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1、此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流第二章化学热力学初步思考题1状态函数的性质之一是：状态函数的变化值与体系的始态与终态有关；与 过程无关。在 U、H、S、G、T、p、V、Q、W 中，属于状态函数的是U、S、G、T、p、V 。在上述状态函数中，属于广度性质的是U、H、S、G、V，属于强度性质的是T 、p。2下列说法是否正确：状态函数都具有加和性。系统的状态发生改变时，状态函数均发生了变化。用盖斯定律计算反应热效应时，其热效应与过程无关。这表明任何情况下，化学反应的热效应只与反应的起止状态有关，而与反应途径无关。因为物质的绝对熵随温度的升高而增大，故温度升高可使各种化学反应
2、的S大大增加。 H， S受温度影响很小，所以G 受温度的影响不大。2错误。强度状态函数如T、p 就不具有加和性。错误。系统的状态发生改变时，肯定有状态函数发生了变化，但并非所有状态函数均发生变化。如等温过程中温度，热力学能未发生变化。错误。盖斯定律中所说的热效应，是等容热效应U 或等压热效应H。前者就是热力学能变，后者是焓变，这两个都是热力学函数变，都是在过程确定下的热效应。错误。 物质的绝对熵确实随温度的升高而增大，但反应物与产物的绝对熵均增加。化学反应 S的变化要看两者增加的多少程度。一般在无相变的情况，变化同样的温度，产物与反应物的熵变值相近。故在同温下，可认为S不受温度影响。错误。从公
3、式G =HTS可见， G 受温度影响很大。3标准状况与标准态有何不同？3标准状态是指0，1atm。标准态是指压力为100kPa，温度不规定， 但建议温度为25。4热力学能、热量、温度三者概念是否相同？试说明之。4这三者的概念不同。热力学能是体系内所有能量的总和，由于对物质内部的研究没有穷尽，其绝对值还不可知。热量是指不同体系由于温差而传递的能量，可以测量出确定值。温度是体系内分子平均动能的标志，可以用温度计测量。5判断下列各说法是否正确：热的物体比冷的物体含有更多的热量。甲物体的温度比乙物体高，表明甲物体的热力学能比乙物体大。物体的温度越高，则所含热量越多。热是一种传递中的能量。同一体系：同一
4、状态可能有多个热力学能值。不同状态可能有相同的热力学能值。5错误。热量是由于温差而传递的能量，如果没有因温差而传递就没有意义。错误。原因同，温度高，但不因温差而传递能量就无热量意义。错误。原因同。正确。错误。状态确定，热力学值也确定了，各热力学值都是唯一的数据。正确。对于不同状态，某些热力学值可以相同，但肯定有不同的热力学值，否则是同一种状态了。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与
5、交流6.分辨如下概念的物理意义：封闭系统和孤立系统。功、热和能。热力学能和焓。生成焓、燃烧焓和反应焓。过程的自发性和可逆性。6主要是系统内外的各种交换不同，封闭体系也是密封的，与系统外也无物质交流，但不绝热，系统内外有能量交换。而孤立体系是绝热的，体系内外物质和能量均无交换。功、热都是交换的能量。由于温差而产生的能量交换为热，其他原因引起的能量交换为功。热力学能是体系内所有能量的总和，焓是导出的热力学函数，无物理意义。都是化学反应的焓变。由指定单质在标准态下生成1 摩尔物质时的焓变为该物质的生成焓；在标准态下物质完全燃烧时的焓变叫燃烧焓。自发是指不需外力就能自动进行的，是向吉氏自由能减小的方向
6、进行，直至吉氏自由能达到最小值。可逆是指能向正、逆两个方向同时进行。7一系统由状态(1)到状态 (2)，沿途径完成时放热200 J，环境对体系做功50 J；沿途径完成时， 系统吸热 100 J，则 W 值为 250J； 沿途径完成时，系统对环境做功40 J，则 Q 值为 110J 。8. 判断以下说法的正确与错误，尽量用一句话给出你作出判断的根据。碳酸钙的生成焓等于CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)的反应焓。单质的生成焓等于零，所以它的标准熵也等于零。8错误。反应物不是指定单质。错误。标准态是的指定单质生成焓为零，但标准熵不为零。9遵守热力学第一定律的过程，在自然条件下并非都可发生，
