化學熱力學初步(完整資料).doc

1、【最新整理，下載后即可編輯】【最新整理，下載后即可編輯】【最新整理，下載后即可編輯】化學熱力學初步2 1計算下列系統(tǒng)得熱力學能變化：(1)系統(tǒng)吸收了 10QJ能量，并且系統(tǒng)對環(huán)境做了 540J功。(2)系統(tǒng)放出了 10QJ熱量，并且環(huán)境對系統(tǒng)做了 635J功。解：(1) At/ =(2 + IV = 100J - 540J = -440J(2)U = Q + W = -100J + 635J = 535J22 2.0molH2 (設為理想氣體)在恒溫(298K)下，經過下列 三種途徑，從始態(tài)0.015m3膨脹到終態(tài)0.040 n?,求各途徑中氣體所做 得功。(1)自始態(tài)反抗lOOkPa的外壓到

2、終態(tài)。(2)自始態(tài)反抗200kPa的外壓到中間平衡態(tài),然后反抗lOOkPa的 外壓到終態(tài)。(3)自始態(tài)可逆地膨脹到終態(tài)。解：(1) W； =- A V = -100 X(0.040 - 0.015 )= 2.5kJ(2)叱=股+叱=一州(匕一匕)一工(匕卜),關鍵是確定中間態(tài)在P；下的 體積匕：匕二嗎Pi2.011X)1x8.315(kPa L nior1 K-1)x298K OT 八八“200 kPa=24.8L、0.025m%=-200 x(0.025 - 0.015 )-100 x(0.040 - 0.025 ) = -3.5kJ“V0 040 W=-pdV = -nRTin =-2.0

3、 x8.315 x 298 In - = 4861J 右 4.9kJV 73J乂0.0152 3在p，和885下，分解l.OmolCaCC為需耗熱量165kJo試計算此過程得w、和AW。CaCO3的分解反應方程式為CaCO3 (s)=CaO(s)+CO2 (g)解：CaCX)3(s) = CaCXs) + CD2(g)/ kJ iidI-1120.69635.1 393.5系統(tǒng)的標準摩爾熔變：=-635.1 -393.5 -1206.9 = 178.3kJ . nxjr1系 統(tǒng)對環(huán)境做功：= -pV = -nRT = -l.Ox8.315 x 10-3 x 1158 = -9.6kJ等壓熱效應

4、就是反應的焰變：A/7 = Q = 165kJ內能變化值：MJ = Q + W = 165-9.6 = 155.4kJ2 4已知(1) C(s)+C)2(g 尸 CC)2(g) H：=393.5kJmol-i(2)H2(g)+102(g)=H2O(l) ArH =285.9kJ - mol1(3) CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O iH；=890.0kJ mol試求反應 C(s)+2H2(g)=CH4(g)的加o解：=+2義一此=冏 + 2A閥 -冏=-393.5 + 2x(-285.9)-(-890.0) = -75.3kJ . moL2 5利用附錄二的數(shù)據(jù)，計算下列反應在

5、298K時的4月(：3(1) PbS +/O2(g 尸 PbO(s)+SO2(g)(2)4NH3 (g)+5O2 (g)=4NO(g)+6H2O(l)CaCO3 (s)+2H+ (aq)=Ca2+ (aq)+CO2 (g)+H2O(l)AgCl(s)+Br (aq)=AgBr(s)+Cr (aq)解：(1) PbS(sjO2(g) =PbO(s) + SO2(g)-1000- 219 - 296.8Af/7/kJ niDr13卜優(yōu)=-219 - 296.8 - -100 + - x 0 = -411.8kJ.mor1(2)4NH3(g) + 5O2(g) = 4NO(g) +6H2O(1)-4

6、6.11090.4-285.8 Af/e/kJ niDr1f m=4 x 90.4 + 6x(-285.8)-4x (-46.11)+ 5x0 = -1168.SkJnior1CaCO3(s) + 2H(aq)C:+(aq) + CO2(g) + H2O(l)-1206.90一542.7393.5 -285.8 AfW0/kJ-imr1f m=-542.7 - 393.5 - 285.8 -1206 .9 +2x 0 =-15.1kJ nxjr1AgQ(s) + Br (aq)AgBi(s) + Q - (aq)-127.1-121-100-167.2Af/!/kJ imr1=-100-167

