工科化學(xué)和實(shí)驗(yàn)(金繼紅)第2章-習(xí)題集與思考題答案解析

1、 習(xí) 題一.選擇題( B ) 1. CO2(g)的生成焓等于 (A) 金剛石的燃燒焓(B) 石墨的燃燒焓 (C) CO(g)的燃燒焓 (D) 碳酸鈣分解的焓變( A)2. 萘燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式為： C10H8(s) + 12 O2 (g) = 10 CO2 (g) + 4 H2O(l)則 298 K時(shí), Qp和 QV的差值(kJ·mol)為 (A) -4.95 (B) 4.95 (C) -2.48 (D) 2.48(B)3.H = Qp此式適用于哪一個(gè)過(guò)程：(A) 理想氣體從101325Pa反抗恒定的10132.5Pa膨脹到10132.5Pa(B) 在0、101325Pa下，冰融化

2、成水(C) 電解CuSO4的水溶液(D) 氣體從(298.15K、101325Pa)可逆變化到(373.15K、10132.5Pa )( D)4.氣相反應(yīng)2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)是放熱的，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，可采用下列哪組條件使平衡向右移動(dòng)？ (A)降低溫度和降低壓力 (B)升高溫度和增大壓力 (C)升高溫度和降低壓力 (D)降低溫度和增大壓力( B )5.下列過(guò)程中系統(tǒng)的熵減少的是 (A)在900ºC時(shí)CaCO3(s) ® CaO(s) +CO2(g) (B)在0ºC常壓下水結(jié)成冰 (C)理想氣體的等溫膨脹 (D)水在其正常沸點(diǎn)氣化( C)6.在常

3、溫下，下列反應(yīng)中，焓變等于AgBr(s)的的反應(yīng)是 (A) Ag(aq) + Br(aq) = AgBr(s) (B) 2Ag(s) + Br2 (g) = 2AgBr(s) (C) Ag(s) + Br2(l) = AgBr(s) (D) Ag(s) + Br2 (g) = AgBr(s) （C）7.下列過(guò)程中系統(tǒng)的DG ¹ 0的是 (A)水在0ºC常壓下結(jié)成冰 (B)水在其正常沸點(diǎn)氣化 (C)NH4Cl(s) ® NH3(g) + HCl(g)在大氣中進(jìn)行(D)100°C，大氣壓下液態(tài)水向真空蒸發(fā)成同溫同壓下的氣態(tài)水二.填空題1.300 K時(shí)0.12

4、5 mol 的正庚烷(液體)在氧彈量熱計(jì)中完全燃燒，放熱602 kJ, 反應(yīng)C7H10(l) + 11O2(g) = 7CO2(g) + 8H2O(l) 的rUm= 4816 kJ·mol-1，rHm=4826 kJ·mol-1。( RT = 2.5kJ )2.寫(xiě)出下列過(guò)程的熵變(用<、=、>表示)(1)溶解少量食鹽于水中，_0；(2)純碳和氧氣反應(yīng)生成CO(g)，_0；(3) H2O(g)變成H2O(l)，_0；(4)CaCO3(s)加熱分解 CaO(s)和CO2(g)，0。 3一定溫度下, 反應(yīng) PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g) 達(dá)到平衡

5、后, 維持溫度和體積不變, 向容器中加入一定量的惰性氣體, 反應(yīng)將不移動(dòng)。4. 循環(huán)過(guò)程的熵變?yōu)開(kāi)0_；循環(huán)過(guò)程吉布斯函數(shù)變?yōu)開(kāi)0_。三計(jì)算題1一容器中裝有某氣體1.5dm3，在100kPa下，氣體從環(huán)境吸熱800J后，體積膨脹到2.0dm3，計(jì)算系統(tǒng)的熱力學(xué)能改變量。解： 25mol理想氣體在300K由0.5dm3等溫可逆膨脹至5dm3，求W、Q和DU。解： 310mol理想氣體由298.15K、106Pa自由膨脹到298.15K，105Pa，再經(jīng)等溫可逆壓縮到始態(tài)，求循環(huán)過(guò)程的Q、。解：循環(huán)過(guò)程， 4. 計(jì)算25時(shí)下列反應(yīng)的等壓反應(yīng)熱與等容反應(yīng)熱之差。(1) (2)  解： (2