7、说明热力学第一定律并不是一个普遍的定律，这种说法对吗？9热力学第一定律叙述的是能量变化，不是过程进行的方向。一个定律不可能把所有都包括上。10 为什么单质的Sm(T)不为零？如何理解物质的Sm(T)是 “绝对值”， 而物质的fH?m和fG?m为相对值？10只要不是绝对零度，即0，组成该物质的微粒都在不停地运动，都有一定的混乱度，故Sm(T)不为零。11比较下列各对物质的熵值大小（除注明外，T=298K ， p=pO） ：1molO2(200kPa) 1molO2(100kPa)1molH2O(s,273K) 1molH2O(l,273K)1gHe 1molHe1molNaCl1molNa2SO
8、4 12对于反应2C(s)+O2(g)=2CO(g) ，反应的自由能变化( rGm) 与温度 ( T)的关系为：rGmJmol-1 = 232 600 168 T/K 由此可以说，随反应温度的升高，rGm更负，反应会更彻底。这种说法是否正确？为什么？12正确。rGmJ mol-1 =232 600 168 T/K =RTlnKOT 增加，rGm更负， KO越大，反应越完全。13在 298.15K 及标准态下，以下两个化学反应：H2O(l)+1/2O2(g)H2O2(l), (rGm)1=105.3kJ mol-10 Zn(s) +1/2O2(g)ZnO(s), (rGm)2=-318.3kJm
9、ol-10可知前者不能自发进行，若把两个反应耦合起来：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流Zn(s) + H2O(l)+O2(g)ZnO(s)+ H2O2(l) 不查热力学数据，请问此耦合反应在298.15K 下能否自发进行？为什么？13反应 Zn(s) + H2O(l)+O2(g)ZnO(s)+ H2O2(l)的rGm为两耦合反应之和rGm=rGm1+rGm2=105.331
10、8.3=212.7 kJmol-10 在 298.15K 下能自发进行。习题1在 373K 时，水的蒸发热为40.58 kJmol-1。计算在1.0 105 Pa，373K 下，1 mol 水气化过程的U 和S（假定水蒸气为理想气体，液态水的体积可忽略不计）。1解： Qp=rH 0M =40.58 kJ, W= PV nRT=18.314373.15 10-3=3.10kJ U =Qp+ W =40.583.10=37.48kJ 在 373K 时，水的蒸发和冷凝达到平衡，rGm=0。rGm=H 0MTS S =THomr=373100058.40=108.8 Jmol-1?K-12. 反应 C
11、3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) 在敞开容器体系中燃烧，测得其298K 的恒压反应热为 -2220 kJ?mol-1，求：反应的rH 0M是多少？反应的U是多少？2解：rH 0M =-2220 kJ?mol-1 U =rH 0M + W =rH 0MPV=rH 0M nRT=-2220(35) RT =-2220(2) 8.31429810-3=2217.52 kJ?mol-13已知 CS2（l）在 101.3kPa 和沸点温度（ 319.3K ）气化时吸热352J g-1，求1 mol CS2（l）在沸点温度气化过程的H 和U，S。3解： Qp=rH 0M =352
12、7610-3=26.752 kJ, W= PV nRT=18.314319.310-3= 2.655kJ U =Qp+ W =26.7522.655=24.097kJ 在 373K 时，水的蒸发和冷凝达到平衡，rGm=0。rGm=H 0MTS S =THomr=3.3191000752.26=83.78 Jmol-1?K-14制水煤气是将水蒸气自红热的煤中通过，有下列反应发生C (s) + H2O (g) = CO (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g) 将此混合气体冷至室温即得水煤气，其中含有CO，H2及少量CO2（水蒸气可忽略不计）
13、 。若 C 有 95% 转化为 CO，5% 转化为 CO2，则 1 dm3此种水煤气燃烧产生的热量是多少（燃烧产物都是气体）？已知CO（g）CO2（g）H2O（g）fmH kJ?mol-1-110.5 -393.5 -241.8 4解：由 C (s) + H2O (g) = CO (g) + H2 (g)，第一步反应产生的CO (g) 和 H2 (g)为 1：1，反应产率为95%，可认为生成CO (g) 和 H2 (g)各为 0.95/2 体积。C 有 5% 转化为 CO2，C (s) + 2H2O (g) = CO2 (g) + 2H2 (g)，可认为生成CO2 (g) 和H2 (g)各为
