大学化学课后习题答案 .doc

《大学化学课后习题答案 .doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学化学课后习题答案 .doc（115页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第一章 化学反应热教学内容1系统、环境等基本概念； 2. 热力学第一定律； 3. 化学反应的热效应。教学要求掌握系统、环境、功、热（恒容反应热和恒压反应热）、状态函数、标准态、标准生成焓、反应进度等概念；熟悉热力学第一定律；掌握化学反应标准焓变的计算方法。 知识点与考核点1 系统（体系）被划定的研究对象。化学反应系统是由大量微观粒子（分子、原子和离子等）组成的宏观集合体。2 环境（外界）系统以外与之密切相关的部分。系统和环境的划分具有一定的人为性，划分的原则是使研究问题比较方便。系统又可以分为敞开系统（系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换）；封闭体系（系统与环境之间没有物质交换，只有能量交

2、换）；孤立系统（体系与环境之间没有物质交换，也没有能量交换） 系统与环境之间具有边界，这一边界可以是实际的相界面，也可以是人为的边界，目的是确定研究对象的空间范围。3 相系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分。在同一个系统中，同一个相可以是连续的，也可以是不连续的。例如油水混合物中，有时水是连续相，有时油是连续相。4 状态函数状态是系统宏观性质（T、p、V、U 等）的综合表现，系统的状态是通过这些宏观性质描述的，这些宏观性质又称为系统的状态函数。状态函数的特点：状态函数之间往往相互制约（例如理想气体状态方程式中p、V、n、T 之间互为函数关系）；其变化量只与系统的始、末态有关，与变化的途径

3、无关。 5*过程系统状态的变化（例如：等容过程、等压过程、等温可逆过程等） 6*途径完成某过程的路径。若系统的始、末态相同，而途径不同时，状态函数的变量是相同的。7*容量性质这种性质的数值与系统中的物质的量成正比，具有加合性，例如m（质量）V、U、G等。8*强度性质这种性质的数值与系统中的物质的量无关，不具有加合性，例如T、（密度）、p（压强）等。9功（W）温差以外的强度性质引起的能量交换形式 体+有。 环境对系统做功，其符号为（+）；反之为（）。功不是状态函数，是过程量。因为功总是与系统变化的途径有关。例如盐酸与锌单质在烧杯中发生氧化还原反应时会有热效应，但是系统并不做功（W有 = 0）。但

4、是，若将其组成原电池，系统就可以对环境做电功（W有 0）。又例如一个带活塞的汽缸膨胀，分别经过 向真空中膨胀； 向大气中等外压膨胀。 设活塞的两个过程的始、末状态相同，则W体1=0；而W体2 = p环境 （V2V1）0。10热（Q）系统与环境之间因温差引起的能量交换形式。系统吸收热量，热的符号为（+），系统放热为（）。热是与变化途径有关的物理量，任何一个系统只能说它在某过程中吸收或放出多少热量，不能说它本身含有多少热量，所以热不是状态函数。11化学反应热效应（反应热）生成物与反应物的温度相同时，化学反应过程中放出或吸收的热量。12等压热效应（Qp）封闭系统，在等温、等压、不做有用功时的反应热。

5、等压过程：系统的始态压力和终态压力与环境压力相等。p（始态）=p（终态）=p（环境）= A（常数），而中间过程的压力可以有所变化。（在专业的化学热力学书中，等压与恒压是有区别的。恒压过程是指系统的压力在整个过程中与环境压力相等并且恒定不变）。p（系统）=p（环境）= A（常数）；13热力学第一定律U = Q + W（条件：封闭系统）。U（热力学能）是状态函数，U是热力学能的变化量，U不是状态函数。14焓H = U + pV （焓是状态函数，是复合状态函数） 焓变：H =QP （条件：封闭系统、等压、不做有用功），H不是状态函数。上式说明，在一定条件下，状态函数焓（H）的变化量（H）与特定（等压

6、）过程的反应热（等压热QP）在数值上相等，但不能因此就认为热是状态函数。15盖斯定律一个总反应的rHm，等于其所有分步rHm B的总和。16热力学标准态纯理想气体热力学标准态是指该气体处于标准压力 p(100kPa)下的状态。混合理想气体中任一组分的标准态是指该组分气体的分压为p时的状态。纯液态（或纯固态）物质的标准态是指压力为p下的纯液体（或纯固体）的状态。溶液的标准态选1 molL1。热力学“标准态”与标准状况的含义是不相同的。因为在研究气体定律时所规定的气体“标准状况”是指气体的压力为标准大气压（p = 101 325Pa）、和温度为0下所处的状况。而热力学“标准态”是为了理论研究的需要

