第二章 化学反应的能量教学内容

习 题

1. 某系统由A 状态变至B 状态共经历了三步。（1）放热300kJ ，环境对系统做功100kJ ；（2）吸热450kJ ，体积不变；（3）系统对环境做功500kJ ，无热量变化。试计算该系统热力学能的变化量U ∆。

解：(200450500)300U kJ ∆=-+-=-

2. 1.435g 萘（C 10H 8）与适量的氧气一起放入弹式量热计中进行反应。水浴中盛水2000g ，反应后，水温由20.17℃升高25.84℃，已知量热计热容为1.80kJ ·℃-1，如忽略温度计、搅拌器等吸收的少量热，试计算1mol 萘燃烧反应的恒容热效应。

解：4

[(4.184********)(25.8420.17)]J 5.76510J Q =⨯+⨯-=⨯

46-1128

(5.76510) 5.1410J mol 1.435

v Q U =∆=-⨯⨯

=-⨯⋅

3. 葡萄糖的发酵反应如下：6126252C H O (s)=2C H OH(l)+2CO (g),1mol 葡萄糖的发酵反应产生的热力学能变化为-72.8kJ ·mol -1，试计算1mol 葡萄糖在25℃，100kPa 下的恒压热效应。

解：7280028.31429867.845p Q =-+⨯⨯=- kJ ·mol -1

4. 比较下列各组物质中，何者有更大的焓值： （1）273K 1mol CO(g)和373K 的1mol CO(g)

H 高温物>H 低温物 ；0H ∆>； （2）1mol C 6H 6（l ）和1mol C 6H 6 (g)

H 气>H 液>H 固，；0H ∆>；

（3）1mol 反应CaCO 3（s ）→ CaO （s ）+ CO 2(g)的生成物和反应物

此反应为吸热反应，；0H ∆>；

（4）1mol 反应 I 2（g ）+H 2（g ）→2 HI(g) 的生成物和反应物

此反应为放热反应，；0H ∆<。

5. 利用标准生成焓f m ΔH 数据，计算下列反应的标准热效应：

（1）N 2O 4(g)+3CO(g)→N 2O(g)+3CO 2(g)

f m H ∆/ kJ ⋅mol -1 9.16 -110.52 81.05 -393.14 r m f m f m ()()()()H H H ∆=∑∆-∑∆生成物反应物

=-775.97 kJ ⋅mol -1

（2）2FeO(s)+CO 2(g)→Fe 2O 3(s)+CO(g)

f m H ∆/ kJ ⋅mol -1 -271.96 -393.14 -824.25 -110.52 r m f m f m ()()()()H H H ∆=∑∆-∑∆生成物反应物

=2.29kJ ⋅mol -1

（3）CH 4(g)+4CuO(s)→CO 2(g)+2H 2O(l)+4Cu(s)

f m H ∆/ kJ ⋅mol -1 -74.81 -157.32 -393.14 -285.83 0 r m f m f m ()()()()H H H ∆=∑∆-∑∆生成物反应物

=-260.71 kJ ⋅mol -1

（4）2NaHCO 3→Na 2CO 3(s)+CO 2(g)+H 2O(l)

f m H ∆/ kJ ⋅mol -1 -950.81 -1130.68 -393.14 -285.83 r m f m f m ()()()()H H H ∆=∑∆-∑∆生成物反应物

=91.97kJ ⋅mol -1

6. 已知反应SiO 2(s)+3C(石墨)→SiC(s)+2CO(g)，r m ΔH 618=kJ ·mol -1，试用附录二中的有关数据计算SiC 的标准生成焓，并与附录中的SiC 的标准生成焓相比较。

解：

r m f m f m f m f m f m f m 2f m ()()()()

(SiC,s)+2(CO,s)-3(C,s)-(SiO ,s)618

(SiC,s)6182(-110.52)+30(910.94)

