第03章化学反应系统热力学习题及答案物理化学

第三章 化学反应系统热力学

习题及答案

§ 标准热化学数据（P126）

1. 所有单质的 O

m f G ∆ (T )皆为零为什么试举例说明

答：所有处于标准态的稳定单质的O m f G ∆ (T ) 皆为零，因为由稳定单质生成稳定单质

的状态未发生改变。如：单质碳有石墨和金刚石两种，O m f G ∆ ,石墨)=0，而O m f G ∆ ,金

刚石)= kJ·mol -1 (课本522页)，从石墨到金刚石状态要发生改变，即要发生相变，

所以O m f G ∆ ,金刚石)不等于零。

2. 化合物的标准生成热(焓)定义成：“由稳定单质在和100KPa 下反应生成1mol 化合物的反应热”是否准确为什么

答：标准生成热(焓)的定义应为：单独处于各自标准态下，温度为T 的稳定单质生成单独处于标准态下、温度为T 的1mol 化合物B 过程的焓变。此定义中（1）强调压力为一个标准大气压，而不强调温度；（2）变化前后都单独处于标准态。

3. 一定温度、压力下，发生单位化学反应过程中系统与环境交换的热Q p 与化学反应摩尔焓变r m H ∆是否相同为什么

答： 等压不作其他功时（W’=0），数值上Q p =n r H ∆。但Q p 是过程量，与具体的过程有关；而r m H ∆是状态函数，与过程无关，对一定的化学反应有固定的数值。如将一个化学反应至于一个绝热系统中，Q p 为零，但r m H ∆有确定的数值。

§ 化学反应热力学函数改变值的计算（P131）

1. O m r G ∆(T )、m r G ∆(T )、O m f G ∆(B,相态,T )各自的含义是什么 答：O m r G ∆(T )： 温度为T ，压力为P θ，发生单位反应的ΔG；

m r G ∆(T )：温度为T ，压力为P ，发生单位反应的ΔG；

O

m

f G ∆(B,相态,T )：温度为T ，压力为P θ，由各自处于标准状态下的稳定单质，生

成处于标准态1mol 化合物反应的ΔG。

2. 25℃时，H 2O(l)及H 2O(g)的标准摩尔生成焓分别为 kJ mol -1及 kJ mol -1。计算水在25℃时的气化焓。

解：g l ∆H m =Δf H m θ(H 2O,g)- Δf H m θ(H 2O,l)== kJ·mol -1

3．用热化学数据计算下列单位反应的热效应O

m r H ∆。

(1) 2CaO(s)+5C(s,石墨)→2CaC 2(s)+CO 2(g)

(2) C 2H 2(g)+H 2O(l)→CH 3CHO(g)

(3) CH 3OH(l)+21O 2(g)→HCHO(g)+H 2O(l)

解： (1) 2CaO(s)+5C(s,石墨)→2CaC 2(s)+CO 2(g) Δf H m θ(kJ·mol -1)： 0

Δr H m θ=2Δf H m θ(CaC 2(s)) + Δf H m θ(CO 2(g)) - 2Δf H m θ(CaO(s)) - 5Δf H m θ(C(s))

=[2×+] - 2× - 0= kJ·mol -1

(2) C 2H 2(g)+H 2O(l)→CH 3CHO(g)

Δc H m θ(kJ·mol -1)： -1300 0 -1193

Δr H m θ= Δc H m θ(C 2H 2(g))+ Δc H m θ(H 2O(l))- Δc H m θ(CH 3CHO(g))

=-1300-(-1193)=-107 kJ·mol -1

注：C 2H 2(g)和CH 3CHO(g)的Δc H m θ数值本书未给出，是从其它物理化学书中查到的。

(3) CH 3OH(l)+21O 2(g)→HCHO(g)+H 2O(l)

Δf H m θ： 0

Δr H m θ=Δf H m θ(HCHO(g))+Δf H m θ(H 2O(l))-Δf H m θ(CH 3OH(l))-(1/2)Δf H m θ(O 2(g)) =+-= kJmol -1

4．利用附录表中O m f H ∆ (B,相态, K)数据，计算下列反应的 O m r H ∆ 及O r m U ∆ 。假定反应

中各气体物质可视为理想气体。

(1) H 2S(g) + 3/2O 2(g) → H 2O(l) + SO 2(g)

(2) CO(g) + 2H 2(g) → CH 3OH (l)

(3) Fe 2O 3(s) + 2Al(s) →Al 2O 3(α) + 2Fe (s)

解：

O

m

r H ∆=

O

r m

U ∆+ΣνB (g)RT 。 【因为H=U+PV ，ΔH=ΔU+Δ(PV)=ΔU+Δ(n g RT)=

ΔU+RTΔn g ，对一定温度压力下的化学反应则有：O m r H ∆=O

r m U ∆+ ΣνB (g)RT 】

(1) H 2S(g) + 3/2 O 2(g) → H 2O (l) + SO 2(g)

O

m

r H ∆=Δf H m θ

(SO 2(g))+Δf H m θ(H 2O(l))- Δf H m θ(H 2S(g))-3/2Δf H m θ(O 2(g))

=+--0= kJ·mol -1

O m

r H ∆=O r m U ∆+ ΣνB (g)RT O

r m

U ∆=O m r H ∆-ΣνB (g)RT= +(3/2)×××10-3

= kJ·mol -l

(2) CO(g)+2H 2(g)→CH 3OH(l)，O m r H ∆=-= kJ·mol -1， O

r m U ∆=O m r H ∆-ΣνB (g)RT=-(-3)

×××10-3 = kJ·mol -l (3)

Fe 2O 3(s)+2Al(s)→Al 2O 3(α)+2Fe(s)

，

O

m

r H ∆=-= kJ·m ol -l ，

O

r m

U ∆=O m r H ∆-ΣνB (g)RT=O m r H ∆= kJ·mol -l

5．计算在无限稀的溶液中发生下述单位反应的热效应。已知标准摩尔生成焓数据(单位是kJ mol -1)：H 2O(l),；AgCl(s),；Na +,；K +,；Ag +,；NO 3-,；Cl -,；OH -,；SO 42-,。 (1) NaCl(∞,aq)+KNO 3(∞,aq)→

(2) NaOH(∞,aq)+HCl(∞,aq)→

(3) 1/2Ag 2SO 4(∞,aq)+NaCl(∞,aq)→

解：(1) 实质上是：Na ++Cl -+K ++NO 3-→Na ++Cl -+K ++NO 3-，没有化学反应，所以O

m r H ∆=0

(2) 实质上是：OH -(∞,aq)+H +

(∞,aq)→H 2O(l)，

O

m

r H ∆=Δf H m θ

(H 2O(l))- Δf H m θ(H +(∞,aq))- Δf H m θ(OH -(∞,aq ))

== kJ·mol -1

(3) 实质上是：Ag +(∞,aq)+Cl -(∞,aq)→AgCl(s)，

O

m r H ∆=--= kJ·mol -1

6．(1) CO(g) + H 2O(g) —→ CO 2(g) + H 2(g) Δϑm r H = kJ ·mol –1