14、0.05/2 体积。这样，各气体体积比，CO：H2：CO2 =0.475：0.5：0.025 n(CO)=RTCOpV)(=298314.810475.01032.10133=0.0194 mol 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流n(H2)=RTHpV)(2=298314.8105.01032.10133=0.02104mol CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) C
15、O 燃烧放出的热量Q=0.0194 393.5(110.5)= 5.492kJ H2燃烧放出的热量Q=0.02104(241.8)= 5.0875kJ 1 dm3此种水煤气燃烧产生的热量Q=5.4925.0875= 10.58kJ 5在一密闭的量热计中将2.456 g 正癸烷（ C10H12，l）完全燃烧，使量热计中的水温由 296.32 K 升至 303.51K 。已知量热计的热容为16.24 kJ K-1，求正癸烷的燃烧热。5Q=- 16.24(303.51296.32)=-116.77kJ HC 0M =)()(12101210HCmHCMQ=456.213277.116=-6275.9
16、 kJ?mol-16阿波罗登月火箭用联氨（N2H4 , l）作燃料，用N2O4（g）作氧化剂，燃烧产物为N2（g） 和 H2O（l） 。计算燃烧1.0 kg 联氨所放出的热量，反应在300K，101.3 kPa 下进行，需要多少升N2O4（g）? 已知N2H4（l） N2O4（g） H2O（ l）fmH kJ?mol-150.6 9.16 -285.8 6解：反应方程式为2N2H4 (l)+N2O4(g)3N2(g)+4H2O(l) Hr 0M = 4Hf0M (H2O,l) 2Hf0M (N2H4 , l) Hf0M (N2O4, g) =4(-285.8) 250.69.16=1253.5
17、6 kJ?mol-1Q=)()(2222HNMHNmHr 0M =301000( 1253.56) =41785.33kJ n(N2O4)= n(N2H4)/2=1000/30=33.33mol V(N2O4)= n(N2O4)RT/p=33.338.314300/101.32103=0.8205m3=820.5L 7若已知12g 钙燃烧时放出190.8kJ 的热； 6.2g 磷燃烧时放出154.9kJ 的热；而168g氧化钙与142g 五氧化二磷相互作用时，放出672.0kJ 的热。试计算结晶状正磷酸钙的生成热。7解：Ca(s)+1/2O2(g)CaO(s) (1) 2P(白磷 )+5/2O
18、2(g)P2O5(s) (2) 3CaO(s)+P2O5(s)Ca3(PO4)2(s) (3) 方程式 (1) 3+(2)+(3) 为：3Ca(s)+2P(白磷 )+4O2(g)Ca3(PO4)2(s)正好是由指定单质生成Ca3(PO4)2的反应方程式，其热效应就是Ca3(PO4)2的生成焓Hf0M。Hf0M (Ca3(PO4)2,s)=3Hr0M (1)+ Hr 0M (2)+ Hr 0M (3) =31240( 190.8)2.662( 154.9)( 670.0) =4127.0 kJ?mol-18已知下列数据（1）Zn（s）+1/2O2（g）=ZnO （s）rmH= -348.0 kJ
19、?mol-1（2）S（斜方） +O2（g）=SO2（g）rmH= -296.9kJ?mol-1（3）SO2（g）+1/2O2（g）= SO3（g）rmH= -98.3 kJ?mol-1（4）ZnSO4（s）= ZnO （s）+ SO3（g）rmH= 235.4 kJ?mol-1求 ZnSO4（s）的标准生成热。8解：方程式 (1)+(2)+(3 ) (4)为：Zn(s)+S(斜方)+2O2(g)ZnSO4(s) 正好是由指定单质生成ZnSO4(s)的反应方程式，其热效应就是ZnSO4(s)的生成焓Hf0M。Hf0M (ZnSO4,s)=Hr0M (1)+ Hr 0M (2)+ Hr 0M (3
20、) Hr 0M (4)精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流=348.0296.998.3235.4=978.6 kJ?mol-19常温常压下B2H6（g）燃烧放出大量的热B2H6（g）+3O2（g）=B2O3（s）+3H2O（ l）rmH= -2165 kJ?mol-1相同条件下1 mol 单质硼燃烧生成B2O3（s）时放热636kJ， H2O（l）的标准生成热为-285.8k