7、，给物质规定的作为参比的标准压力（p=100kPa）；理想气体的分压为p；理想溶液中溶质的浓度为1molL1，可见“标准态”并未对温度作出规定。物理化学手册的热力学数据多为298.15K下的测定值，并不是说“标准态”包含25（298.15K）这一条件。17标准摩尔生成焓（fHm）在一定温度，标准状态下，由最稳定单质生成1mol 纯物质时反应的焓变。18化学反应标准焓变（rHm）设某化学反应式为aA + fF gG + dD，则： rHmgfHm，G + dfHm，D afHm，A ffHm，F = 注意：计量系数，物质的聚集状态。例如： 查表/（kJmol1） 0 0 285.83rHm =

8、2(285.83) 0 20 = 571.66 kJmol119反应进度设某化学反应式为aA + fF gG + dD， ；B：反应物或产物， （mol）：计量系数。（对反应物，为负数，也为负数；对生成物为正数；也为正数； 0）。1mol反应表示各物质按给定的化学计量方程式进行的完全反应。在使用反应进度的概念时，必须指明对应的反应计量方程式。例如对反应，=1 mol 表示 1 mol N2 与3mol H2 反应生成2 mol NH3。而对，=1 mol表示mol N2与molH2 反应生成1molNH3。思考题与习题解答1说明下列符号的含义。 (T) (T) （T） 答：等容反应热； (T)

9、：温度T下，反应的摩尔焓变（数值等于等压反应热）；(T)：温度T下某物质的标准摩尔生成焓； ：反应进度。2盖斯定律的使用条件，下列哪种说法正确？ （1）等压 （2）等容 （3）等温、等容或等温、等压 （4）等温、不做有用功，等容或等压答：正确答案为（4）。3热力学标准态的含义？为什么要确定热力学标准态？答：纯理想气体热力学标准态是指该气体处于标准压力 p(100kPa)下的状态。混合理想气体中任一组分的标准态是指该组分气体的分压为p时的状态。纯液态（或纯固态）物质的标准态是指压力为p下的纯液体（或纯固体）的状态。溶液的标准态选1 molL1。因为化学反应中的能量以及状态函数改变是受许多条件（如

10、温度、压力、浓度、聚集状态等）的影响，为了比较方便，国际上规定了物质的热力学标准态。4简述照明弹中的铝、镁、硝酸钠和硝酸钡等物质各起什么作用？ 答：金属铝、镁在燃烧时,可以放出大量热（= 601.7 kJmol1, = 1675.69 kJmol1）产生千度以上的高温，而反应放出的热量能使硝酸盐分解产生O2，又加速镁、铝的燃烧反应，使照明弹更加绚丽夺目。在其中铝和镁作为还原剂；氧气、硝酸钠和硝酸钡等作氧化剂。5通过计算说明，氧乙炔焰为什么可以用于金属焊接和切割？答： （5/2）O2 + C2H2 = 2CO2 + H2O(g)/（kJ mol1） 0 226.7 393.5 241.8 rH=

11、f H(生成物)（反应物）rH=2(393.5) + (241.82) 226.7 0 = 1255.5 kJmol1 因反应放出大量热，可以熔化金属，所以可用于焊接或切割金属。6通过计算说明，为什么称硼的氢化物（硼烷），硅的氢化物（硅烷）是高能燃料 已知B2H6（g）的36.56 kJmol1，B2O3（s）的1132.55 kJmol1；SiH4（g）的34.31 kJmol1，SiO2（s）的910.7kJmol1 。 解： B2H6（g） + 3O2(g) = B2O3（s） + 3H2O（g）（kJmol1） 36.56 0 1132.55 241.82rH= 1132.55+3(2

12、41.82) 36.56 0 = 1894.57 kJmol1 SiH4（g） + 2O2(g) = SiO2（s） + 2H2O（g）（kJmol1） 34.31 0 910.7 241.82 rH= 910.7 + 2(241.82) 34.31 0 = 1427.25 kJmol1 上述两个反应都放出大量热，因此B2H6（g）和SiH4（g）可以作为高能燃料。7已知下列反应的化学反应热 C（石墨）+ O2（g）= CO2（g） rHm(1) = 393.5 kJmol1 H2（g）+ (1/2) O2（g）=H2O（l） rHm(2) = 285.8 kJmol1 C2H6（g）+(7/

