大一无机化学2章 化学热力学基础习题解

第二章 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P（P=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。

?

?

KJ-300KJ?1700KJ 解：（1）?U?Q?W?2000(2) ?U?Q?W??12.54KJ-31.34KJ?-43.88KJ (3) ?U?Q?W?7.94KJ?31.34KJ?39.28KJ (4) ?U?Q?W??24.5KJ?26.15KJ?1.64KJ

2-3 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：?U1?Q?W?314.0J?117.0J?197.0J （2）由状态Ⅱ变到状态Ⅰ：W2??44.0J,?U2???U1

?U2?Q2?W2???U1??197.0J Q2??153.0J

2-4、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。

30.2mol?40.67KJ.mol-1?68.23KJ 18.030.2mol?8.314?373?10-3?63.02K ?U??H-??n?RT?68.23KJ- J18.0解：?H?QP?2-5、甲苯，CO2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10gCH4 (g)完全燃烧时放出的热量。 解： 甲烷的燃烧反应为：CH4?3O2?CO2?2H2O

Δr H?m ＝[Δf H?m (CO2)+2Δf H?m (H2O)]﹣[Δf H?m (CH4)+3Δf H?m (O2)]

==[-393.5+2×(-286.0)]－[(48.0) +3×0]

＝ -1013.5 kJ·mol-1

10gCH4 (g)完全燃烧时放出的热量：?1013.5?10g??633.44KJ

16g/molΘ2-6 下列哪个反应可以表示ΔfGm (CO2,g) = -394.38 kJ·mol-1

(1) C(石墨，s)+O2(g) = CO2(g) (2) C(金刚石，s)+O2(g) = CO2(g) (3) C(石墨，s)+O2(l) = CO2(l) (4) C(石墨，s)+O2(g) = CO2(l) 答：反应（1）

2-7 298 K时，在一定容器中，将0.5 g苯C6H6（l）完全燃烧生成CO2（g）和H2O（l），放热20.9 kJ。试求1 mol苯燃烧过程的ΔrUm,298和ΔrHm,298。 解：（1）因是定容反应，所以?U?QV?-20.9KJ

苯燃烧反应：C6H6?7.5O2?6CO2?3H2O

Θ

??rUm,298?78???20.9KJ???3260.4KJ.mol?1 0.5?rHm,298??rUm,298??nRT??3260.4?(6?7.5)?8.314?298?10?3??3264.1(KJ.mol?1)

2-8已知下列热化学反应：

Fe2O3(s) +3CO(g)===2 Fe(s) +3CO2(g) ΔrHm,298＝﹣27.61 kJ·mol-1 3Fe2O3(s) +CO(g) ===2 Fe3O4(s) +CO2(g) ΔrHm,298＝﹣58.58 kJ·mol-1 Fe3O4(s) +CO(g) ===3 FeO(s) +CO2(g) ΔrHm,298＝ 38.07 kJ·mol-1 则反应FeO (s) +CO (g) ===Fe (s) +CO2 (g)的ΔrHm,298为多少？ 解：反应（4）=[3×反应(1)-反应(2)-2×反应(3)]/6

ΘΘΘΘ

?Δr H?m,4 ＝[3×ΔrH?m (1)-ΔrH?m (2)﹣2×ΔrH?m (3)]/6= -16.73 kJ·mol-1

2-9 甘氨酸二肽的氧化反应为

C4H8N2O3(s) +3O2(g) = H2NCONH2(s) +3CO2(g)+2H2O(L)

ΘΘ已知ΔfHm(H2NCONH2，s)= -333.17 kJ·mol-1 , ΔfHm(C4H8N2O3，s)= -745.25 kJ·mol-1。计

算：

（1）298 K时，甘氨酸二肽氧化反应的标准摩尔焓。

（2）298 K时及标准状态下，1g固体甘氨酸二肽氧化时放热多少？

ΘΘ解：(1) 查表得：ΔfHm(CO2，g)= -393.5 kJ·mol-1 , ΔfHm(H20，L)= -285.8 kJ·mol-1 ?ΘΘ(C4H8N2O3，s)= ΔfHm(H2NCONH2，s)+3×ΔfHm(CO2，g) ?rHmΘΘ+2×ΔfHm(H20，L)- ΔfHm(H2NCONH2，s)

= -333.17+3×(-393.5)+2×-285.8-(-745.25)

= -1339.72 (KJ.mol-1) (2) 1g固体甘氨酸二肽氧化放热为：

1g??1339.72KJ.mol?1??10.15KJ

132g/mol??2-10 已知下列化学反应的反应热，求乙炔（C2H2，g）的标准摩尔生成焓ΔfHm。

Θ(1)C2H2(g)+ 5O2(g)===2CO2(g)+H2O(g) ΔrHm,298＝﹣1246.2 kJ·mol-1

Θ2(2)C(s)+2H2O(g) ===CO2(g)+2H2(g) ΔrHm,298＝90.9 kJ·mol-1 (3)2H2O(g) ===2H2(g)+O2(g) ΔrHm,298＝483.6 kJ·mol-1 解: 根据化学式组合：反应式 [2×反应(2)-反应(1)-2.5×反应(3)]得;