7、.2-127.1-121 = -19.1kJnx)r12-6阿波羅登月火箭用N2H4(I)作燃料，用NzOK0作氧化劑，燃 燒后產生N2包和H2。)。寫出配平得化學方程式，并計算1kg N2H4。) 燃燒后得A田屋解：其化學方程式為：2N2H4(l) + N2O4(g) - 6N2(g) + 4H2O(l)50.69.160-285.8Ar/7 =6x0 + 4x(-285.8)-2x50.6 +9.16 =-1253 .56kJ iwr1A HQ (1kg)= -3$6kJ * 10008= _19587 口 = 19.6MJr m211X)132.0g nior127已知:4NH3(g)

8、+ 5O2(g) = 4NO(g) + 6H2。(/)=-1168.8V(2)4NH 3(g) + 3O?(g) = 2N2(g) + 6H 夕(1) 汨；=一1530.4以加。尸試求NO得標準生成熔。解：由一得：2N1(g) + 2O式g) = 4NO(g), A4-附兩邊同除以 4 得：iN2(g)+O2(g) = NO(g %冏-)則 NO 的 標 準 生 成 烙冉: =-用)=1(-H8.8 +1530.4) = 90.4kJ .mor12-8已知(l)2NH3(g)+3NO2(g) =4N2(g) +3H2O(1)= - 1010kJ/molN2O ( g) +3H2 ( g) =

9、N2H4 (1) + H20 (1) -317kJ/mol(3)2NH3 ( g ) +( g ) N2H4 ( 1 ) +H2O ( 1 ) 田；=-143kJ/mol(4) H2(g)+ 1o2(g) = H2O(1) Ar/7f=-286kJ/mol試計算N2H4 (1)的標準生成始。解：3 X 一得 9H2 (g)+4N2( g)3N2H4 (1 )+2NH3 (g)- 得 2NH3(g)-N2H4(l)+H2(g)兩式相加得 8H2(g)+4N2(g)-4N2H4(I)由上，+ (ArW；- ArWf) =50.5 kJ - mol-112-9利用附錄十的鍵能數(shù)據(jù)，計算下列反應的田；

10、：CH 30H (g) + HBr(g) = /O(g) + CH3Br(g)解：八陽二=W反應物鍵能生成物鍵能=3內(JH)+b(O_H)+ 3與9_)+ AN(C_8r)二(343kJ“o/T +465k/?o/T +368k/moL)(2x465k/?oL +276k/mo/T)=-30kJmorl（2-101下列各反應中反應物和產物都是同分異構體。利用鍵能估算這些氣相異構化反應的陽屋HO-HICIH-HICIH-HHICIH(2)O/HCCH 1 1H H1。HCC | H HHH(3)H-CN 三 C 1HCCN1HH解：(1) 53 kJ - mol1 ；(2)-57 kJ mol

11、1 ； (3) -53 kJ mol12-11預言下列過程系統(tǒng)的AS的符號:（1）水變成水蒸氣；（2）氣體等溫膨脹；（3）苯與甲苯相溶；（4）鹽從過飽和水溶液中結晶出來；（5）滲透；（6）固體表面吸附氣體。解：（1） A50,正。水由液態(tài)變成水蒸氣，混亂度增加。AS0,正。氣體等溫膨脹，體積增大使氣體分子的混亂度增加。A50,正。苯與甲苯相溶，兩種分子的混亂度都增大。A50,正。滲透溶液由于滲透作用使體積變大，電解質濃度變 小，混亂度增加。A5鼠S： ?解：水在0的熔化和100的汽化,都是其兩相狀態(tài)共存的平衡過程，EP AG = Aff-7AS = 0o1) Imol 水在熔化時的嫡變A 5

12、=vap m HQvap m6.02X10J1DO1 1 = 22.1 j.必1 -1 K-i273 KA.S6 fas m2 ) Imol 水在汽睡或=40.6xl03jmo=o&8J-moKT373K化時的嫡變比較上述結果，鼠黑 品。因為氣態(tài)水比液體水混亂度大得多,所以嫡變值大；而液體水比固態(tài)水混亂度稍大一些，其嫡變值相對來說就小一些。【2-15Imol水在其沸點100下汽化，求該過程的W,AU,AS和G。水的汽化熱為2.26kJ.g-，解：水的汽化過程式：H2O(1) = H2O(g)W = -pV = -nRT = -lx8.315 x 10-3 x373 = -3.1kJQ = H