13、2)O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l） rHm (3) = 1559.8 kJmol1 不用查表，计算由石墨和氢气化合生成1mol C2H6（g）反应的rHm。解：根据Hess定律 rHm (C2H6) = 2rHm(1) + 3rHm(2) rHm (3)所以rHm (C2H6) = 2(393.5) + 3(285.8) (1559.8) = 84.6 kJmol18在用硝石制硝酸时，下列反应同时发生 （1）KNO3（s）+ H2SO4（l）= KHSO4（s）+ HNO3（g） （2）2KNO3（s）+ H2SO4（l）= K2SO4（s）+ 2HNO3（g） 制得的硝酸中80%

14、是由反应（1）产生的，20%是由反应（2）产生的。问在25制取1kgHNO3(g)时将放出多少热量？已知KNO3、H2SO4、KHSO4、HNO3（g）、K2SO4的标准生成焓依次为494.63、813.99、1160.6、135.6、1437.79（kJmol1）。 解： KNO3（s）+H2SO4（l）= KHSO4（s）+ HNO3（g）方程（1）/（kJmol1）469.63 813.99 1160.6 135.6rH=f H(生成物)（反应物）rH(1) = (1160.6 +135.6 ) (494.63 + 813.99 ) = 1344.36 kJmol12KNO3（s）+H2

15、SO4（l）= K2SO4（s）+2HNO3（g）方程（2）/（kJmol1）469.63 813.99 1437.79 135.6rH(2)= 1437.79) + 2 (135.6) 2 (469.63) + 813.99= 1041.32 kJmol1HNO3的相对分子量为63， 1 kg HNO3的物质的量n =15.9 (mol)制取1 kg HNO3(g)时的反应热为9甘油三油酸脂是一种典型的脂肪，当它在人体内代谢时发生下列反应 C57H104O6（s）+ 80 O2（g）= 57CO2（g）+52H2O（l）该反应的= 3.3510 4 kJmol1 ，问如以当代男大学生平均每人

16、每日耗能10125.3kJ，且以完全消耗这种脂肪来计算，每天需消耗多少脂肪？解：每天消耗脂肪物质的量该脂肪相对分子量为884； 每天消耗脂肪的质量为 0.30884=267.0 (g)10葡萄糖（C6H12O6）完全燃烧反应的方程式为 C6H12O6（s）+ 6O2（g）= 6CO2（g）+ 6H2O（l） 该反应的= 2820 kJmol1 ，当葡萄糖在人体内氧化时，上述反应热的约40%可用于肌肉活动的能量。试计算一匙葡萄糖（以3.8g计）在人体内氧化时，可获得的肌肉活动能量。 解：葡萄糖相对分子量为180；一匙葡萄糖(3.8g)的物质的量为 3.8 / 180 = 0.021(mol) 一

17、匙葡萄糖被氧化放出的热量为 0.021 = 0.021 2820 = 59.2 kJ可获得的肌肉活动能量 59.240% = 23.7 kJ11辛烷是汽油的主要成分，根据附录的有关数据计算下列两个反应的热效应，并从计算结果比较可以得到什么结论（已知：（C8H18，l）=218.97 kJmol1）？（1）完全燃烧 C8H18（l）+ O2（g）CO2（g）+ H2O（l） （2）不完全燃烧 C8H18（l）+ O2（g）C（s）+ H2O（l）解：据附录查得下列物质C8H18(l), O2 (g) , CO2 (g),C(s), H2O(l)的标准生成焓变分别为218.1, 0, 393.5

18、kJ.mol1, 0, 285.83 kJ.mol1rH=f H(生成物) f H(（反应物） C8H18（l）+（25/2）O2（g）= 8CO2 （g） + 9H2O（g）/（kJmol1）218.97 0 393.5 241.82rH(1)= 8 ( 393.5) + 9 (285.83) 0 (218.97) = 5105.41 kJmol1 C8H18（l）+（9/2）O2（g）= 16C （s） + 9H2O(g)/（kJmol1） 218.97 0 0 285.83rH(2)= 0 + 9 ( 285.83 ) 0 (218.97) = 2395.35 kJ.mol1rH(1)