21、Jmol-1，求 B2H6（g）的标准生成热。9解：由 2B(s)+3/2O2(g)B2O3( s)Hr0M =2636=1272 kJ?mol-1 Hf0M ( B2O3, s)= 1272 kJ?mol-1 B2H6（g）燃烧反应rmH= Hf0M ( B2O3, s)+3Hf0M ( B2O3, s)Hf0M (B2H6, g) Hf0M (B2H6, g)= Hf0M ( B2O3, s)+3Hf0M ( B2O3, s)rmH=12723(-285.8) ( -2165 ) =35.6 kJ?mol-110已知反应3Fe2O3(s)=2Fe3O4(s)+ 21O2(g) 试计算rmH
22、，fmG。在标准状态下，哪种铁的氧化物稳定？10解：rmH=2 Hf0M (Fe3O4, s)+1/2Hf0M (O2, g)3Hf0M (Fe2O3, s) =2(-1118.4)+03(-824.3)=236.1 kJ?mol-1 rmG=2 Gf0M (Fe3O4, s)+1/2Gf0M (O2, g)3Gf0M (Fe2O3, s) =2(-1015.4)+03(-742.2)=195.8 kJ?mol-1 该反应的rmG0，为非自发，故Fe2O3更稳定。11. 分析下列反应自发进行的温度条件。（1） 2N2(g)+O2(g) 2N2O(g) rmH=163 kJ/mol （2）Ag(
23、s)+ 21Cl2(g) AgCl(s)rmH= 127 kJ /mol （3）HgO(s) Hg(l)+ 21O2(g)rmH=91 kJ/mol（4）H2O2 (l) H2O(l) + 21O2(g)rmH= 98 kJ /mol 11解：该反应气体分子数减小，rS0，而rH0，根据公式rG=rHTrS0，即该反应在任何温度时都不能自发进行。该反应气体分子数减小，rS0，而rH0，根据公式rG=rHTrS，该反应在低温时能自发进行。该反应气体分子数增加，rS0，而rH0，根据公式rG=rHTrS，该反应在高温时能自发进行。该反应气体分子数增加，rS0，而rH0，根据公式rG=rHTrS，该
24、反应在任何温度时都能自发进行。12已知下列数据CaSO4(s) CaO(s) SO3(g) fmH/kJ?mol-1-1432.7 -635.1 -395.72 mS/ J?mol-1?K-1 107.0 39.75 256.65 通过计算说明能否用CaO (s) 吸收高炉废中的SO3气体以防止SO3污染环境。12解：用 CaO (s) 吸收高炉废中的SO3气体的化学方程式为：CaO (s) + SO3 (g)CaSO4(s) rHmO=rHmO(CaSO4,s)rHmO(CaO,s)rHmO(SO3,g) =-1432.7(-635.1)(-395.72)= 401.88kJ rSmO=Sm
25、O(CaSO4,s)SmO(CaO,s) SmO(SO3,g) =107.039.75256.65=189.4 J?mol-1?K-1精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流若反应发生 TmrmrSH=4 .1891088.4013=2121.86K 在 2121.86K 的高稳下都能自发进行，该反应在高炉中能进行。13已知下列键能数据键NN N C1 N H C1 C1 C1H
26、HH EkJ mol-1945 201 389 243 431 436 （1）求反应2 NH3（g）+3Cl2（g）=N2（g）+ 6HCl(g) 的fmH；（2）由标准生成热判断NCl3 (g) 和 NH3（g）相对稳定性。13解：rmH =6E(N-H)+3 E(Cl-Cl )E(NN )6E(H-Cl) =6389+32439456431=468 kJ mol-1 1/2N2(g)+3/2Cl2(g)NCl3(g) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 9 页 - - - -
27、- - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流rHmO(1)=1/2 E(NN )+ 3/2E(Cl-Cl )3E(N-Cl) =1/2945+3/2 2433201=234 kJmol-11/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g) rHmO(1)=1/2 E(NN )+ 3/2E(H-H )3E(N-H) =1/2945+3/2 43633389=40.5 kJmol-1 NH3（g）比 NCl3 (g)相对稳定性。14已知mS( 石墨） = 5.740Jmol-1 K-1，fmH( 金刚石） =1.897 kJmol-1，fmG( 金刚石） =2.9