6、)525下，密閉恒容的容器中有10 g固體奈C10H8(s)在過(guò)量的O2(g)中完全燃燒成CO2(g)和H2O(l)。過(guò)程放熱401.73 kJ。求(1) C10H8(s)+12O2(g)=10CO2(g)+4H2O(l)的反應(yīng)進(jìn)度 (2) C10H8(s)的 ； 解：(1)萘在過(guò)量的氧氣中完全燃燒，萘的物質(zhì)的量為: (2)6已知下列兩個(gè)反應(yīng)的焓變，求298K時(shí)水的標(biāo)準(zhǔn)摩爾蒸發(fā)焓。(1) (2) 解：水的氣化過(guò)程： 方程式(2) 方程式(1)，得：7已知反應(yīng) 計(jì)算反應(yīng)(1)C+DA+B；(2)2C+2D2A+2B；(3)A+BE 的解：(1)

7、(2) (3) 8利用附錄B中標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓數(shù)據(jù)計(jì)算下列反應(yīng)在298.15K的。假定反應(yīng)中的各氣體都可視作理想氣體。(1) (2)解：(1)查表得各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓：(2)查表得各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓：925時(shí)，石墨、甲烷及氫的分別為、和。求25時(shí)在等壓情況下甲烷的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。 解：，此反應(yīng)熱即為甲烷的生成熱10已知反應(yīng) 在300K及恒容條件下進(jìn)行時(shí)，請(qǐng)計(jì)算反應(yīng)的Qp和。已知C和W在300K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓分別為和。解：C和W的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓就是CO2和WO3的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，所以11已知化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)如下CH4(g)H2O(g)CO(g)H2(g)/kJ·mol-1-7

8、4.4-241.826-110.530 求該反應(yīng)在298.15K時(shí)的。解：（1）在298.15K時(shí)的反應(yīng)焓為12計(jì)算在298.15K時(shí)反應(yīng) 的。已知：Fe3O4(s)H2(g)Fe(s)H2O (g)146.4130.727.3188.835解：13應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓和標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變，并判斷該反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下能否自發(fā)進(jìn)行。解：查表得各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓及熵?cái)?shù)據(jù)為：14.銀可能受到H2S(g)的腐蝕而發(fā)生反應(yīng)2Ag(s) + H2S(g) Ag2S(s) + H2(g)，現(xiàn)在298K、下將銀放入等體積的H2S和H2組成的混合氣體中。問(wèn)：(1) 是否發(fā)生銀

9、的腐蝕？(2) 混合氣體中H2S的體積百分?jǐn)?shù)低于多少才不會(huì)發(fā)生銀的腐蝕？已知：，解：(1)(2)令混合氣體中H2S的體積分?jǐn)?shù)低于x時(shí)Ag不會(huì)發(fā)生腐蝕，即反應(yīng)處于平衡狀態(tài)15. 寫(xiě)出下列反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式(1) CO(g) +2H2(g) CH3OH(l) (2) BaCO3(s) + C(s) BaO(s) + 2CO(g)(3) Ag+(aq) +Cl-(aq) AgCl(s) (4) HCN(aq) H+ (aq) + CN- (aq)解：(1) (2) (3) (4) 1625ºC時(shí)，已知反應(yīng)2ICl(g) I2(g) +Cl2(g) 的平衡常數(shù)，試計(jì)算下列反應(yīng)的。(1) I

