxxxkPaPkPaPkPaPkPaP，P，VTRn，6kPaVRTnnpKkPapkPapkPappppppppppVpVpONONONONONOONN78.1921010383314.8298314.810)5751575()(383)3(5.112,5.37)2(75)1(150;;1015;105.533''''''221122222222222222总总压：混合后分压：初始压力：据7第二章化学反应热效应内能：ΔU=Q+WQ与W的符号热效应等容热效应ΔU=Qv等压热效应ΔH=QpH=U+n(g)RT反应进度Δξ=ΔnB/νB8盖斯定律：焓变的计算：标准摩尔生成焓fHmθ(C,石墨,298.15K)=0kJ/molfHmθ(H+,298.15K)=0kJ/mol标准摩尔焓变),()(TBHTHBmfBmr物态，91.是非题:(1)-;2(-);(3)-2.选择题:(1)c;(2)d3.填空题:(1)mH2O;(2)△T;(3)Cp4.(1)△U=150kJ;(2)△U=-250kJ；(3)△U=450kJ;(4)△U=975kJ。习题解答105.在373.15K和101.325kPa下，由1mol水汽化变成1mol水蒸气，此气化过程中体系吸热40.63kJ。求：（1）体系膨胀对外作功w=?（液体水体积可忽略不计）（2）此过程内能改变。解:W=-P△V=-△nRT=-1×8.314×10-3×373.15=-3.10kJ（或V1/V2=T1/T2→V2=？W=-P△V=-PV=？)△U=Q+W=40.63+(-3.10)=37.53kJ116.计算下列反应（或过程）的QP与QV之间的能量差值。(方法:QP-QV=△nRT)(1)2.00molNH4HS的分解,NH4HS(s)→NH3(g)＋H2S(g)(△n=4mol)（2）生成1.00mol的HClH2(g)＋Cl2(g)→2HCl(g)(△n=0mol)（3）5.00molCO2(s)（干冰）的升华CO2(s)→CO2(g)(△n=5mol)（4）沉淀出2.00molAgCl(s)(△n=0mol)AgNO3(aq)＋NaCl(aq)→AgCl(s)＋NaNO3(aq)127.C6H12O6~Q180g/mol-2820kJ/mol3.8gΔHkJ/molΔH=59.53kJ可获得能量：59.53×30%=17.86kJ131-kJ.mol73.163)3(6)2(2)1()4.(8mrH9.(1)-1366.51kJ.mol-1;(2)-429.818kJ.mol-1.10.(1)-153.89kJ.mol-1;(2)-81.89kJ.mol-114第三章化学反应的基本原理化学反应的方向Gibbs判据：ΔG0反应自发进行ΔG=0反应达到平衡ΔG0反应不能自发进行反应方向的定性判断：ΔG=ΔH-TΔS影响熵值的因素：温度、聚集状态、结构与分子量化学反应方向的定性判断15rGmθ的计算：298.15K,标准状态：标准状态，非常温：非标准状态，非常温：BmfmrKBGKG)15.298,()15.298()15.298()15.298()(KSTKHTGmrmrmrQRTTGTGmrmrln)()(rGmθ的定量计算：标准摩尔生成吉布斯函数值fGmθ(C,石墨,298.15K)=0kJ/mol；fGmθ(H+,298.15K)=0转向温度)15.298()15.298(KSKHTmrmr转单位的一致！16化学反应平衡Kθ与rGmθ的关系：QRTTGTGmrmrln)()(反应达到平衡时：rGm(T)=0Q=KθRTTGK)(lnθmrθQ与K的关系与区别单位的一致rGmθ与rGm的关系与区别17化学平衡移动方向的判断：QRTTGTGmrmrln)()(θθmrln)(KRTTGrGm(T)=RTln(Q/Kθ)浓度与压力改变：Kθ不变，若使Q增大，则平衡逆向移动温度：Kθ改变，吸热反应，T增大，平衡正向移动)15.298()15.298()(KSTKHTGmrmrmrRTTGK)(lnθmrθRSTRHK)15.298(1)15.298(lnθmrθmrθ勒夏特列原理21θmr2θ21θ111)()(lnTTRHTKTK18化学反应速率反应速率的表示方法：反应速率方程：基元反应阿仑尼乌斯公式：反应速率理论：活化分子浓度、压力、温度、催化剂与反应平衡的移动、平衡常数Kθ及反应速率v、速率常数kdtBdcvB)(1backcvBARTEaeAk21a2111lnTTREkk浓度、压力可能导致平衡移动并改变v，但不改变K和k;温度升高会导致平衡移动和v增加，同时使K改变和k(正、逆)增加；催化剂不改变K且平衡不移动，但使k,v(正、逆)增加191.是非题(1)-;(2)-;(3)+;(4)-;(5)-;(6)-。2.选择题:(1)c;(2)b;(3)b;(4)c习题解答20k正k逆v正v逆Kθ移动方向增加总压力不变不变↑↑不变逆反应方向升高温度↑↑↑↑↑正反应方向加催化剂↑↑↑↑不变不移动3.填空题:(1)△rHmθ→基本不变;△rSmθ→基本不变;△rGmθ→增大;Kθ→减小;v(正),v(逆)→都增大。(2)214.