28、00 kJmol-1。根据计算结果说明石墨和金刚石的相对有序程度。14解：反应 C(石墨 )C(金刚石 ) rmS( 金刚石） =TGHmfmf)()(金刚石金刚石=15.29810)900.2897.1 (3= 3.364 J?mol-1?K-10 金刚石更有序。15已知下列数据：SbCl5（g）SbCl3（g）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流fmH/kJ?mol-1 -
29、394.3 -313.8 fmG /kJ?mol-1-334.3 -301.2 通过计算回答反应SbCl5（g）= SbCl3（g）+ Cl2（g）在常温下能否自发进行？在 500时能否自发进行？15解：rGmO=rGmO(SbCl3,g)rGmO(Cl2,g)rGmO(SbCl5,g) =-301.2+0 (-334.3)= 33.1k J0 在常温下该反应不能自发进行。rHmO=rHmO(SbCl3,g)rHmO(Cl2,g)rHmO(SbCl5,g) =-313.8+0(-394.3)=80.5k JrSmO=TGHmrmr=15.29810)1 .335.80(3=159.0 J?mo
30、l-1?K-1rGmO(500K)= rHmOTrSmO =80.5(273.15+500) 159.0 10-3=-42.4 k J?mol-10 在 500K 时该反应能自发进行。16已知反应：CO2(g)+2NH3(g)=(NH2)2CO(s)+H2O(l) 试计算rmH，在标准状态下反应是否自发进行？使反应自发进行的最高温度为多少？16解：rHmO=rHmO(NH2)2CO,s)+rHmO(H2O,l)rHmO(CO2,g)2rHmO(NH3,g) = rGmO=rGmO(NH2)2CO,s)+rGmO(H2O,l)rGmO(CO2,g)2rGmO(NH3,g) rSmO= SmO(N
31、H2)2CO,s)+SmO(H2O,l)SmO(CO2,g)2SmO(NH3,g) 要反应自发进行，rGmO= rHmOTrSmO0 TmrmrSH=17 有人拟定如下三种方法生产丁二烯。试用热力学原理分析一下，这些方法能否实现？选用哪种方法更好？C4H8(g)C4H6(g)+H2(g) C4H8(g)+O2(g) C4H6(g)+H2O(g) 2C2H4(g) C4H6(g)+H2(g) 已知项目C4H8(g) C4H6(g) C2H4(g) H2O(g) H2(g) O2(g) fHO/(kJ?mol-1) 1.17 165.5 52.3 -241.8 0 0 SO/(J?mol-1?K-
32、1) 307.4 293.0 219.5 188.7 130.6 205.0 17解：根据公式rGmO= rHmOTrSmOrHmO =rHmO(C4H6,g)+rHmO(C4H6,g)rHmO(C4H8,g) =165.5+0 1.17=164.33 kJ?mol-1rSmO =SmO(C4H6,g)+SmO(C4H6,g)SmO(C4H8,g) =293.0+130.6 307.4=116.2 J?mol-1?K-1TmrmrSH=2 .1161033.1643=1414.2KrHmO =rHmO(C4H6,g)+rHmO(H2O,g)rHmO(C4H8,g)rHmO(O2,g) =165
33、.5+(-241.8) 1.170=77.47kJ?mol-1精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流rSmO =SmO(C4H6,g)+SmO(H2O,g)SmO(C4H8,g) SmO(O2,g) =293.0+188.7 307.4205.0=30.7 J?mol-1?K-1TmrmrSH=7.301047.773=2523.5KrHmO =rHmO(C4H6,g)+rHmO(H2,g)2rHmO(C4H8,g) =165.5+0 21.17=163.16 kJ?mol-1rSmO =SmO(C4H6,g)+SmO(H2,g)2SmO(C4H8,g) =293.0+130.6 2307.4=191.2 J?mol-1?K-1TmrmrSH=2 .1911016.1633=853.35K 用上述三种方法均可使反应实现。其中反应所需温度最低，反应所需温度最高。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - - -