无机及分析化学第4章 热力学作业讲解

从所得反应： △rHmθ＝4 △fHmθ(NO)
所以 △fHmθ(NO)＝ 360/4 = 90(kJ·mol-1)
2020/10/28
4
#4-3 计算△rHmθ 和△rSmθ
（3） △fHmθ/kJ·mol-1 Smθ/J·K-1·mol-1
Fe2O3(s)+3H2(g)=2Fe(s)+3H2O(l)
CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g)
△fHmθ/kJ·mol-1 -393.51 0
-110.53 -241.82
Smθ/J·K-1·mol-1 213.64 130.57 197.56 188.72
△rHmθ=41.16(kJ·mol-1)
△rSmθ=42.07(J·K-1·mol-1 ) =0.042kJ·K-1·mol-1
A<B
B<C
C>D
答案：C
2020/10/28
17
(4) 在标准状态下，反应熵值增加的反应是( )。
A. 2NH4NO3(s)＝2N2(g)+4H2O(g)+O2(g) B. CO(g)+H2O(g)＝CO2(g)+H2(g) C. 3O2(g) ＝2O3(g) D. 2NO(g)＋O2 (g)＝2NO2(g)
2020/10/28
12
#的4-△9 rG估m算θ(8反73应) 和：KCθO(827(g3))+。H2(g)=CO(g)+H2O (g) 若此时系统中各组分气体的分压为p(CO2) ＝p(H2)＝127 kPa， p(CO) ＝p(H2O)＝76 kPa，计算此条件下反应的摩尔吉布斯自 由能变，并判断反应进行的方向。
平衡温度——△rGm=0时的温度
例如，在298K或任意温度下，水在玻璃罩中蒸发，最后达到平衡： 平衡时，水的蒸气压为饱和蒸气压；
水的饱和蒸气压 < pθ； 过程 H2O(l) = H2O(g) 处于非标准状态下，并达到平衡； △rGm =0，T平衡 = 298K(25℃) 。
2020/10/28
△rGmθ(873) = △rHmθ- 873 △rSmθ = 4.43 (kJ·mol-1) △rGmθ(873) = -RTln Kθ(873)
4.43 = 8.314 10-3 873 ln Kθ(873)
Kθ(873)=0.54
2020/10/28
13
#4-9
Q
p(CO) / pθ.p(H2O) / pθ p(CO2) / pθ.p(H2) / pθ
-824.2 0
0 -285.84
87.40 130.57 27.3 69.94
△rHmθ=3△fHmθ(H2O,l)-△fHmθ(Fe2O3,s)
=3(-285.84)-(-824.2) = -33.3 (kJ·mol-1) △rSmθ = 2Smθ(Fe,s)+3Smθ(H2O,l)
- Smθ(Fe2O3,s) - 3Smθ(H2,g) = 227.3 + 369.94 - 87.40 - 3130.57 = -214.7(J·K-1·mol-1 )
K (1000)＝3.21 (3) 根据反应，增大压力，平衡右移；
因为△rHm＝-197.7kJ.mol-1，放热反应，升高温度， 平衡向逆方向移动。
2020/10/28
16
#4-12. 选择题
(1) 在下列反应中，进行1mol反应时放出热量最大的是 ( )。
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) 不完全燃烧
lnKθ(500)=24.955 Kθ(500)=6.89 1010
2020/10/28
11
#4-8.已知在700K时，反应CO(g)+2H2(g) = CH3OH(g) 的Kθ=1.74，计算该温度下反应的△rGmθ
△rGmθ(700) = - RTlnKθ(700) = -8.314 10-3 700 ln1.74 = -3.22(kJ·mol-1)
(1) 试问在298K和标准状态下水蒸发为水蒸气是自发吗？ (2) 解释在298K和空气中，水可以自发地蒸发为水蒸气的原因。
H2O(l) = H2O(g) △fGmθ/kJ·mol-1 -237.19 -228.59
△rGmθ(298) =(-228.59)-(-237.19 )= 8.6 (kJ·mol-1)
2020/10/28
14
#4-10 反应2SO2(g) + O2(g)2SO3(g)，计算： (1)反应的转折温度T转折；
(2)298K和1000K时的K ；
(3) 增大压力, 平衡向哪边移动? 升高温度, 平衡向哪边移动?
解：
△fHm /KJmol-1 Sm/ JK-1 mol-1
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
C4H10(l)+6.5O2(g)=4CO2(g)+5H2O(l)
Smθ/J·K-1·mol-1
205 213.6 69.94
△rSmθ = 4213.6 + 570 - Smθ(C4H10,l) - 6.5205
= - Smθ(C4H10,l) –128.1
2020/10/28
8
计算水蒸发为水蒸气过程的△rGmθ(298)。
ΔSm(熔化)=(ΔHm /T)熔化=6012/273=22.0 J·K-1·mol-1 (2) 同理
ΔSm(蒸发)=(ΔHm/T)蒸发=41100/373=110.2J·K-1·mol-1
2020/10/28
7
(4)液态饱和烃燃烧后生成CO2(g)和H2O(l)
C8H18(l)+12.5O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)
Smθ/J·K-1·mol-1
205 213.6 69.94
△rSmθ = 8213.6 + 970 - Smθ(C8H18,l) - 12.5205
= - Smθ(C8H18,l) –223.7
2020/10/28
18
(1)已知冰的熔化热为6012J·mol-1，求0℃，101.325kPa下， 1mol冰变成1mol水的ΔSm；
(2)水的蒸发热为41.1kJ·mol-1，求100℃，101.325kPa下， 1mol水变成1mol水蒸气的ΔSm。
(1) H2O(s)=H2O(l) ΔHm= 6012J·mol-1 T=273K，p=101.325kPa100kPa，近似为标准状态下的等温 等压过程。 在熔化过程是一个平衡过程，冰吸收的热全部用来增加系统 的熵值，系统没有做非体积功，所以
7676 127 127
0.358
rGm (T ) rGm (T ) RT ln Q 4.43 8.314 103 873 ln 0.358
3.02(kJ mol1) 反应自发向右进行。
or
:
r Gm
Байду номын сангаас
(T
)
RT
ln
Q K
8.314 873 ln 0.358 2.98(kJ mol1) 0.54
10
#4-7 利用热力学数据，求反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)在
500K时的标准平衡常数。
2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g)
△fHmθ/kJ·mol-1 -296.83 0
-395.7
Smθ/J·K-1·mol-1 248.1 205.03 256.6
△rHmθ=2△fHmθ(SO3,g)-2△fHmθ(SO2,g)=-197.74(kJ·mol-1) △rSmθ=2Smθ(SO3,g) -2Smθ(SO2,g) -Smθ(O2,g)
2020/10/28
6
#4-5 判断△H、△S、△G的符号
(1)冰在常温下熔化； △H + △S + △G -
(2)用水稀释浓硫酸； △H - △S + △G -
(3)在常温下反应 HCl(g)+NH3(g)=NH4 Cl(s)； △H - △S - △G -
(4)液态饱和烃燃烧后生成CO2(g)和H2O(l)。 △H - △S - △G -
=-188.0(J·K-1·mol-1 ) = -0.1880kJ·K-1·mol-1 △rGmθ(500) = △rHmθ-500 △rSmθ 应保留几位有效数字？
=-197.74 -500 (-0.1880) = -103.74(kJ·mol-1)
因为 △rGmθ(T)= -RTlnKθ(T) -103.74 = -8.314 10-3 500lnKθ(500)
解 四个反应式间关系：3×(1)-(2)-2×(3) = 6×(4) 因此：
rHmθ(4 )＝ [3×rHmθ(1)-rHmθ(2)-2×rHmθ(3)] / 6
＝ -16.73kJ.mol-1
2020/10/28
3
＃4-2 已知298K时下列数据，不查表计算NO(g)的标准摩尔 生成焓。
(1) 4NH3(g)＋5O2(g) ＝ 4NO(g)＋6H2O(l)； △rHmθ ＝–1170 kJmol-1
2020/10/28
p(H2O,g) < p(H2O,g,饱和) H2O(l) 就能蒸发为H2O(g)，直 到p(H2O,g) ＝ p(H2O,g,饱和)。
9
关于转折温度和平衡温度
转折温度——△rGmθ=0时的温度
例如，水沸腾时： p外 = p[H2O(g)] = 101.325kPa 100kPa； 过程 H2O(l) = H2O(g) 处于标准状态下，并达到平衡； △rGmθ = 0，T转折 = 373K(100℃) 。
2020/10/28
5
#4-4 计算△rGmθ(298)
(1)
4NH3(g)+7O2(g)=4NO2(g)+6H2O(l)
△fGmθ/kJ·mol-1 -16.5 0 51.30 -237.19
△rGmθ(298)= 451.30 + 6(-237.19) - 4(-16.5)
= -1151.9 (kJ·mol-1)
T转折＝△rHm/△rSm ＝1052K
2020/10/28
15
#4-10
(2) △rGm(298)＝△rHm - 298×△rSm＝ -RTlnK (298) -197.7 – 298(-0.1880) = -8.31410-3298lnK (298) K(298) ＝6.9×1024
△rGm (1000) ＝△rHm-1000×△rSm＝-RTlnK (1000) -197.7 – 1000(-0.1880) = -8.31410-31000lnK (1000)
(2) 4NH3(g)＋3O2(g)＝ 2N2(g)＋6H2O(l)； △rHmθ ＝–1530 kJmol-1
解 反应(1)-反应(2) ：
2N2(g)+2O2(g)＝4NO(g)
△rHmθ ＝△rHmθ (1) -△rHmθ (2)
＝(-1170) - (-1530)＝ 360 (kJ·mol-1)
-296.83
0 -395.7
248.1 205.03 256.6
(1) △rHm＝2×(-395.7)-2×(-296.83)＝-197.7(kJ.mol-1 ） △rSm＝2×256.6-205.03-2×248.1 ＝-188.0(J.mol-1.K-1 ） ＝-0.1880KJ.mol-1.K-1
(1) △rGmθ(298)= 8.6>0，不自发； (2) 在298K和空气中，H2O(g)的分压远小于Pθ，即蒸发反应是
处于非标准状态，反应的自发性要用△rGm来判断。
根据
结论
rGm (T )
RT
ln
Q K
p(H2O,g,饱和)只与温度有关； 因此，在某一温度下，只要
Q p(H2O,g) / p K p(H2O,g,饱和) / p
无机及分析化学B
作业讲解
2015学年第一学期 任课教师 张声森
2020/10/28
1
第4章 化学热力学基础
2020/10/28
2
#4-1 根据下列热化学方程式， (1) Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)；rHmθ(1)=-27.61kJ.mol-1 (2) 3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)；rHmθ(2)=-58.58kJ.mol-1 (3) Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)； rHmθ(3)=38.07kJ.mol-1 计算下列反应(4) FeO(s) + CO(g)= Fe(s)+CO2(g)的rHmθ(4) 。