13、= 2.26kJ 七一】x 18g = 40.68kJ【最新整理，下載后即可編輯】U =。+W = 40.68-3.1 = 37.58kJAS =A/0r m 一40.68 x IOJ moL(273 +100 )K= 109JmoKT由于是平衡狀態(tài)，所以：AG = AW-7AS = 02-161利用附錄二的數(shù)據(jù)，判斷下列反應在25和標準態(tài)下能否自發(fā)進行？第(4)題為第16題(1) Ca(OH) 2(s)+CO2(g)CaCO3(s) + H2O(l)(2)CaSO4 2H2O(s) CaSO4(s) + 2H2(Xl)(3 ) PbO(s)+ CO(g) = Pb + CO ? (g)解：(

14、1) AG = -1128.8 - 237.2 - -896.8 - 394.4 = -74.8kJ . nnE1(2)ArG = -1321.9 - 2 x 237.2-1797 = 0.7kJ. imr1AG =0 - 394,4-188-137.2 = -69.2kJ imE1從計算結果可知，(2)式不能自發(fā)進行，(1) (3)均可自發(fā)進行。2-17在空氣中，氏3。心)還是氏2。3(。在熱力學上更穩(wěn)定？試證 明你的選擇。解：略。提示：計算氏3。4與5反應生成Fe2O3的ArG2-18在100時，水蒸發(fā)過程為H2O(l)H2O(g)o若當時水蒸氣 分壓為200kPa,下列說法正確的有哪些？

15、AG=0(2) AG=0(3)G 0AG 0(6) AG7870K,在高溫下反應自發(fā)進行。(2)AS： = 89.62 (32.7 + 223) = 166皿1.* ,要使八夕：0,則必須-642-7x(-166x10-3)4),即Tv3868K,在低溫下反應自發(fā)進行。(3) ArS = 206 - (130.6 + 31.8) = 43.6J . hidI . K_1, AG =-20-7x43 x IO-3 42.3121X10-3= 350K【2-27】005凡0遇熱首先失去5個結晶水，如果繼續(xù)升高溫度,CuSO,還會分解為CuO和SO,。試用熱力學原理估算這兩步的分解溫度。解：（1）

16、01505凡0遇熱失去結晶水的最低溫度：CuSO4 -5H2O(s)CuSO 4(s) + 5H2O(g)Af：/kJmoLI m-2321-771.5-241.8300109188.7=7715 - 5 x 241.8 -2321 = 340.5kJ nnr1ArS =109 + 5xl88.7-300 = 752.5J nior1 K-1ArG =ArW-T ArS =340.5-Tx752.5x 10-3 340.5752.5x10- 3=452.5K（2）求CUSO4遇高溫分解的最低溫度:CuSO4(s) CuO(s) + SO3(g)-771.5-157-395.7S/JmorK_1

17、 10942.7256.6ArW = -395.7 -157 - -771.5 = 218.8kJ . niol-1S： =42.7 + 256.6 109 =190.3J mL Ki218.8190.3 x IO-3= 1150K2-28某系統(tǒng)在 700K 時，/7(N2)=3.3X103kPa? /?(2)=9.9X 103kPa和p(NH3)=2.0 X 102kPao試預測在此溫度下下列反應的方向：N2(g) + H2(g) = 2NH3(g) o解:ArG700=-45.7 kJmol/V 0正向進行。2-29含結晶水的鹽暴露在大氣中逐漸失去結晶水的過程稱為風化。Na2SO410H2

18、O的風化過程可用如下反應式來表示：Na2SO410H2O(s) Na2SO4(s) + 10H2O(g)試判斷：(1)在298K和標準態(tài)下NaAO10HQ是否會風化？(2)在298K和空氣相對濕度為60%時，Na?SO40H9是否會風 化？已知：Na2SO410H2O(s)的 A/G： =3644kJ 皿廣；Na2SO4 的=-1267kJ 皿。解：標準態(tài)下直接計算AG.,非標準狀態(tài)下采用范托夫等溫方程 計算AG-然后進行判斷。查表，將各物質的熱化學數(shù)據(jù)列于熱化學 方程式的下方：Na2SO4 -10H2O(s) Na2SO4(s) + 10H2O(g)AfG/kl nnl-1 -3644-1267-228.6(1)在標