第2章-化学热力学初步(习题解)

第二章化学热力学初步

1. 热力学第一定律W

U-

=

Q

∆,由于U为状态函数，所以Q和W也是状态函数，对吗？为什么？

答：不对。Q和W只有在能量交换的时候才会有具体的数值，并且随途径不同，共和热的数值都会有变化，所以不是状态函数。

2. 解释下列名词

(1) 体系与环境

(2) 热（Q）

(3) 功（W）

(4) 焓（H）和焓变（H

∆）

(5) 热力学能U

(6) 恒容反应热（Q V）和恒压反应热（Q p）

答：(1) 热力学中称研究的对象为体系，称体系以外的部分为环境。

(2) 体系在变化过程中吸收的热量为Q。

(3) 体系对环境所做的功。

(4) H＝U+PV

当泛指一个过程的时候，其热力学函数的改变量为焓变。

(5) 体系内一切能量的总和叫热力学能。

(6) 在恒容过程中完成的化学反应，其热效应称为恒容反应热。

在恒压过程中完成的化学反应，其热效应称为恒压反应热。

3. 什么叫状态函数？它具有何特性？

答：藉以确定体系状态的物理量称为体系的状态函数。它具有加和性。

4. 何谓热效应？测量方法有哪两种？

答：化学反应的热效应为当生成物和反应物的温度相同时，化学反应过程中的吸收或放出的热量。可以选择恒压和恒容两种条件下测量。

5. 什么叫热化学方程式？书写热化学方程式要注意哪几点？

答：表示出反应热效应的化学方程式叫做热化学方程式。书写化学方程式时要注意一下几点：(1)写热化学方式式，要注意反应的温度和压强条件，如果反应是在298K和1.013×105Pa下进行时，习惯上不予注明。（2）要注明物质的聚集状态和晶形。（3）方程式中的配平系数只是表示计量数，不表示分子数。但计量数不同时，同一反应的反应热数值也不同。

6. ①无机化学中常用的反应热有哪几种？反应热的实质是什么？什么类型的化学反应Q V＝Q p？等摩尔的NaOH和NH3·H2O溶液分别与过量的HCl溶液中和所放热量是否相等？为什么？

②反应2N2（g）＋O2（g）＝2N2O（g）在298K时，ΔrH mø=164K J·mol-1, 求反应的ΔU?

答：①无机化学中常用的反应热有恒压反应热和恒容反应热。

反应热的实质是：当生产物与反应物的温度相同时，化学反应过程中的吸

收或放出的热量。

当反应物与生产物气体的物质的量相等时，或反应物与生产物全是固体或液体时，恒压反应热与恒容反应热相等。

不相等。因为氨是弱碱，电离需要吸热。

②ΔrH mø=ΔrUm＋ΔυRT

ΔΔU＝ΔrH

m ø

－

ΔυRT

＝164-（2-2-1）×298×8.314×10－3

＝161.5KJ·mol－1

7. 什么叫标准生产热Δf H mø？什么是标准燃烧然ΔcH mø

答：某温度下，由处于标准状态的各种元素的最稳定的单质生产标准状态下单位物质的量（1mol）某纯物质的热效应叫这种温度下该纯物质的标准摩尔生成热，或简称标准生成热。

在100kPa的压强下1mol物质完全燃烧时的热效应叫做该物质的标准摩尔燃烧然，简称标准燃烧然。

8. 何谓盖斯定律？

答：盖斯定律指一个化学反应如果能分解几步来完成，总反应的焓变等于各步分反应的焓变之和。

10.用焓变判断反应的自发性为什么是不全面的？

答：等温等压下，体系的吉布斯自由能减小的方向是不做非体积功的化学反应进行的方向。而根据G的定义式，G=H-TS，在等温等压条件下，ΔG=ΔH-TΔS, ΔG综合了ΔH和ΔS，所以用焓变来判断反应的自发性是不全面的。