19、rH(2)， 结论：完全燃烧放热量大。第二章 化学反应进行的方向和限度教学内容1. 焓变与变化方向； 2. 熵变与变化方向； 3. 吉布斯函数变与变化方向； 4. 化学反应的限度化学平衡。教学要求理解标准熵、标准生成吉布斯函数变、标准平衡常数等有关概念；掌握反应的熵变与吉布斯函数变的求算方法；熟悉等温等压条件下化学反应进行方向的判断方法；掌握吉布斯方程及转化温度的计算方法；掌握标准平衡常数（）的表达和与标准吉布斯函数变的关系及化学平衡的相关计算；了解影响化学平衡移动的有关因素。 知识点与考核点1熵（S）系统内微观质点混乱度的量度。（k是Boltzmann常数，是微观状态数（与混乱度密切相关）。

20、熵是状态函数。2 热力学第三定律在0K时，任何纯物质、完整晶体的绝对熵为0，（固体在0K时，任何物质的热运动停止，只有一种微观状态，即=1）。3 标准摩尔熵（）一定温度下，1mol纯物质在标准情况下的规定熵。 人为规定：处于标准条件下的水合H+ 离子的标准熵为零，其它离子的标准熵为其相对值。4影响熵的因素 相同物质Sg Sl Ss； 分子数越多、分子量越大、物质结构越复杂，熵越大； 固体溶解于水，熵增加，而气体溶解于水，熵减小； 温度越高，熵越大。5反应熵变的计算 对化学反应aA + f F gG + dD gSm，G + dSm，D aSm，A fSm，F 。 注意：计量系数；物质的聚集状态

21、。6 熵变与化学反应方向等温等压条件下，熵变大于零（ 0）有利于变化过程自发进行，但不能单独作为判断化学反应方向的标准。7 焓变与化学反应方向等温等压条件下，焓变小于零（ 0）有利于变化过程自发进行，但不能单独作为判断变化过程方向的标准。 8 吉布斯函数 （为状态函数，为复合函数）。9 吉布斯函数变(恒温、恒压下反应的推动力)（不是状态函数）。10. 标准摩尔生成吉布斯函数(fGmQ)在一定温度，标准状态下，由最稳定单质生成1mol 纯物质时反应的标准吉布斯函数变。 11. 化学反应标准吉布斯函数变()的计算 对化学反应 aA + f F gG + dD= gfGm，G + dfGm，D af

22、Gm，A ffGm，F =注意：计量系数，物质的聚集状态。12G 与S、H及T 的关系HS反应自发性G =HTS12（放热）+（吸热）+（熵增）（熵减）自发非自发+34+不定（升高温度，G由+变 ，利于自发）不定（升高温度，G由变+，不利于自发）13等温、等压，判断变化过程自发进行方向的判据 G 0 过程正向自发进行G = 0 处于平衡状态G 0 过程逆向自发进行14与的区别是指参加反应物系中各物质处于任意状态下， 反应进度=1时的吉布斯函数变。 由它判断（等温等压）实际条件下系统自发变化过程方向的判据，0 或 0，反应不能自发进行，但其平衡常数并不等于零。答： 0，只能说明在标准态下，过程不

23、能自发进行。在非标准态下，而且|又不是很大时，不能用于判断反应方向。可逆反应平衡常数都不应为零。2选择题（将正确答案的标号填入空格内）(1)下列物理量属于状态函数的是。T p V W H H S G: 答：正确答案为 。 (2)生产水煤气的反应为 C（s）+ H2O（g）= CO（g）+ H2（g）该反应的= 131.3 kJmol1，则该反应是 （系统H 0，S 0）。低温下正向不自发，高温下正向自发；低温下正向自发，高温下正向不自发；任何温度下正向都自发；任何温度下正向都不自发 答：正确答案为。3不用查表，将下列物质按标准熵值由大到小的顺序排列。（1）Si（s） （2）Br（l） （3）B

24、r（g）答： （3）（2）（1）4给出下列过程的，的正负号（或零）（1）电解水生成H2和O2； （2）H2O（g）273K H2O（l）； （3）H2O（l） 268K H2O（s）答：各变化量的符号如下表所示 （1）+（2）（3） 5SiC是耐高温材料，问以硅石（SiO2）为原料，在标准状态和298K时能否制得SiC。解 SiO2 + C = SiC + O2 kJmol1 856.67 0 62.76 0 0。 结论：不能在此条件下制备SiC。6由二氧化锰制备金属锰可采取下列两种方法（1）MnO2（s）+ 2H2（g）= Mn（s）+ 2H2O（g） =37.22 kJmol1 =94.9

