工程化学基础(童志平主编)复习要点及习题解答

浓度、压力可能导致平衡移动并改变v，但不改变K和k;
温度升高会导致平衡移动和v增加，同时使K改变和k(正、逆)增加； 催化剂不改变K且平衡不移动，但使k,v(正、逆)增加
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习题解答
1.是非题 (1) -; (2)-; (3)+;(4)-; (5)-; (6)-。 2.选择题: (1) c; (2)b ;(3)b; (4)c
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10. 查表计算反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) 在298.15k及398.15k时的Kθ值。 解: △rGmθ(298.15k)=(-137.15)-(228.59) =91.44 kJ.mol △rGmθ(298.15k)= -RTlnKθ Kθ(298K) =9.53×10-17 △rHmθ(298.15k)=131.30 kJ· mol-1 △rSmθ(298.15k)=133.674 J· mol-1· K-1 △rGmθ(398.15k)=78.078 kJ· mol-1 Kθ(398.15K) =5.72×10-11
工程化学基础
复习要点及习题解答
几个基本概念

系统：敞开系统、封闭系统、孤立系统
状态函数：
只与始态和终态有关 广度性质与强度性质状态函数
相：
单相系统与多相系统的判断
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第一章 物质的聚集状态

理想气体状态方程 pV nRT ni pi p pxi 分压定律 n 分体积定律
Vi V ni Vx i n
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习题解答
1.由化学方程式可求: nH 2 3m ol, nO2 1.5m ol 由理想气体状态方程式 可求 : P总 185.911kPa 由分压定律可求: PH 2 123.941kPa PO2 61.970kPa
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2.(1)由理想气体状态方程 ， n, R, T一定时，P，V 成反比, 可得 : PH 2 60kPa, PO2 15kPa, PN 2 6kPa (2) P总 81kPa (3) xH 2 0.7407 74.07％ xO2 0.1852 18.52％ xH 2 0.0741 7.41 ％
(1)2.00mol NH4HS的分解, NH4HS(s)→NH3(g)＋H2S(g) (△n=4 mol) （2）生成1.00mol的HCl H2(g)＋Cl2(g) → 2HCl(g) (△n=0 mol) （3）5.00 mol CO2(s)（干冰）的升华 CO2(s)→CO2(g) (△n=5 mol) （4）沉淀出2.00mol AgCl(s) (△n=0 mol) AgNO3(aq)＋NaCl(aq)→ AgCl(s)＋NaNO3(aq)
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11.
r H m (298.15K ) T2 T1 K2 ln ( ) K1 R T1T2 (298.15K ) 398.15 298.15 2 .5 r H m ln ( ) 100 8.314 298.15 398.15 r H m (298.15K ) 36.41kJ / m ol
不变 不变
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4. (1)-549.41 J/mol.k; (2)222.78 J/mol.k; (3)141.598 J/mol.k。 5. (1)28.62 kJ/mol﹥0 逆向; (2)62.52kJ/mol﹥0 逆向。 6. △rGmθ(298.15K)= -95.299 kJ/mol ﹤0 标准熵法: △rHmθ(298.15K)= -92.307kJ/mol, △rSmθ(298.15K)= 10.033J· mol-1· K-1 △rGmθ= -95.298 kJ/mol ﹤0 正向自发进行。
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(2)SO2(g)+1/2O2(g)=SO3(g), △rHmθ ﹤0 △rHmθ﹤0, △rSmθ﹤ 0, T值越低越利于△rGmθ﹤0, 低温自发。
(3)C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g), △rHmθ ﹤0 △rHmθ﹤0, △rSmθ﹥ 0, T为任何值时都自发。
a b v kc 反应速率方程：基元反应 A cB
阿仑尼乌斯公式： k
A e

Ea RT
ln
E k1 a k2 R
1 1 T T 2 1
反应速率理论：活化分子 浓度、压力、温度、催化剂与反应平衡的移动、
平衡常数Kθ及反应速率v、速率常数k
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或
K 2 r H m (298.15K ) T2 T1 ln ( ) K1 R T1T2
K2 131.3 103 398.15 298.15 ln ( ) 17 9.53 10 8.314 298.15 398.15 K2 (398.15K ) 5.72 1011
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第三章 化学反应的基本原理
化学反应的方向

Gibbs判据：
ΔG < 0 反应自发进行 ΔG = 0 反应达到平衡 ΔG > 0 反应不能自发进行
反应方向的定性判断：
ΔG= ΔH-T ΔS
影响熵值的因素：温度、聚集状态、结构与分子量 化学反应方向的定性判断
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r Gmθ的定量计算：
反应达到平衡时： rGm(T) = 0
Q = Kθ Q与K的关系与区别
θ G θ r m (T ) ln K RT
rGmθ与r Gm的关系与区别
单位的一致 16