11.什么是熵？什么是绝对熵和标准熵？其符号，单位是什么？

答：热力学中把描述体系混乱度的状态函数叫熵，用S表示。单位为J·K-1

12.影响熵值的因素有哪些？举例说明。

答：影响熵值的因素有过程中的热量变化和途径。如等温过程中的ΔS＝

T

Q r

13.化学反应自发性的标准是什么，举例说明。

答：在等温等压下，不做非体积功的化学反应自发性的标准是体系的吉布斯自由能减小的方向。

14.什么是吉布斯自由能？怎样用自由能的变化（ΔG）来判断反应的方向？答：G＝H－TS，H，T,S都是体系的状态函数，所以H－TS必然也是体系的状态函数。这个状态函数用G表示，称吉布斯自由能。

等温等压下，体系的吉布斯自由能减小的方向是不做非体积功的化学反应进行的方向。

15.在标准状态下Gibbs方程如何书写？

答：Δ

r G

m

ø﹦∑υiΔ

f

G

m

ø（生产物）-∑υiΔ

f

G

m

ø（反应物）

i i

16.什么是标准生成自由能Δf G m ø？

答：某温度下由处于标准状态的各种元素的最稳定的单质生产1mol 某纯物质的吉布斯能改变量，叫标准生成吉自由能。

17.判断下列说法是否正确？为什么？ （1）ΔS 为正值的反应均是自发反应。 （2）物质的量增加的反应ΔS 为正值。

（3）若ΔH 和ΔS 均为正值，则温度上升ΔG 将下降。

（4）某反应的Δr G m ø＞0，表面该反应在任何条件下都是不自发进行的。 （5）放热反应均是自发反应。

（6）纯单质的Δf H m ø，Δf G m ø，S m ø皆为零。

（7）ΔH 和ΔS 基本上不随温度而变化，ΔG 也是这样。 （8）物质的温度越高，熵值越大。 答：（1）错。判断反应的方向是ΔG ，ΔG ＝ΔH －T ΔS

（2）错。如反应时，物质由气态转化为固/液态，可能存在Δn ＞0，但ΔS

＜0。

（3）对。

（4）错。ΔG ＝ΔH －T ΔS ，随着温度的变化Δf G m ø有可能小于零。 （5）错。ΔH ＜0，但是ΔG ＝ΔH －T ΔS 有可能＞0。

（6）错。只有在处于标准状态下最稳定的单质的Δf H m ø和Δf G m ø才能与零。如O 2的Δf H m ø/Δf G m ø＝0，但是O 3的Δf H m ø/Δf G m ø≠0。S m ø只有在0K 条件下才等于零。 （7）错。ΔG ＝ΔH －T ΔS 会随着温度而变化。

（8）错。因为物质可能存在亚稳状态，如过冷的水，在零摄氏度条件下水仍是液态。

18.解释下列事实

（1）KNO 2溶于水的过程是吸热的（ΔH ＞0）但它在水中溶解度却很大，溶解过程可自发进行。

（2）空气中的O 2（g ）不能自发分离成纯的O 2（g ）。

（3）在一个装有O 2（g ）的容器中充入一定量的O 2（g ）,两种气体（理想气体）即自动混合均匀，混合过程的ΔH ＝0。 （4）冰箱在室温下自动溶化为水。 答：（1）虽然ΔH ＞0，但ΔG ＝ΔH －T ΔS ，ΔG ＜0 （2）ΔS ＜0，所以不自发。

（3）该过程热力学函数没有发生变化。 （4）ΔS ＞0，所以自发。

19.已知下列热化学方程式：

(g)CO (s)O 2Fe CO(g)(s)O 3Fe 24332+=+ Δr H m ø＝-25KJ ·mol -1

(g)3CO 2Fe(s)3CO(g)(s)O Fe 232+=+ Δr H m ø

＝-49KJ ·mol -1

(g)CO 3FeO(s)CO(g)(s)O Fe 243+=+ Δr H m ø＝19KJ ·mol -1