题解(二)化学反应的方向和限度.ppt

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）; rHm = 30.1kJmol1 则此温度时蒸发1mol UF6,会放出热 30.1kJ。 （） 答： 因rHm 0，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,5,2. 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） H （b）pV （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A2B的标准 摩尔反应焓rHm，1 ，与反应2AC的标准摩尔反应焓 rHm，2，则反应C4B 的标准摩尔反应焓rHm，3 与 rHm，1及rHm，2的关系为 rHm，3 （a） 2rHm，1 rHm，2 （b）rHm，1 2 rHm，2 （c） rHm，1 rHm，2 （d） 2rHm，1 rHm，2,第 1 章 热化学与能源,10,解： 设 反应 A2B rHm，1 （1） 反应 2AC rHm，2 （2） 反应 C4B rHm，3 （3） 根据盖斯定律，将反应组合可得反应（3）： （3）2（1）（2） 即： rHm，3 2 rHm，1 rHm，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,15,3. 填空题 使可燃样品（质量为1.000 g）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T ； （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,16,4. 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0.500 g苯甲酸（C6H5COOH）在盛有1209 g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296.35 K上升到298.59 K。已知在此条件下苯 甲酸完全燃烧的反应热效应为-3226kJmol-1，水的比 热容为4.18Jg-1K-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122.12gmol-1 ，0.500g苯甲酸 完全燃烧的反应热为q qm= q /= -3226 kJ.mol-1 其中 = dn /vB= 0 - 0.500g/122.12gmol-1 /(-1) q=qm=-C（H2O）T+Cb T 即 Cb=-qm+ C（H2O）T/ T =-32261030.500/122.12 + 12094.18(298.59-296.35) /(298.59-296.35) = 839（JK1）,第 1 章 热化学与能源,18,5. 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=2820 kJmol1 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（3.8 g）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180.16 gmol-1 ，3.8g 葡萄糖完全燃烧的热效应为： q = qp,m= qp,m（03.8)/180.16/（1） =28203.8/180 .16 =59.5（kJ） 可获得的肌肉活动的能量为： 59.53018.0（kJ）,第 1 章 热化学与能源,20,6、已知下列热化学方程式： Fe2O3（s）3CO（g）2Fe（s）3CO2（g）； qp27.63 kJmol1 3Fe2O3（s）CO（g）2Fe3O4（s）CO2（g）； qp58.6 kJmol1 Fe3O4（s）CO（g）3FeO（s）CO2（g）； qp38.1 kJmol1 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，43qp，1qp，22qp，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（kJmol-1）,22,7. 已知乙醇在101.325 kPa大气压下正常沸点温度 （351 K）时的蒸发热为39.2 kJmol1 试估算1 mol液态C2H5OH在该蒸发过程中的体积功w和U。,第 1 章 热化学与能源,23,解：w=-pV =-nRT =-18.31410-3kJmol-1K-1351K =-2.92（kJmol-1） Hm=qp,m=39.2 kJmol-1 Um=Hm-B（Bg）RT = 39.2 kJmol-1-2.92 kJmol-1= 36.3（kJ）,第 1 章 热化学与能源,24,8. 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+B（Bg）RT （1）B（Bg） 0 ，qp qv （2）B（Bg）0 ，qp qv （3）B（Bg） 0 ，qp qv （4）B（Bg）0 ，qp qv,第 1 章 热化学与能源,26,9. 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U和H之间的能量差值。 （1）2.00 mol NH4HS（s）的分解 （2）生成1.00 mol HCl（g） （3）5.00 mol CO2（s）（干冰）的升华 （4）沉淀出2.00 mol AgCl（s）,第 1 章 热化学与能源,27,解： （1） NH4HS（s） NH3（g）H2S（g） Um-Hm =-B（Bg）RT =-28.31410-3 kJmol-1K-1298K =-4.958 kJmol-1 2.00 mol NH4HS（s）的分解过程两者能量差为： 2.00 mol（-4.958 kJmol-1）=-9.29 kJ （2） H2（g）Cl2（g） 2HCl（g） 因为 B（Bg）0 所以 Um-Hm =0 生成1.00 mol HCl（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） Um-Hm =-18.31410-3 kJmol-1K-1 （273.15-78)K =-1.62 kJmol-1 5.00 mol CO2（s）的升华过程两者能量差为： 5.00 mol（-1.62 kJmol-1）=-8.10 kJ （4）AgNO3（aq）NaCl（aq） AgCl（s）NaNO3（aq） B（Bg）0 Um-Hm =0 沉淀出2.00 mol AgCl（s）过程两者能量差为0。