10、Cl (g) I2 (g) +Cl2 (g) (2) I2 (g) +Cl2 (g) ICl(g)解：(1) (2) 17反應(yīng)H2O(g) + CO(g) CO2(g) + H2(g)在900ºC時(shí)，系統(tǒng)中的各氣體均視為理想氣體，問(wèn)H2O、CO、CO2和H2的分壓力分別為下列兩種情況時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行的方向如何？(1) 20265 Pa、20265 Pa、20265 Pa、30398 Pa(2) 40530 Pa、20265 Pa、30398 Pa、10135 Pa解：(1)(2)18298K時(shí)，NH4HS(s)的分解反應(yīng)如下： NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g)將NH4HS

11、(s)放入一真空容器中，平衡時(shí)，測(cè)得壓力為66.66kPa，求反應(yīng)的；若容器中預(yù)先已有NH3(g)，其壓力為40.00kPa，則平衡時(shí)的總壓為多少？解：(1)設(shè)平衡時(shí)總壓為pNH4HS(s) NH3 (g) + H2S (g) 平衡時(shí)： p/2 p/2(2) NH4HS(s) NH3 (g) + H2S (g) 平衡時(shí)： 40.00kPa+ p(H2S) p(H2S)19已知在1273K時(shí)，反應(yīng)FeO(s) +CO(g) Fe + CO2(g)的。若起始濃度c(CO) = 0.05 mol·dm-3，c(CO2) = 0.01 mol·dm-3，問(wèn)：(1) 平衡時(shí)反應(yīng)物、產(chǎn)

12、物的濃度各是多少？(2) CO的平衡轉(zhuǎn)化率是多少？(3) 增加FeO(s)的量對(duì)平衡有何影響？解：設(shè)平衡時(shí)反應(yīng)轉(zhuǎn)換的CO濃度為x mol·dm-3 FeO (s) + CO (g) Fe + CO2 (g)初始濃度(mol·dm-3)： 0.05 0.01平衡濃度(mol·dm-3)： 0.05-x 0.01+ x20已知甲醇蒸氣的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)為。試求液體甲醇的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)。（假定氣體為理想氣體，且已知298.15K時(shí)液體甲醇飽和蒸氣壓為16.343kPa）解：對(duì)于液體，飽和蒸汽壓即氣液平衡時(shí)的氣體壓強(qiáng)甲醇?xì)庖浩胶猓?甲醇 (l) 甲醇 (g)

13、21某溫度下，Br2和Cl2在CCl4溶劑中發(fā)生下述反應(yīng)：Br2 + Cl2 2BrCl平衡建立時(shí)，c(Br2) = c(Cl2) = 0.0043 mol·dm-3 ，c(BrCl) = 0.0114 mol·dm-3，試求(1) 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)；(2) 如果平衡建立后，再加入0.01 mol·dm-3的Br2到系統(tǒng)中(體積變化可忽略)，計(jì)算平衡再次建立時(shí)，系統(tǒng)中各組分的濃度；(3) 用以上結(jié)果說(shuō)明濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響。解：(1) (2) Br2 + Cl2 2BrCl初始濃度(mol·dm-3)： 0.0143 0.0043 0.0114平衡濃度

14、(mol·dm-3)： 0.0143- x 0.0043- x 0.0114+2x (3)增加反應(yīng)物(Br2)濃度后，產(chǎn)物的量也增加了，化學(xué)平衡向正方向發(fā)生了移動(dòng)。22已知在298K時(shí)各物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)如下： NO(g) NOF(g) F2(g) 90 -66.5 0 211 248 203(1) 計(jì)算下述反應(yīng)在298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)；2NO(g) + F2(g) 2NOF(g)(2) 計(jì)算以上反應(yīng)在500K時(shí)的和；(3) 根據(jù)上述結(jié)果，說(shuō)明溫度對(duì)反應(yīng)有何影響？解：(1)(2)假設(shè)，不隨溫度改變，則(3)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡常數(shù)值降低，對(duì)反應(yīng)不利。思 考 題1. “系統(tǒng)