H H H H H H H H ∆=∑∆-∑∆=∆∆∆∆=∆=-⨯⨯+-生成物反应物

= -71.9 kJ ⋅mol -1

查表得f m H ∆(SiC, 立方)= -73.2 kJ ⋅mol -1 f m H ∆(SiC, 六方)= -65.3 kJ ⋅mol -1

7. 根据表2.1中C 2H 6(g) 和C 2H 4(g) 的标准燃烧焓数据，计算反应C 2H 4(g)+ H 2(g) →C 2H 6(g)的标准热效应。

解：r m 137.03H ∆=- kJ ⋅mol -1

8. 利用表2.1中乙醇（C 2H 5OH(l)）的标准燃烧焓数据及CO 2(g)、H 2O(l) 的标准生成焓数据计算乙醇在298K 下的标准生成焓。

解：f m 25(C H OH)276.87H ∆=- kJ ⋅mol -1

9. 已知 CH 3COOH(l)+2O 2(g)→2CO 2(g)+2H 2O(l); r m 1ΔH ，= -870.3 kJ ⋅mol -1

C(石墨)+ O 2(g) →CO 2(g); r m 2ΔH ，= -393.5 kJ ⋅mol -1

H 2(g)+1/2O 2(g) →H 2O(l); r m 3ΔH ，= -285.8 kJ ⋅mol -1

求2C(石墨)+2 H 2(g)+O 2(g) →CH 3COOH(l)的r m 4ΔH ，。 解：∵2(2)2(3)(1)⨯+⨯-=(4)

∴r m 4r m 2r m 3 r m 1ΔH 2(ΔH +ΔH )ΔH =-，，，，= -488.3 kJ ⋅mol -1

10. 煤的气化技术是由下列热化学反应组成，由碳与水反应生成甲烷。已知： CO （g ）+H 2O （g ）→CO 2(g)+H 2(g)，

r m 1ΔH ，= -41.4kJ ·mol -1 C （石墨）+H 2O （g ）→CO(g)+H 2(g)，

r m 2ΔH ，= +131.4kJ ·mol -1

CO （g ）+3H 2（g ）→CH 4(g)+H 2O(g)， r m 3ΔH ，= -206.2kJ ·mol -1

试计算反应：2C （石墨）+2H 2O(g) →CH 4(g)+CO 2(g)的标准热效应，并与用标准生成焓公式法计算结果相比较。

解：2(2)(3)(1)⨯++ r m 4ΔH ，= 15.2kJ ⋅mol

-1

用标准生成焓公式法计算结果为r m 4ΔH ，= 15.69 kJ ⋅mol -1

11. 如果仅从单位质量的放热量来作比较，试问C 2H 2（g ）、C 2H 6(g)、H 2(g)和N 2H 4(l)中何者是最佳的高能燃料？

C 2H 2（g ）11r m 1299.6kJ mol 49.99kJ g H --∆=-⋅=-⋅ C 2H 6(g) 11

r m 1559.09kJ mol 51.97kJ g H --∆=-⋅=-⋅ H 2(g) 11

r m 285.83kJ mol 142.92kJ g H --∆=-⋅=-⋅ N 2H 4(l) 11

r m 622kJ mol 20.74kJ g H --∆=-⋅=-⋅

所以仅从单位质量的放热量来作比较，H 2(g)是最佳的高能燃料。

12. 乙醇C 2H 5OH （l ）和乙醛CH 3CHO （l ）完全燃烧时，分别放出热量为-1366.8kJ ·mol -1

和–1166.4kJ ·mol -1。（1）写出该两化合物燃烧反应的热化学方程式；（2）计算乙醇氧化为

乙醛反应的标准热效应。已知-1

f m 3ΔH (CH CHO,l)=-196kJ mol ⋅

解： 25222C H OH(l)+3O (g)=2CO (g)+3H O(l), 1

r m 1366.8kJ mol H -∆=-⋅

32225CH CHO(l)+O (g)=2CO (g)+2H O(l)2

, 1

r m 1166.4kJ mol H -∆=-⋅

乙醇氧化为乙醛的反应为：252321

C H OH(l)+O (g)=CH CHO(l)+H O(l)2

可见1

r m,3r m,1r m,21366.81166.4200.4kJ mol H H H -∆=∆-∆=--=-⋅