,第 1 章 热化学与能源,25,-78,29,10. 试查阅附表3的数据计算下列反应的rHm（298.15 K）。 （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） fHm(298.15K) -46.11 0 0 -285.83 rHm=BfHm(298.15K) =6（-285.83）- 4 （-46.11）kJmol-1 =-1530.54 kJmol-1 （2） C2H2（g）H2（g）C2H4（g） fHm(298.15K) 226.73 0 52.26 rHm=BfHm(298.15K) =（52.26-226.73）kJmol-1 =-174.47 kJmol-1,第 1 章 热化学与能源,31,（3） NH3（g） H+ (aq) = NH4 +（g） fHm(298.15K) 46.11 0 -132.43 rHm = BfHm(298.15K) =（-285.83）-（-46.11）kJmol-1 =-86.32 kJmol-1 （4） Fe（s）Cu（aq）= Fe（aq）Cu（s） fHm(298.15K) 0 64.77 -89.1 0 rHm =BfHm(298.15K) =（-89.1）- 64.77kJmol-1 =-153.9 kJmol-1,第 1 章 热化学与能源,32,11. 计算下列反应的 （1）rHm（298.15 K）； （2）rUm （298.15K）和 （3）298.15K进行1mol反应时的体积功w CH4（g）4Cl2（g）CCl4（l）4HCl（g）,第 1 章 热化学与能源,33,解： CH4（g）4Cl2（g）CCl4（l）4HCl（g） fHm(298.15K) -74.81 0 -135.44 -92.307 （1）rHm =(-135.44 )+4(-92.307)-(74.81 )kJmol-1 =-429.86 kJmol-1 （2）rUm =rHm -B（Bg）RT =-429.86kJmol-1-（4-5）8.31410-3 kJmol-1298.15 K =-429.86 kJmol-1 （3）等温等压下 w=-nRT=-(4-5) 8.31410-3 kJmol-1 298.15 K =2.479 kJmol-1,第 1 章 热化学与能源,34,12. 近298.15 K时在弹式热量计内使1.0000g正辛烷 （C8H18，l）完全燃烧，测得此反应热效应为-47.79 kJg-1 （对于1.0000 g液体C8H18而言）。试根据此 实验值，估算正辛烷（C8H18，l）完全燃烧的 （1） qv； （2） rHm （298.15 K）。,第 1 章 热化学与能源,35,第 1 章 热化学与能源,解： C8H11(l)+ O2(g) 8CO2(g)+9H2O(l) （1）qv,m=q/=q/(0-m/M)v = (-47.79) kJg-1(0-114.23)gmol-1(-1) =-5459 kJmol-1 （2）qp = qv+vB（Bg）RT =-5459 kJmol-1 - 4.58.31410-3 kJmol-1 K-1 298.15K =-5470 kJmol-1 rHm =qp= -5470 kJmol-1,36,13. 利用CaCO3、CaO、和CO2的fHm （298.15 K）的数 据，估算煅烧1000kg石灰石（以纯CaCO3计）成为生 石灰所需热量。又在理论上要消耗多少燃料煤（以 标准煤的热值估算）？,第 1 章 热化学与能源,37,解：rHm=vBfHm =fHm（CaO，s）+fHm（CO2，g）- fHm（CaCO3，s） =-393.509+（-635.09）-（-1206.92） =178.32 kJmol-1 Qp=qpn=rHmn =178.32 kJmol-1 (1000103g/100.g mol-1) =1.78106 kJ 即 需消耗的燃料煤为（29.3 MJkg-1）： m=Qp/q=1.78106kJ/29.3103 kJkg-1 =60.8 kg,第 1 章 热化学与能源,38,14. 设反应物和生成物均处于标准状态，试通过 计算说明298.15 K时究竟是乙炔（C2H2）还是乙 烯（C2H4）完全燃烧会放出更多热量： （1）均以kJmol-1表示； （2）均以kJg-1表示。,第 1 章 热化学与能源,39,解： C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) （1）rHm，1=BfHm =- 1299.58 kJmol-1 rHm，2 =BfHm =-1410.94 kJmol-1 C2H4放出的热量多 （2）rH1=fHm，1/M乙炔 =-49.91（kJg-1） rH2=fHm，2/M乙烯 =-50.28（kJg-1） C2H4放出的热量多,第 1 章 热化学与能源,40,15. 通过吸收气体中含有的少量乙醇可使K2Cr2O7 酸性溶液变色（从橙红色变为绿色），以检验汽 车驾驶员是否酒后驾车（违反交通规则）。其化 学反应可表示为 2Cr2O72-（aq）16H+(aq）3C2H5OH（aq） 4Cr3+(aq）11H2O（l）3CH3COOH（l） 试利用标准摩尔生成焓数据求该反应的 rHm （298.15 K）？,第 1 章 热化学与能源,41,解：2Cr2O72-(aq)+16H+(aq)+3C2H5OH(l) = 4Cr3+(aq)+11H2O(l)+3CH3COOH(l) rHm =BfHm = 4fHm(Cr3+，aq)+11fHm(H2O，l) +3fHm(CH3COOH，l) -16fHm(H+，l) -2fHm(Cr2O72-，aq) -3fHm(C2H5OH，l) =-8780.4 kJmol-1,第 1 章 热化学与能源,42,*16. 试通过计算说明下列甲烷燃烧反应在298.15 K进行1 mol反应进度时，在定压和定容条件 燃烧热之差别，并说明差别之原因。 CH4（g）2O2（g）CO2（g）2H2O（l）,第 1 章 热化学与