Θ2C(s)+ H2(g) === C2H2(g) ΔrHm,298=ΔfHm（C2H2，g）

Θ（C2H2，g）=2×90.9-(-1246.2)-2.5×483.6=219.0 (kJ·mol-1) ΔfHmΘΘΘ2-11 利用附录三的数据，计算下列反应的ΔrHm。

(1) (2) (3) (4)

Fe3O4(s) + 4H2(g) ===3Fe(s)+4H2O(g) 2NaOH(s) + CO2(g) ===Na2CO3(s)+H2O(l) 4NH3(g) + 5O2(g) ===4NO(g)+6H2O(g) CH3COOH(l) + 2O2(g) ===2CO2(g)+2H2O(l)

Θ

解：查表得 （1）Fe3O4(s) + 4H2(g) ===3Fe(s)+4H2O(g)

Θ(298.15K)/ kJ·mol-1 -1118.4 0 0 -241.82 ΔfHm?△rHm?＝ Σ?B?fHm (B)=4×（-241.82）-（-1118.4）=151.13 (kJ·mol-1)

（2）2NaOH(s) + CO2(g) ===Na2CO3(s)+H2O(l)

Θ(298.15K)/ kJ·mol-1 -425.61 -393.51 -1130.68 -245.83 ΔfHm?△rHm?＝ Σ?B?fHm (B)=（-1130.68）+（-245.83）-2×(-425.61)-( -393.51)=-171.78 (kJ·mol-1)

( 3 ) 4NH3(g) + 5O2(g) ===4NO(g)+6H2O(g)

Θ(298.15K)/ kJ·mol-1 -46.11 0 90.25 -241.82 ΔfHm△rHm?＝ Σ?B?fHm (B)= 4×90.25+6×（-241.82）-4×(-46.11)=-905.47(kJ·mol-1)

( 4 )CH3COOH(l) + 2O2(g) ===2CO2(g)+2H2O(l)

Θ(298.15K)/ kJ·mol-1 -484.09 0 -393.51 -285.83 ΔfHm?△rHm?＝ Σ?B?fHm (B)= 2×(-393.51)+2×（-285.83）-4×(-484.09)=-874.59(kJ·mol-1)

2-12 已知反应

Θ C2H2 (g) + 5O2 (g) → 2CO2 (g) + H2O (l) ΔrHm = -1301.0 kJ·mol-1，

2? C(s) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (l) ΔrHm = -393.5 kJ·mol-1，

Θ H2 (g) + 1O2 (g) → H2O ΔrHm = -285.8 kJ·mol-1，

Θ2 求 反 应 2C (s) + H2 (g) → C2H2 (g) 的ΔrHm 。

解：根据化学式组合得：反应式（4）= [2×反应(2)+反应(3)-反应(1)]

?（4）=2×（-393.5)+(-285.8)-(-1301.0)=219.0 (kJ·mol-1)=228.2 kJ·mol-1 ?rHmΘ

2-13 计算些列反应在298.15 K的ΔrHm，ΔrSm和ΔrGm，并判断哪些反应能自发向右进行。

（1） 2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g)

（2）4NH3(g)+5O2(g)＝4NO(g)+6H2O(g)

ΘΘΘ

（3）Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g) （4）2SO2(g)+O2(g)＝2SO3(g) 解:查表得:

（1） 2CO(g) + O2(g)＝ 2CO2(g)

Θ(298.15K)/ kJ·mol-1 -110.52 0 -393.51 ΔfHm?(298.15K)/ J·mol-1 k-1 197.67 205.14 213.74 Sm?(298.15K)/ kJ·mol-1 -137.17 0 -394.36 ?fGm△rHm?＝ Σ?B?fHm (B)= 2×（-393.51)-(-110.52)= -565.97(kJ·mol-1)

?△rSm?＝ Σ?BSm (B)= 2×213.74-2×197.67 -205.14=-173.01( J·mol-1 k-1)

??△rGm?＝ Σ?B?fGm (B)= 2×（-394.36）-(-137.17)= -514.38(kJ·mol-1)<0,能自发

（2） 4NH3(g)+5O2(g)＝4NO(g)+6H2O(g)

Θ(298.15K)/ kJ·mol-1 -46.11 0 90.4 -241.8 ΔfHm?(298.15K)/ J·mol-1 k-1 192.3 205.03 210.76 188.7 Sm?(298.15K)/ kJ·mol-1 -16.5 0 86.6 -228.6 ?fGm△rHm?＝ Σ?B?fHm (B)= 4×（90.4）+6×(-241.8)-4×(-46.11)= -904.76(kJ·mol-1)

?△rSm?＝ Σ?BSm (B)= 6×188.7+4×210 -4×192.3-5×205.03=177.85( J·mol-1 k-1)

?△rGm?＝ Σ?B?fGm (B)= 4×86.6+6×(-228.6)-4×(-16.5)= -951.2(kJ·mol-1)<0,能自发 （3） Fe2O3(s)+3CO(g)＝2Fe(s)+3CO2(g)

Θ(298.15K)/ kJ·mol-1 -824 -110.5 0 -393.5 ΔfHm?(298.15K)/ J·mol-1 k-1 87.4 197.6 27.3 213.6 Sm?(298.15K)/ kJ·mol-1 -742.2 -137.2 0 -394.4 ?fGm?

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