15、的溫度升高就一定吸熱，溫度不變時(shí)系統(tǒng)既不吸熱也不放熱?！边@種說(shuō)法對(duì)嗎？舉例說(shuō)明。不對(duì)。系統(tǒng)的溫度升高可以通過(guò)其他方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，不一定非得是吸熱（被做功等）。例如：絕熱條件下壓縮氣體，體系溫度升高，但并未從環(huán)境中吸熱；在絕熱體容器中，將H2SO4注入水中，體系溫度升高，但并未從環(huán)境吸熱。在溫度不變時(shí)，體系可以放熱或吸熱，如相變時(shí)。水在1atm、100下變成水蒸氣，溫度不變但吸熱。2. 在孤立系統(tǒng)中發(fā)生的任何過(guò)程，都有U = 0，H = 0。這一結(jié)論對(duì)嗎？不對(duì)。在孤立系統(tǒng)中發(fā)生的過(guò)程，有U = 0，因?yàn)閃 = 0，Q = 0，但是H不確定，比如發(fā)生使系統(tǒng)壓強(qiáng)變化的反應(yīng)的體系，H 0。3. 因?yàn)?H

16、= U + pV，所以焓是熱力學(xué)能與體積功pV之和，對(duì)嗎？不對(duì)。焓是一種表示物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的狀態(tài)函數(shù)，等于該系統(tǒng)內(nèi)能加上其體積與外界作用于該系統(tǒng)的壓力的乘積的總和。而體積功是系統(tǒng)由于體積改變而與環(huán)境交換的能量，非狀態(tài)函數(shù)。H = U + pV中，pV不是體積功。4. “理想氣體在恒外壓下絕熱膨脹，因?yàn)橥鈮汉愣ǎ訯p =H；又因?yàn)榻^熱。所以Qp = 0。由此得到Qp =H = 0?！边@一結(jié)論是否正確？為什么？不對(duì)。此過(guò)程外壓恒定，但是對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)（理想氣體）并不是一個(gè)恒壓過(guò)程。所以整個(gè)過(guò)程的QQp，HQp。設(shè)膨脹之前壓強(qiáng)為p1，膨脹結(jié)束壓強(qiáng)為p2，有p1 > p2 = p外。對(duì)于此過(guò)程

17、，絕熱，Q=0，則U = Q + W = -p外V，有V>0，U<0。H =U+(pV) = -p外V + (pV) = -p外V2 + p外V1 + p2V2 - p1V1 = p外V1 - p1V1，有 p1>p外，則H < 0。5. 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)過(guò)程后，與環(huán)境沒(méi)有功和熱的交換，因?yàn)橄到y(tǒng)回到了始態(tài)。這一結(jié)論是否正確，為什么？不正確。U = Q + W = 0，不代表Q = 0， W = 0，可以使Q = -W。6. 運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算時(shí)，必須滿足什么條件？每種物質(zhì)在不同的反應(yīng)過(guò)程中對(duì)應(yīng)的聚集狀態(tài)和化學(xué)計(jì)量數(shù)應(yīng)一致。7. 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng) CH3OH (g) + O

18、2 (g)CO (g) + 2 H2O (g) 的反應(yīng)熱就是CH3OH (g)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓，對(duì)嗎？不正確。標(biāo)準(zhǔn)燃燒焓是指物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下完全燃燒時(shí)的反應(yīng)焓變，對(duì)于含有C和H的物質(zhì)，完全燃燒生成的物質(zhì)應(yīng)該是CO2 (g)和 H2O (l)。8. 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)CO (g) + O2 (g)CO2 (g)的反應(yīng)熱就是CO2 (g)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓，這一結(jié)論是否正確？不正確。標(biāo)準(zhǔn)生成焓是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成該化合物時(shí)的反應(yīng)熱，對(duì)于CO2 (g)，其標(biāo)準(zhǔn)生成焓應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下C(石墨)燃燒的反應(yīng)熱。9. 用混亂度的概念說(shuō)明同一物質(zhì)的固、液、氣三態(tài)熵的變化情況。熵是表示物質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)混亂度大小的物

