大一化学第六章答案

第六章：化学热力学初步习题解答

1．理想气体恒温膨胀过程热力学能不变，是否意味着理想气体恒温膨胀过程不做功？ 解：不一定。若膨胀过程自始态自由膨胀（即不需反抗外压）至终态，则不做功。∵ 自由膨胀，不反抗外压，P=0 ∴W=P ⨯ΔV=0⨯ΔV=0;若在膨胀过程中，需要反抗外压，则要做功，W=P 外⨯ΔV ；若在膨胀过程中从始态可逆膨胀到终态，则对外做功最大。 W=∫v1V2

Pdv=∫

V2v1

v

nRt dv=nRTln

1

2v v

2．计算体系的热力学能变化，已知：（1）体系吸热1000J ，对环境做540J 的功；（2）体系吸热250J ，环境对体系做635J 的功。 解：（1）Δu=Q-W=1000-540=460J

(2) Δu=Q-W=250-(-635)=250+635=885J

3.在298K 和100kPa 恒压下，21mol 的OF 2同水反应，放出161.5kJ 热量，求反应: OF 2(g)+H 2O → O 2(g)+2HF(g)的Δr H m θ

和Δr U 0

m 。

解：设体系只做膨胀功，根据热力学第一定律，在恒压下： ΔH=Q P =2⨯ (-161.5)=-323KJ.mol

-1 ΔU=Q-W=-323-P ⨯ΔV=-323- ΔnRT=-323-（3-2）⨯RT=-323-298314.81⨯⨯=-325.4 KJ.mol -1

4．反应N 2（g ）+3H 2（g ）→2NH 3（g ）在恒容量热器内进行，生成2molNH 3时放出热量82.7kJ ，求反应的Δr U 0

m 和298K 时反应的Δr H m θ

。

解：∵是在恒容量热器内进行，∴Δu=Q-W=Q- P ΔV=Q-P ⨯0=Q v ，∴Δr U 0

m =Q v =-82.7KJ ， 根据（见P 253公式6-18）ΔrH m θ

=Δr U m +ΔrRT=-82.7+ΔrRT

=-82.7+ΔnRT=-82.7+(2-4)RT=-82.7-1000298

314.82⨯⨯=-87.65 KJ.mol -1

5．查表求298K 时下列反应的反应热：（1）3NO 2（g ）+H 2O （l ）→2HNO 3（l ）+NO （g ） （2）CuO （s ）+H 2→Cu （s ）+H 2O （g ）

解：(1)查得Δf H 0

NO2 Δf H 0

H2O （l ） Δf H 0

HNO3(l)

Δf H 0

NO(g)

33.18 -285.83 -173.21 90.25

∴ Δr H θ

= -2⨯173.21+90.25-3⨯33.18+285.83=-69.88KJ.mol -1

(2)查得Δf H

θ

CuO (S) H 2（g ） Cu(S) H 2O(g)

-157.3 0 0 –241.82

∴ Δr H θ=-241.82+0-(-157.3)-0=-84.52 KJmol -1

6. N 2O 4在反应器中受热分解，当产物中有1molNO 2 生成时，分别按下列两个反应方程式计算，反应进度各是多少？(1) N 2O 4→2NO 2 ；21N 2O 4→NO 2

解：（1） N 2O 4→2NO 2 ：当有1molNO 2生成时 ξ=201-=21mol

(2)

21

N 2O 4→NO 2 ： 当有1molNO 2生成时 ξ=10

1-=1mol

7．在一只弹式量热计中燃烧0.2molH 2(g)生成H 2O(l) ，使量热计温度升高0.88K ，当0.010mol 甲苯在此量热计中燃烧时，量热计温度升高0.615K ，甲苯的燃烧反应为

C 7H 8+9O 2→7CO 2+4H 2O(l)

求该反应的Δr H m θ

。已知Δf H m θ

（H 2O,l ）=-285.8kJ.mol -1

解：先计算出该量热计的热容C: H 2(g) +

2

1O 2(g) → H 2O , 已知Δf H m θ(H 2O,l)=-285.8 KJmol -1

也就是说,生成1mol 的H 2O(l)可放出285.8 KJmol -1

的热，题目告诉你是0.20 mol 的H 2,燃烧，所以,生成的水为0.2mol(H 2O,l),所以:

1 285.8

0.2 x 解得x=57.16kJ,即燃烧0.2molH 2生成0.20mol 液态的

水时，放出的热量为57.16KJ,使量热计温度升高0.88K, ∴量热计的热容C=57.16/0.88=64.95KJ/K 。

燃烧0.01.mol 甲苯时，量热计温度升高了0.615K,故甲苯燃烧时放出的热量为64.95⨯0.615=39.947KJ ，即燃烧0.010mol 甲苯时，放出了39.947KJ 热量 燃烧1mol 甲苯时放出的热量为yKJ: 0.010 39.947

1 y

解得y=3994.7KJ ，

8．已知下列热化学反应

Fe 2O 3(s) +3CO(g) → 2Fe(s) +3CO 2(g) Δr H m θ

=-27.61kJ.mol -1

(1) 3 Fe 2O 3(s) + CO(g) → 2Fe 3O 4(s)+ CO 2(g) Δr H m θ

=-58.58kJ.mol -1

(2) Fe 3O 4(s) + CO(g) → 3FeO(s) + CO 2(g) Δr H m θ

=38.07kJ.mol -1

(3) 求反应FeO(s) + CO(g) → Fe(s)+ CO 2(g)的Δr H m θ