化学平衡移动方向的判断 ：
勒夏特列原理
rGm(T) = RT ln (Q / Kθ)
r Gm (T ) r Gm (T ) RT ln Q
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7. 已知下列反应的△rHmθ符号,不用查表,判断反应自 发进行的方向 .若有转向温度 ,则指明是高温还是低 温反应自发进行。 解:讨论△rGmθ=△rHmθ －T △rSmθ﹤0时的温度条 件. (1)C(s)+CO2(g)=2CO(g), △rHmθ ﹥0 △rHmθ﹥0, △rSmθ﹥ 0, T值越高越利于△rGmθ﹤0, 高温自发。
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7. C6H12O6 ~ Q 180g/mol -2820kJ/mol 3.8g ΔH kJ/mol ΔH=59.53kJ 可获得能量：59.53×30%=17.86kJ
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(1) (2) (3) 8.(4) 2 6 3 -1 r H m 16.73kJ.mol
9. (1)-1366.51kJ.mol-1; (2)-429.818 kJ.mol-1. 10. (1)-153.89 kJ.mol-1; (2)-81.89 kJ.mol-1
(3)383K总压：p总
(nN 2 nO2 ) RT V
(7515 75 5) 103 8.314 383 8.314 298 10 103 192.78kPa
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第二章 化学反应热效应
内能：
ΔU
=Q+W
Q与W的符号
热效应
等容热效应 ΔU 等压热效应 ΔH H
非标准状态，非常温：
r Gm (T ) r Gm (T ) RT ln Q

转向温度
r H m (298.15K ) T转 r Sm (298.15K )
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化学反应平衡

Kθ与r Gmθ的关系 ：
r Gm (T ) r Gm (T ) RT ln Q
B
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习题解答
1.是非题 :(1) -; 2(-); (3)-
2.选择题: (1) c; (2)d
3.填空题: (1)mH2O; (2) △T; (3)Cp
4. (1) △U=150kJ; (2) △U=-250kJ；
(3) △U=450kJ; (4) △U=975kJ。
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5. 在 373.15K 和 101.325kPa 下，由 1mol 水汽化变成 1mol水蒸气，此气化过程中体系吸热40.63kJ。求： （1）体系膨胀对外作功w = ?（液体水体积可忽略 不计） （2）此过程内能改变。
5
5.据p1V1 p2V2
' ' ' ' 5 p N 2 10 p N ; 15 p 10 p ; p p ; p p O2 O2 N2 O2 N2 O2 150 2
(1)初始压力：p N 2 pO2 75kPa
' ' (2)混合后分压：p N 37 . 5 kPa , p .5kPa O2 112 2
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8. lnKθ(T)=-ΔrGmθ(T)/RT (1) ΔrGmθ(298K)=117.11kJ/mol Kθ(298K)=3.04×10-21;
(2) ΔrGmθ(298K)=130.44kJ/mol Kθ(298K)= 1.40×10-23。
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9. 用标准熵法计算反应 C(石墨)+2H2(g)=CH4(g)在398.15K时的△rGmθ(T)和 平衡常数Kθ。 解: △rHmθ(298.15k) =-74.85kJ/mol, △rSmθ (298.15k) =-80.62J/mol.k △rGmθ(398.15k)= △rHmθ －T △rSmθ = -74.85-398.15× (-80.62) ×10-3 =-42.75 kJ/mol lnKθ =- △rGmθ(398.15k)/ RT =42.75×103/(8.314×398.15)=12.915, Kθ =4.06×105
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3.填空题: (1) △rHmθ→基本不变; △rSmθ→基本不变; △rGmθ→增 大;Kθ→减小;v(正), v(逆)→都增大。 (2)
k正 增加总压力 升高温度 加催化剂 ↑ ↑ k逆 ↑ ↑ v正 ↑ ↑ ↑ v逆 ↑ ↑ ↑ Kθ 不变 ↑ 不变 移动方向 逆反应方向 正反应方向 不移动
r Gm (T ) r H m (298.15K ) T r S m (298.15K )
θ 1 1 K1θ (T1 ) r H m ln θ K 2 (T2 ) R T1 T2
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化学反应速率

反应速率的表示方法 ：
v
1 dc( B) B dt
标准摩尔生成吉布斯函数值
f
单位 的一致！
Gmθ (C,石墨,298.15K) = 0 kJ/mol；f Gmθ (H+,298.15K) = 0
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r
Gmθ的计算：
r Gm (298.15K ) f Gm ( B,298.15K )
B
298.15K,标准状态：
G ( T ) H ( 298 . 15 K ) T S .15K ) r m r m (298 标准状态，非常温： r m
解:W=-P△V=-△n RT =-1×8.314×10-3×373.15=-3.10 kJ （或V1/V2=T1/T2→V2=？ W=-P△V=-PV=？) △U=Q+W=40.63+(-3.10)=37.53 kJ
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6. 计算下列反应（或过程）的 QP 与 QV 之间的能 量差值。(方法:QP-QV=△n RT)
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r H m (298.15K ) 12. r Gm (T ) r H m (298.15K ) T r S m (298.15K ) 0,即T r Sm (298.15K ) (1) r H m (298.15K ) 580.7kJ / m ol, r S m (298.15K ) 204.28J m ol1 K 1
θ rGm (T ) RT ln K θ
浓度与压力改变：Kθ不变，若使Q增大，则平衡逆向移动 温度：
Kθ改变，吸热反应，T增大，平衡正向移动
ln K θ
θ θ r H m (298.15) 1 r S m (298.15) R T R
θ G r m (T ) ln K θ RT
= Qv = Qp
= U + n (g)RT
反应进度
Δξ= ΔnB/νB
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盖斯定律： 焓变的计算：
标准摩尔生成焓

f Hmθ (C,石墨,298.15K) = 0 kJ/mol
f Hmθ (H+,298.15K) = 0 kJ/mol
H ( T ) H 标准摩尔焓变 B f m (B, 物态，T ) r m