25、6Jmol1K1 （2）MnO2（s）+2 C（s）= Mn（s）+ 2CO（g） =299.8 kJmol1； =363.3Jmol1K1 试通过计算确定上述两个反应在298K、标态下的反应方向？如果考虑工作温度越低越好，则采用那种方法较好？ 解：（1）MnO2(s) + 2H2 (g) = Mn(s) + 2H2O(g)rG=rHTr S=37.22kJmol129894.9610 3=8.922 (kJmol1) (2) MnO2(s) + 2C(s) = Mn(s) + 2CO(g)rG=rHTrH= 299.8 298 363.3 10 3 = 191.5 kJmol1上述两个反应的

26、均大于0，所以298K，100 kPa下反应都不能自发正向进行。（K） （K）答：若考虑工作温度越低越好，易采用方程（1）的方法。7汞的冶炼可采用朱砂（HgS）在空气中灼烧 2HgS（s）+ 3O2（g）= 2HgO（s）+ 2SO2（g） 而炉中生成的HgO又将按下式分解 2HgO（s）= 2Hg（g）+ O2（g） 试估算炉内的灼烧温度不得低于多少时，才可以得到Hg（g）？已知HgS（s），HgO（s）的分别是 58.2 kJmol1，90.83 kJmol1；分别是50.6，58.56（kJmol1）；分别是82.4 Jmol1K1和70.29 Jmol1K1。 解： 查表得 2HgS（

27、s） + 3O2 = 2HgO + 2SO2/（kJmol1） 58.2 0 90.83 297.04/（Jmol1K1）82.4 205.03 70.29 248.11 ； 0 ， 低温自发，高温非自发。 结论（1）：当升温至T 4607.7K 时, 反应由自发转变为非自发。 2HgO（s） = 2Hg（l） + O2（g） kJmol1 90.83 61.32 0 Jmol1K1 70.29 174.85 205.03 ； 0 ， 低温非自发，高温自发。；结论（）当升温至T 740.29K 时, 反应由非自发转变为自发进行。所以，当740.29K T 4607.77K时。才可得到Hg(g)

28、。8汽车尾气中含有CO，能否用热分解的途径消除它？已知热分解反应为CO（g）= C（s）+ O2（g），该反应的= 110.5 kJmol1， = 89Jmol1K1 。解: rG=rH TrS， 此反应rH0， rS0 rG永远大于零，说明此反应在任何温度下反应都不能自发进行，又因 0，很小（9.51025），平衡产率很低，故不能用热解法除CO。9在298K，100kPa条件下，金刚石和石墨的标准熵分别为2.45 Jmol1K1和5.71 Jmol1K1，它们的燃烧反应热分别为395.40 kJmol1和393.51 kJmol1，试求： （1）在298K，100kPa条件下，石墨变成金刚石

29、的。 （2）说明在上述条件下，石墨和金刚石那种晶型较为稳定？解: 已知: S(石)=5.71Jmol1K1, S(金)=2.45 Jmol1K1C(石)+O2(g)=CO2(g) rH(1) = 39351 kJmol1C(金)+O2(g)=CO2(g) rH(2)= 395.40 kJmol1方程(1) 方程 (2) 得方程（3）C(石)C（金） 根据Hess定律该反 rH (3)= rH (1) rH(2) = 393.51 (395.40) = 1.89 kJmol1rS=2.45 5.71= 3.26 Jmol1K1rG=rHTrS = 1.89 298 ( 3.26) 103 = 2.86 kJmol1rG 0 298K, 100kPa下, 石墨较稳定10计算合成氨反应 N2（g）+ 3H2（g）= 2NH3（g） 在673K时的标准平衡常数，并指出在673K，下列三种情况下反应向何方向进行？ （1）p（NH3）= 304kPa，p（N2）= 171kPa，p（H2）= 2022kPa； （2）p（NH3）= 600kPa，p（N2）= 625kPa，p（H2）= 1875kPa； （3）p（NH3）= 100kPa，p（N2）= 725kPa，p（H2）= 2175kPa；解：首先用热力学数据 求出。 查表得 N2(g) + 3H2(g