19、理量。系統(tǒng)混亂度越大，熵值越大；混亂度越小，熵值越小。對(duì)于同一物質(zhì)，處于固態(tài)時(shí)，其質(zhì)點(diǎn)（原子、分子或離子等）排列較為規(guī)則，混亂度最小，所以熵值最小。對(duì)于液體，由于質(zhì)點(diǎn)間作用減弱，距離增大，排列的不規(guī)則性增加，并且在液體內(nèi)部還存在著質(zhì)點(diǎn)之間的位置變化，因此混亂度大大增加，熵值增大。當(dāng)物質(zhì)處于氣態(tài)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)之間的排列規(guī)則性進(jìn)一步減弱，并且還存在著更多的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，因此其混亂度最大，熵值也最大。10. 下列說(shuō)法都是不正確的，為什么？（1）S < 0的過(guò)程不可能發(fā)生；（2）自發(fā)過(guò)程的G都小于零。（1）不對(duì)，等溫等壓、不做非體積功下，一個(gè)過(guò)程是否可以自發(fā)進(jìn)行由G的大小來(lái)判斷。當(dāng)S < 0但G

20、< 0時(shí)該過(guò)程可以自發(fā)，而且S < 0，G > 0的過(guò)程也可以通過(guò)其他外來(lái)因素的作用發(fā)生。如上述，（2）也不對(duì)，自發(fā)過(guò)程的G小于零是在等溫等壓、不做非體積功的條件下。11. 化學(xué)平衡的標(biāo)志是什么？化學(xué)平衡有哪些特征？化學(xué)平衡的標(biāo)志是正、逆反應(yīng)速率相等，系統(tǒng)中各物質(zhì)的濃度（或分壓）不再隨時(shí)間而變化，化學(xué)平衡的特征除了上述兩點(diǎn)外，還包括（1）化學(xué)平衡處于動(dòng)態(tài)平衡，正逆反應(yīng)仍在進(jìn)行；（2）達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，此時(shí)的G = 0；（2）化學(xué)平衡是相對(duì)的、暫時(shí)的、有條件的，當(dāng)條件改變時(shí)，原有的平衡狀態(tài)將被打破，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。12. K與Q在表達(dá)式的形式上是一樣的，具體含義有何不同？K是由

21、rGm和T決定的一個(gè)常數(shù)，表示的是達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各生成物相對(duì)分壓（或濃度）的相應(yīng)次方乘積與各反應(yīng)物相對(duì)分壓（或濃度）的相應(yīng)次方乘積之比，與參與反應(yīng)的物質(zhì)的分壓（或濃度）無(wú)關(guān)。Q表示的是某一時(shí)刻參與反應(yīng)的各生成物相對(duì)分壓（或濃度）的相應(yīng)次方乘積與各反應(yīng)物相對(duì)分壓（或濃度）的相應(yīng)次方乘積之比，是隨著反應(yīng)進(jìn)行不斷變化的，當(dāng)?shù)竭_(dá)平衡時(shí)，Q = K。13. 何謂化學(xué)平衡的移動(dòng)？促使化學(xué)平衡移動(dòng)的因素有哪些？當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，原有的化學(xué)平衡將被破壞，并在新的條件下達(dá)到新的平衡。這種因條件的改變使化學(xué)反應(yīng)由一個(gè)平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過(guò)程稱為化學(xué)平衡的移動(dòng)。促使化學(xué)平衡移動(dòng)的因素有：濃度、壓力、溫度的變化。14. 下述說(shuō)法是否正確？為什么？（1） 因?yàn)閞Gm = -RTlnK，所以rGm是平衡態(tài)時(shí)反應(yīng)的函數(shù)變化值；不正確。rGm是反應(yīng)物與產(chǎn)物都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，發(fā)生1個(gè)單位反應(yīng)的自由能改變值。這實(shí)際上是一個(gè)假想的反應(yīng)過(guò)程。（2） rGm < 0的反應(yīng)，就是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)；rGm > 0的反應(yīng)必然不能進(jìn)行；rGm < 0表示反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)