(1)-549.41J/mol.k;(2)222.78J/mol.k;(3)141.598J/mol.k。5.(1)28.62kJ/mol﹥0逆向;(2)62.52kJ/mol﹥0逆向。6.△rGmθ(298.15K)=-95.299kJ/mol﹤0标准熵法:△rHmθ(298.15K)=-92.307kJ/mol,△rSmθ(298.15K)=10.033J·mol-1·K-1△rGmθ=-95.298kJ/mol﹤0正向自发进行。227.已知下列反应的△rHmθ符号,不用查表,判断反应自发进行的方向.若有转向温度,则指明是高温还是低温反应自发进行。解:讨论△rGmθ=△rHmθ－T△rSmθ﹤0时的温度条件.(1)C(s)+CO2(g)=2CO(g),△rHmθ﹥0△rHmθ﹥0,△rSmθ﹥0,T值越高越利于△rGmθ﹤0,高温自发。23(2)SO2(g)+1/2O2(g)=SO3(g),△rHmθ﹤0△rHmθ﹤0,△rSmθ﹤0,T值越低越利于△rGmθ﹤0,低温自发。(3)C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g),△rHmθ﹤0△rHmθ﹤0,△rSmθ﹥0,T为任何值时都自发。248.lnKθ(T)=-ΔrGmθ(T)/RT(1)ΔrGmθ(298K)=117.11kJ/molKθ(298K)=3.04×10-21;(2)ΔrGmθ(298K)=130.44kJ/molKθ(298K)=1.40×10-23。259.用标准熵法计算反应C(石墨)+2H2(g)=CH4(g)在398.15K时的△rGmθ(T)和平衡常数Kθ。解:△rHmθ(298.15k)=-74.85kJ/mol,△rSmθ(298.15k)=-80.62J/mol.k△rGmθ(398.15k)=△rHmθ－T△rSmθ=-74.85-398.15×(-80.62)×10-3=-42.75kJ/mollnKθ=-△rGmθ(398.15k)/RT=42.75×103/(8.314×398.15)=12.915,Kθ=4.06×1052610.查表计算反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)在298.15k及398.15k时的Kθ值。解:△rGmθ(298.15k)=(-137.15)-(228.59)=91.44kJ.mol△rGmθ(298.15k)=-RTlnKθKθ(298K)=9.53×10-17△rHmθ(298.15k)=131.30kJ·mol-1△rSmθ(298.15k)=133.674J·mol-1·K-1△rGmθ(398.15k)=78.078kJ·mol-1Kθ(398.15K)=5.72×10-112711231722112121072.5)15.398()15.39815.29815.29815.398(314.8103.1311053.9ln)()15.298(lnKKKTTTTRKHKKmr或28molkJKHKHTTTTRKHKKmrmrmr/41.36)15.298()15.39815.29815.29815.398(314.8)15.298(1005.2ln)()15.298(ln21121211.29KTKmolJKSmolkJKHKTKmolJKSmolkJKHKTKmolJKSmolkJKHKSKHTKSTKHTGmrmrmrmrmrmrmrmrmrmrmr84054.115)15.298(,/06.97)15.298()3(90415.207)15.298(,/2.187)15.298()2(284328.204)15.298(,/7.580)15.298()1()15.298()15.298(,0)15.298()15.298()(.12111111即采用第（3）种方法30)()()(213)(),()()(ln.132,1,3,2,1,TGTGTGTGTGRTTGTKmrmrmrmrmrmr反应反应反应TΔrGm,1θ(T)ΔrGm,2θ(T)ΔrGm,3θ(T)K3θ973-3.12-7.013.890.621073-5.29-6.180.890.911173-7.46-5.00-2.461.291273-9.61-4.22-5.391.66平衡常数随温度升高而增大，因而该反应为吸热反应。3114.(1)升温,减压;增加H2O(g)分压,减少CO(g)、H2(g)分压。(2)升温、减小CO(g)、H2(g)分压、催化剂；升温：Kθ↑,k(正)↑,k(逆)↑。减小CO(g)、H2(g)分压：Kθ不变,k(正)不变,k(逆)不变。催化剂：Kθ不变,k(正)↑,k(逆)↑。32811109.1)1573(,74.17)1573(ln/024.232)1573(13.90)298(,/25.90)298(.15KKKKmolkJKGKmolJKSmolkJKHmrmrmr112112205.0025.02/11)(05.0)()(1.16hlmolOvhlmolOHvtBcvB33dtNOBrdcNOBrvdtBrdcBrvdtNOdpNOv)(21)(;)()(;)(21)(.1